STM32 HAL库 L298N电机驱动模块实现-EW帮帮网

一、引言

在机器人、自动化设备等众多应用场景中，电机驱动是一个关键的部分。L298N 是一款常用的电机驱动模块，它可以驱动两个直流电机或一个步进电机。STM32F407 是一款高性能的 ARM Cortex-M4 内核微控制器，结合 HAL 库可以方便地实现对 L298N 电机驱动模块的控制。本文将详细介绍如何使用 STM32F407 的 HAL 库来实现对 L298N 电机驱动模块的控制。

二、L298N 电机驱动模块介绍

2.1 基本原理

L298N 是一种双 H 桥电机驱动芯片，H 桥电路是一种常用于控制直流电机正反转和调速的电路结构。通过控制 H 桥电路中各个开关管的导通和截止状态，可以改变电机两端的电压极性，从而实现电机的正反转。同时，通过调节输入信号的占空比，可以实现对电机转速的控制。

2.2 引脚说明

L298N 模块通常有以下主要引脚：

电源引脚：包括电源输入（VCC）、接地（GND）和电机电源输入（+12V）。
控制引脚：用于控制电机的正反转和调速，通常有 4 个输入引脚（IN1 - IN4）和 2 个使能引脚（ENA 和 ENB）。
电机输出引脚：用于连接电机，有 4 个输出引脚（OUT1 - OUT4），分别对应两个电机。

三、STM32F407 开发环境搭建

3.1 硬件准备

STM32F407 开发板
L298N 电机驱动模块
直流电机
杜邦线若干

3.2 软件准备

Keil MDK-ARM 开发环境
STM32CubeMX 图形化配置工具

3.3 配置 STM32CubeMX

创建新项目：打开 STM32CubeMX，选择对应的 STM32F407 芯片型号，创建一个新的项目。
配置时钟：在 RCC 选项中，选择外部高速时钟（HSE），并配置系统时钟为 168MHz。
配置 GPIO：选择需要连接到 L298N 模块的 GPIO 引脚，将其配置为推挽输出模式。
配置定时器（可选）：如果需要实现电机调速功能，可以配置一个定时器用于产生 PWM 信号。选择一个合适的定时器，配置其时钟源、预分频器和自动重载值，使其产生所需的 PWM 频率。

3.4 生成代码

完成配置后，点击 “Generate Code” 按钮，生成 Keil MDK 项目代码。

四、代码实现

4.1 初始化 GPIO 引脚

在生成的代码中，找到 main.c 文件，添加以下代码来初始化连接到 L298N 模块的 GPIO 引脚：

#include "main.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"

// 定义连接到 L298N 模块的 GPIO 引脚
#define IN1_PIN GPIO_PIN_0
#define IN1_PORT GPIOA
#define IN2_PIN GPIO_PIN_1
#define IN2_PORT GPIOA
#define ENA_PIN GPIO_PIN_2
#define ENA_PORT GPIOA

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();

  while (1)
  {
    // 主循环代码
  }
}

void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** 初始化 RCC 振荡器 
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 8;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 336;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 7;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /** 初始化 RCC 时钟 
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

static void MX_GPIO_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

  /*Configure GPIO pins : IN1_PIN IN2_PIN ENA_PIN */
  GPIO_InitStruct.Pin = IN1_PIN|IN2_PIN|ENA_PIN;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

void Error_Handler(void)
{
  while(1)
  {
  }
}

4.2 控制电机正反转

在 main 函数的主循环中，添加以下代码来控制电机的正反转：

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();

  while (1)
  {
    // 电机正转
    HAL_GPIO_WritePin(IN1_PORT, IN1_PIN, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(IN2_PORT, IN2_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(ENA_PORT, ENA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(2000);

    // 电机反转
    HAL_GPIO_WritePin(IN1_PORT, IN1_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(IN2_PORT, IN2_PIN, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(ENA_PORT, ENA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(2000);

    // 电机停止
    HAL_GPIO_WritePin(ENA_PORT, ENA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_Delay(2000);
  }
}

4.3 实现电机调速（使用 PWM）

如果需要实现电机调速功能，可以使用定时器产生 PWM 信号来控制电机的转速。以下是一个简单的示例代码：

#include "main.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"

