从零开始：用STM32和L298N实现直流电机PWM调速控制
你有没有试过让一个小车动起来？不是插上电池就跑的那种，而是想快就快、想慢就慢、还能随时换向的精准控制。这背后的核心技术之一，就是我们今天要讲的——STM32 + L298N 的 PWM 调速系统。
别被这些术语吓到。哪怕你是刚接触嵌入式的新手，只要跟着一步步来，也能亲手做出一个可调速、可正反转的电机控制系统。整个过程不光能让你搞懂“弱电如何驱动强电”，还会揭开PWM、H桥、定时器这些概念的真实面目。
为什么微控制器不能直接驱动电机？
先问一个问题：STM32的GPIO输出高电平是3.3V或5V，能不能直接接电机让它转？
答案很明确：不能。
原因很简单：
- STM32每个IO口最多只能提供几十毫安电流；
- 而一台普通直流电机启动瞬间可能需要1A甚至更高的电流；
- 强行连接不仅电机不转，还可能烧毁芯片。
所以，我们需要一个“中间人”——既能听懂STM32的逻辑信号（低电压、小电流），又能为电机提供大功率输出。这个角色，正是由L298N电机驱动模块扮演。
L298N到底是什么？它怎么让电机听话的？
它是个“双通道H桥”驱动芯片
你可以把L298N想象成一个智能开关组。它的核心是一个叫H桥电路的结构，专门用来控制电流方向。
H桥是怎么实现正反转的？
一个H桥有四个开关（内部是晶体管），连接在电机两端：
+V │ ┌───┴───┐ │ │ S1 S2 │ │ ├─ MOTOR ─┤ │ │ S3 S4 │ │ └───┬───┘ │ GND通过控制这四个开关的通断组合：
- S1 & S4 导通 → 电流从左向右 → 电机正转
- S2 & S3 导通 → 电流从右向左 → 电机反转
- 全部断开 → 电机自由停转
- 对角短接 → 快速制动（能耗刹车）
L298N把这套复杂的开关逻辑封装好了，你只需要给它两个方向信号（IN1/IN2）和一个使能信号（ENA），它就能自动完成切换。
💡 小知识：L298N其实有两个独立的H桥，意味着它可以同时控制两台直流电机，或者一台四线步进电机。
关键参数一览（来自ST官方数据手册）
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 工作电压（电机端） | 最高46V |
| 持续输出电流 | 每通道2A（峰值4A） |
| 逻辑供电电压 | 5V~7V（推荐5V） |
| 支持PWM频率 | ≤40kHz（建议1~20kHz） |
| 内置保护 | 续流二极管、过热关断 |
⚠️ 注意：L298N采用双极性晶体管工艺，导通压降高达约2V。这意味着当电流为2A时，单边功耗就有4W！必须加散热片，否则几分钟就会烫得冒烟。
STM32是如何生成PWM信号来调速的？
现在问题来了：方向有了，那速度怎么控制？
答案是——脉宽调制（PWM）。
PWM的本质：用“快速开关”模拟电压大小
假设你有一个灯泡，想让它半亮。最简单的方法不是降低电压，而是每秒开关50次，每次亮一半时间。虽然电压始终是5V，但平均下来只有2.5V的效果。
这就是PWM的原理：保持周期不变，改变高电平持续的时间比例，也就是占空比。
- 占空比10% → 平均电压低 → 电机慢转
- 占空比90% → 平均电压高 → 电机飞转
而STM32的强大之处在于：它可以用硬件定时器自动生成这种波形，完全不需要CPU干预。
STM32定时器是怎么工作的？
以TIM3为例，我们设定：
- 主频72MHz → 经预分频后得到1MHz计数时钟
- 自动重载寄存器（ARR）设为999 → 周期 = 1000 / 1MHz = 1ms → PWM频率1kHz
- 捕获比较寄存器（CCR）设为300 → 高电平持续300个时钟 → 占空比 = 300/1000 = 30%
这样，PA6引脚就会持续输出30%占空比的方波，送给L298N的ENA脚，从而控制电机转速。
而且这一切都是硬件自动完成的。一旦启动，即使你在主循环里做别的事，PWM也不会中断。
实际代码实现（基于STM32F103标准库）
#include "stm32f10x.h" void PWM_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_BaseStruct; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCStruct; // 1. 开启相关外设时钟 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); // 2. 配置PA6为复用推挽输出（TIM3_CH1） GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用功能，推挽输出 GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // 3. 配置TIM3基本定时器 TIM_BaseStruct.TIM_Period = 999; // ARR = 1000 - 1 TIM_BaseStruct.TIM_Prescaler = 71; // (72MHz / 72) = 1MHz TIM_BaseStruct.TIM_ClockDivision = 0; TIM_BaseStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_BaseStruct); // 4. 