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digitalWrite(9,HIGH);
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digitalWrite(11,HIGH);
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delay(15);
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digitalWrite(8,HIGH);
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digitalWrite(9,LOW);
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digitalWrite(11,HIGH);
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delay(15);
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}
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这个程序看起来是很简短吧!但是你暂时可能还不太清楚里面语句的意思,让我们先看看L298N驱动板的使用方法,这个程序就不言自明了。图6.12中展示了L298N驱动板的样子。
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图6.12 L298N电机驱动板
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图中标注了一些输入和输出端口,其中VMS和GND是连接电源的正负极;EnB,In3和In4是连接从Arduino输送过来信号;输出到电机两端的接口则是产生电压驱动电机转动(在本章中是驱动线圈产生交变的电磁场),由于产生的电压是交变的,所以无所谓正负极。这块板子的核心芯片是图中央那块加着散热片的大个子,它的基本结构见图6.13。
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图6.13 L298N基本原理。取自ST半导体公司L298N数据手册
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从图6.13中可以看出,实际上它是两个完全相同的H桥电路,所以可以控制两个电机。我们这里只需要控制一个线圈,所以只用到了L298N功能的一半。把图6.13从中间劈开,我们只关注右边那一半,可以看到输入端In4、In3和 EnB。也可以看到输出端OUT3和OUT4,它们就是图6.12里面的输出到电机的端口。3个输入端通过与门两两相连,对H桥电路的4个“开关”,即此处的4个三极管进行控制。注意到EnB连接了4个与门,这表明如果EnB设置成低电压(即0V)的话,则所有与门的输出都变成了零(与门就相当于作乘法,只要它的一个输入端为零则输出为零)。这样所有的三极管都切断了,从而没有电压输出到电机两端。所以EnB又叫做B电机的使能端,要想让电机转动,它就要是高电压(5V),而如果要控制电机正转或者反转,则靠的是另外两个输入端。当EnB为高电压,同时In3为高电压,In4为低电压,则4个与门中左上角者输出高电压,所连接的三极管导通,左下角In3通过反相以后进入与门(注意到它和与门相接处有一个小圆圈,这表示反相,即In3为高电压时,进入到这个与门的是低电压),从而导致这个与门输出为低,所连接的三极管切断。同理分析,右上角与门输出为低,三极管切断;右下角与门输出为高,三极管导通。这样一来,OUT3就连接到了高电压,OUT4就连接到了低电压。容易得知,如果In3为低电压,In4为高电压,则OUT3连接到了低电压,OUT4连接到了高电压。这就实现了控制电机正反转动,或控制电流在线圈中正反流动。
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了解了这些,我们再来看看前面的程序。首先void setup那一段只不过是定义一些输出端口,这是Arduino编程的例行公事。第二段void loop是真正产生控制信号的程序。我把Arduino的输出口8和9连接到了L298N的In3和In4,用来控制线圈中电流流动方向;Arduino的输出口11连接到了L298N的EnB,这样这段程序就很容易理解了。首先让In3为高电压,In4为低电压,EnB为高电压,让电流朝一个方向流动;接下来的delay(15)表示电路保持这个状态15ms,然后让电流反向。这样在电磁铁中产生的磁场变换一个周期大概需要(15+15+x)ms,即三十多毫秒。之所以不是精确的30ms是因为程序中其他语句执行也需要时间。这样磁场变化的频率就是大约30Hz了。如果想要改变磁场变化的频率,可以通过修改delay的时间很方便地实现。
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Arduino和L298N是非常有用的电路板,读者朋友如果通过本章的制作熟悉了它们,在以后的实验中会起到很大的作用。
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[1].这个圣诞节的故事来自我看过的一本中文的法拉第传记,但是书名和作者已不可考,相信其他的法拉第传也应该会有这个故事。
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我们都是科学家:那些妙趣横生而寓意深远的科学实验(修订版) [
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我们都是科学家:那些妙趣横生而寓意深远的科学实验(修订版) 7 逆磁悬浮
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一分钟简介
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本章将介绍磁悬浮的基本原理,并着重介绍用逆磁性材料实现的悬浮。通过本章,你将了解如何用简单的逆磁材料比如铅笔芯,以及强磁铁来实现磁悬浮。本章还将介绍在逆磁悬浮方面的一些高科技的成果,例如如何把一只青蛙悬浮起来等。
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