// 定义连接到 L298N 模块的 GPIO 引脚
// IN1 引脚用于控制电机正反转的逻辑输入，此处使用 GPIOA 的第 0 号引脚
#define IN1_PIN GPIO_PIN_0
// IN1 引脚所在的 GPIO 端口为 GPIOA
#define IN1_PORT GPIOA
// IN2 引脚用于控制电机正反转的逻辑输入，此处使用 GPIOA 的第 1 号引脚
#define IN2_PIN GPIO_PIN_1
// IN2 引脚所在的 GPIO 端口为 GPIOA
#define IN2_PORT GPIOA
// ENA 引脚用于使能电机，控制电机的启动和停止，此处使用 GPIOA 的第 2 号引脚
#define ENA_PIN GPIO_PIN_2
// ENA 引脚所在的 GPIO 端口为 GPIOA
#define ENA_PORT GPIOA

// 定义定时器句柄，用于操作 TIM3 定时器
TIM_HandleTypeDef htim3;

// 函数声明：配置系统时钟
void SystemClock_Config(void);
// 函数声明：初始化 GPIO 引脚
static void MX_GPIO_Init(void);
// 函数声明：初始化 TIM3 定时器
static void MX_TIM3_Init(void);

// 主函数，程序的入口点
int main(void)
{
  // 初始化 HAL 库，为后续使用 HAL 库函数做准备
  HAL_Init();
  // 配置系统时钟，使系统以合适的时钟频率运行
  SystemClock_Config();
  // 初始化连接到 L298N 模块的 GPIO 引脚
  MX_GPIO_Init();
  // 初始化 TIM3 定时器，用于产生 PWM 信号控制电机转速
  MX_TIM3_Init();

  // 启动 TIM3 定时器的通道 1 的 PWM 输出
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);

  // 主循环，程序将在此循环中不断执行
  while (1)
  {
    // 电机正转，不同转速

    // 设置 IN1 引脚为高电平，IN2 引脚为低电平，使电机正转
    HAL_GPIO_WritePin(IN1_PORT, IN1_PIN, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(IN2_PORT, IN2_PIN, GPIO_PIN_RESET);

    // 低转速
    // 设置 TIM3 定时器通道 1 的比较值为 200，从而改变 PWM 信号的占空比，实现低转速控制
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 200);
    // 延时 2000 毫秒，让电机以低转速运行一段时间
    HAL_Delay(2000);

    // 中转速
    // 设置 TIM3 定时器通道 1 的比较值为 500，改变 PWM 信号的占空比，实现中转速控制
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 500);
    // 延时 2000 毫秒，让电机以中转速运行一段时间
    HAL_Delay(2000);

    // 高转速
    // 设置 TIM3 定时器通道 1 的比较值为 800，改变 PWM 信号的占空比，实现高转速控制
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 800);
    // 延时 2000 毫秒，让电机以高转速运行一段时间
    HAL_Delay(2000);

    // 电机停止
    // 设置 ENA 引脚为低电平，使电机停止转动
    HAL_GPIO_WritePin(ENA_PORT, ENA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    // 延时 2000 毫秒，让电机停止一段时间
    HAL_Delay(2000);
  }
}

// 配置系统时钟的函数
void SystemClock_Config(void)
{
  // 定义 RCC 振荡器初始化结构体
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  // 定义 RCC 时钟初始化结构体
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** 初始化 RCC 振荡器 
  */
  // 设置振荡器类型为外部高速时钟（HSE）
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  // 使能外部高速时钟
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  // 使能 PLL（锁相环）
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  // 设置 PLL 的时钟源为外部高速时钟
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  // 设置 PLL 的 M 分频系数
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 8;
  // 设置 PLL 的 N 倍频系数
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 336;
  // 设置 PLL 的 P 分频系数
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
  // 设置 PLL 的 Q 分频系数
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 7;
  // 配置 RCC 振荡器，如果配置失败则调用错误处理函数
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /** 初始化 RCC 时钟 
  */
  // 设置要配置的时钟类型，包括 HCLK、SYSCLK、PCLK1 和 PCLK2
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  // 设置系统时钟源为 PLL 时钟
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  // 设置 AHB 总线时钟分频系数为 1
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  // 设置 APB1 总线时钟分频系数为 4
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;
  // 设置 APB2 总线时钟分频系数为 2
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;

  // 配置 RCC 时钟，如果配置失败则调用错误处理函数
  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

// 初始化 TIM3 定时器的函数
static void MX_TIM3_Init(void)
{
  // 定义定时器时钟配置结构体
  TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
  // 定义定时器主模式配置结构体
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
  // 定义定时器输出比较配置结构体
  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};

