这次主要学习舵机和普通电机的控制及相关基础知识

1、PWM信号的原理

PWM（Pulse Width Modulation）——通常翻译为脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲信号的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。

例如下图，其实PWM就是占空比不同的方波，即按一定的频率不断输出高电平、低电平，同时，可以在一个周期内调整高电平的持续时间（占空比）。

说到底，其实是因为电脑只能输出0和1两种逻辑情况，所以采用这种形式来模拟输出。例如我想输出0.5，那就让电脑在一个周期内一半时间输出高电平1，一段时间内输出低电平0，则平均之后就是0.5。这就是等效电压的概念。再例如，ARDUINO高电平如果是5V，我想获得3.7V的电压，在PWM波的频率不变的情况下，可以令74%周期输出5V高电平，剩下26%周期时间输出低电平，加权平均后，只要频率够快，则可以等效为3.7V的电压。

不过ARDUINO中，提供了一个控制舵机的标准库，servo.h。可以令舵机控制的代码变得很傻瓜化。

2、360度舵机与180度舵机的控制

按惯例首先介绍下舵机。

舵机其实是伺服电机的一种别称。通常我们所说的舵机是指可以根据信号转动至指定角度的电机，例如180度舵机。因为这个特性，所以往往被用于很多遥控飞机、遥控给汽车、机器人等领域，用于控制它们的方向和位置。这也是它被称为舵机的原因。

还有一种舵机，称为360度舵机，它和一般舵机的区别是：如果给一个信号，普通舵机是转动至某个角度，而360度舵机则是按这个信号对应的速度进行匀速转动。看起来似乎和普通的电机差不多，但不同点在于，360度舵机由内部的电路控制，运转速度稳定。

那么舵机如何控制呢？

从图上可见，舵机有三根接线，通常红线接VCC（正极），黑色或棕色接GND（负极），黄色或者白色则是PWM信号控制线。我们将电源线接至电源（面包板）的正负极，信号线则接至ARDUINO NANO的D3接收PWM信号。

当D3输出一个PWM信号时，舵机就会根据信号转动指定角度或者以指定速度旋转（360度舵机）。通常，舵机需要一个20ms左右的脉冲，该脉冲信号中，高电平部分为0.5ms至2.5ms范围。当脉冲中高电平为1.5ms时，舵机将转动至90度位置，或者静止不动（360度舵机），当脉冲大于1.5ms时，舵机转向180度方向或者正转，小于1.5ms时，转向0度方向或者反转。

通常，我们可以调用servo.h来控制舵机。该库主要有以下几个控制函数。

控制舵机可以分为4步：

（1）声明使用servo.h；

（2）给舵机起个名字；

（3）定义舵机信号线连接ARDUINO哪个针脚；

（4）用write或者writeMicroseconds函数来设置PWM波的脉冲持续时间。

另外，还可以用read函数来读取舵机当前角度或者转速，用attached来判断舵机是否正确接线，用detach函数来分离舵机连接（这个命令暂时不是特别熟悉）。

接下来我们来接线试验一下，由于我只有360度舵机，因此来尝试下用可变电阻来控制舵机转速。

接线图如下，将舵机的电源线接在面包板的正负极上，信号线接D4；可变电阻的左右两个针脚分别接ARDUINO的3.3V和GND脚，中间脚接A3。

代码如下

实测如下

3、L298N驱动模块介绍

L298N是一款接受高电压的电机驱动器，可以驱动2个直流电机和1个步进电机。L298N可对电机进行直接控制，通过主控芯片的I/O输入对其控制电平进行设定，就可为电机进行正转反转驱动，操作简单、稳定性好，可以满足直流电机的大电流驱动条件。

由于L298N芯片工作中热量较大，因此需要使用金属散热片。具体各个元器件及接线端子如下图所示。

（1）电源：电源正极支持4.5V~46V电压。当输入电压不大于12V时，板载5V使能采用跳线帽短接，5V接口可以提供5V电压，可用于ARDUINO的供电。当大于12V时，建议拔掉跳线帽，采用5V接口给L298N的芯片单独供电，以保护元器件。另外需要注意的一点：L298N和ARDUINO需要共接地，否则电机可能不会转动。

（2）输出：L298N采用双H桥，因此通过通道A和通道B与直流减速电机连接，可以同时控制两个电机的正反转。

（3）输入：使能A（ENA）接口和使能B（ENB）接口用跳线帽短接时，为高电平，则对应的通道有效。另外输入1~4接口为逻辑输入口，通过控制对应的高低电平，令通道AB连接的直流电机正、反转。具体控制方式及状态如下表：

当使能A或B为高电平，对应的输入1~2和3~4同时为高电平或低电平时，电机处于制动停止状态。当对使能A或B输入PWM信号时，可以对电机转速进行调速。

4、直流电机控制试验

（1）摇杆控制电机

因为后续想制作一个遥控小车，因此准备用一个双轴摇杆对车辆的前进、后退和转弯进行控制。双轴摇杆一般采用两个10K的可变电阻来表示X、Y轴的变化幅度。当摇杆方向变化时，两个可变电阻的阻值也发生变化。当无外力扭动摇杆时，摇杆处于居中位置。

（2）旋钮电阻调速

因为遥控小车是准备给家里小孩玩的，因为年纪尚小，希望能够控制小车的转速，通过一个旋钮电阻，控制L298N使能A、B的PWM波来进行调速。

（3）代码实现

代码部分其实比较基础。

首先读取可变电阻的信号，用于调整电机转速；其次读取摇杆的X/Y轴阻值信号（VRX/VRY），用于控制电机正反转。因为需要输出，所以阻值信号均映射至0~255区间。

输出部分，val为根据可变电阻生成的pwm信号，从使能端口输入，以控制电机转速；in1~in4根据摇杆的X/Y轴阻值情况在调整高低电平。

（4）实际接线

程序烧录完成后，利用3节3.7V的18650锂电池给L298N和arduino nano供电。电源正极接L298N的12V端子，负极接GND端子，因为arduino nano的vin引脚需要接7~12V电压，因此也接电压正极，GND接L298N的GND端子。注意L298N与arduino nano的引脚连接时，使能端子（ENA/ENB）需要接支持pwm输出的引脚。

（5）实测视频

5、下一阶段学习内容

下一阶段计划对nRF24L01无线接发讯号进行学习。