  // 指定要初始化的定时器为 TIM3
  htim3.Instance = TIM3;
  // 设置定时器的预分频器值为 83，用于对时钟进行分频
  htim3.Init.Prescaler = 83;
  // 设置定时器的计数模式为向上计数
  htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  // 设置定时器的自动重载值为 999，决定定时器的计数周期
  htim3.Init.Period = 999;
  // 设置定时器的时钟分频系数为 1
  htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  // 禁用自动重载预装载功能
  htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
  // 初始化定时器的基本参数，如果初始化失败则调用错误处理函数
  if (HAL_TIM_Base_Init(&htim3) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  // 设置定时器的时钟源为内部时钟
  sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
  // 配置定时器的时钟源，如果配置失败则调用错误处理函数
  if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim3, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  // 初始化定时器的 PWM 模式，如果初始化失败则调用错误处理函数
  if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim3) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  // 设置定时器的主输出触发为复位状态
  sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
  // 禁用定时器的主从模式
  sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
  // 配置定时器的主模式同步，如果配置失败则调用错误处理函数
  if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim3, &sMasterConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  // 设置定时器的输出比较模式为 PWM 模式 1
  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
  // 设置定时器的脉冲值为 0，即初始占空比为 0
  sConfigOC.Pulse = 0;
  // 设置定时器输出比较的极性为高电平有效
  sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
  // 禁用定时器的快速模式
  sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
  // 配置定时器的 PWM 通道 1，如果配置失败则调用错误处理函数
  if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim3, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  // 定时器的 MSP 后初始化函数，通常用于配置定时器的 GPIO 引脚等
  HAL_TIM_MspPostInit(&htim3);
}

// 初始化 GPIO 引脚的函数
static void MX_GPIO_Init(void)
{
  // 定义 GPIO 初始化结构体
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  // 使能 GPIOA 端口的时钟，以便可以对 GPIOA 端口的引脚进行操作
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

  // 配置 GPIO 引脚：IN1_PIN、IN2_PIN 和 ENA_PIN
  // 指定要配置的引脚为 IN1_PIN、IN2_PIN 和 ENA_PIN
  GPIO_InitStruct.Pin = IN1_PIN|IN2_PIN|ENA_PIN;
  // 设置引脚的工作模式为推挽输出模式
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  // 不使用上拉或下拉电阻
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  // 设置引脚的输出速度为低频
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  // 初始化 GPIOA 端口的指定引脚
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

// 错误处理函数，当出现错误时，程序将进入此函数的无限循环
void Error_Handler(void)
{
  while(1)
  {
  }
}

五、代码解释

5.1 初始化 GPIO 引脚

在 MX_GPIO_Init 函数中，将连接到 L298N 模块的 GPIO 引脚配置为推挽输出模式。这样可以方便地控制引脚的电平状态，从而控制电机的正反转和调速。

5.2 控制电机正反转

通过设置 IN1 和 IN2 引脚的电平状态，可以控制电机的正反转。当 IN1 为高电平，IN2 为低电平时，电机正转；当 IN1 为低电平，IN2 为高电平时，电机反转。通过设置 ENA 引脚的电平状态，可以控制电机的启动和停止。

5.3 实现电机调速（使用 PWM）

使用定时器产生 PWM 信号来控制电机的转速。通过调整 PWM 信号的占空比，可以改变电机的平均电压，从而实现电机的调速。在代码中，使用 __HAL_TIM_SET_COMPARE 函数来设置 PWM 信号的占空比。

六、注意事项

电源问题：L298N 模块需要外接电源，确保电源的电压和电流能够满足电机的需求。同时，要注意电源的极性，避免接反导致模块损坏。
引脚连接：在连接 STM32F407 开发板和 L298N 模块时，要确保引脚连接正确，避免短路或引脚冲突。
散热问题：L298N 模块在工作时会产生一定的热量，特别是在驱动大功率电机时，要注意散热，避免模块过热损坏。

七、总结

通过使用 STM32F407 的 HAL 库，我们可以方便地实现对 L298N 电机驱动模块的控制。本文详细介绍了 L298N 模块的基本原理、引脚说明，以及如何搭建 STM32F407 开发环境、配置 GPIO 引脚和定时器，最后给出了控制电机正反转和调速的代码示例。希望本文能够帮助你快速掌握使用 STM32F407 控制 L298N 电机驱动模块的方法。

STM32 HAL库 L298N电机驱动模块实现