配置PWM模式（通道1） TIM_OCStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; // PWM模式1 TIM_OCStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; TIM_OCStruct.TIM_Pulse = 500; // 初始占空比50% TIM_OCStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCStruct); // 5. 启动定时器 TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); } // 动态设置占空比（0~1000对应0%~100%） void Set_Duty_Cycle(uint16_t duty) { if (duty > 1000) duty = 1000; TIM_SetCompare1(TIM3, duty); // 更新CCR1 }📌 使用说明：
PWM_Init()在主函数初始化阶段调用一次即可；- 之后通过
Set_Duty_Cycle(300)设置30%转速； - 改变数值就能无级调速，响应非常灵敏。
整体系统怎么接线？一图看懂
下面是完整的硬件连接示意图：
[STM32最小系统板] │ ├── PA6 ─────→ ENA (L298N使能A) ← PWM输入 ├── PB0 ─────→ IN1 ← 方向控制1 ├── PB1 ─────→ IN2 ← 方向控制2 │ ├── 5V/GND ──→ 逻辑电源5V/GND ← 供电 │ [L298N模块] │ ├── OUT1 ────→ 电机+ ├── OUT2 ────→ 电机- │ ├── VCC ─────→ 外部电源+12V ← 电机电源（如锂电池） └── GND ─────→ 所有地线共接 ← 必须共地！🔧 接线要点提醒：
- 所有GND必须连在一起，包括STM32、L298N、电源的地，否则信号会出错；
- 若使用12V电池供电，请确认L298N模块支持该电压；
- 模块上的跳帽：
- 如果使用外部5V给逻辑部分供电，需取下“5V使能”跳帽；
- 若依赖模块自带稳压输出，则保留跳帽，并确保电机电压≥7V；
如何控制电机正反转？三个步骤搞定
第一步：设置方向
通过PB0和PB1发送高低电平组合：
| PB0 | PB1 | 状态 |
|---|---|---|
| 1 | 0 | 正转 |
| 0 | 1 | 反转 |
| 0 | 0 | 停止 |
| 1 | 1 | ❌禁止！可能导致短路 |
// 示例函数 void Motor_Forward() { GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0); GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1); } void Motor_Reverse() { GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0); GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1); } void Motor_Stop() { GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1); }第二步：开启PWM调速
调用Set_Duty_Cycle(400)让电机以40%速度运行。
第三步：动态调节
比如做一个循迹小车，前方障碍物靠近时自动减速：
if (distance < 20cm) { Set_Duty_Cycle(200); // 慢点走 } else { Set_Duty_Cycle(800); // 正常跑 }实战中常见的“坑”与应对策略
🔥 坑1：模块发烫严重
✅ 解决方案：
- 加装金属散热片；
- 避免长时间满负荷运行；
- 考虑升级为MOSFET驱动模块（如DRV8833、TB6612）提升效率。
📡 坑2：电机干扰导致STM32复位
✅ 解决方案：
- 使用独立电源给STM32供电（不要靠L298N反向供5V）；
- 在电机电源端并联100μF电解电容 + 0.1μF陶瓷电容；
- 信号线尽量远离电源线走线。
⚡ 坑3：3.3V系统无法驱动5V模块
部分L298N模块要求IN1/IN2输入达到4V以上才算高电平，而STM32F103虽然是5V tolerant IO，但输出仍是3.3V，可能导致误判。
✅ 解决方案：
- 使用电平转换芯片（如TXS0108E）；
- 或选用兼容3.3V输入的驱动模块；
- 或外加上拉电阻至5V（谨慎操作，注意是否支持5V输入）；
🛑 坑4：上电自启动
有时下载程序后重新上电，电机突然猛转！
✅ 解决方案：
- 初始化时默认关闭PWM输出（TIM_SetCompare1(TIM3, 0)）；
- 先设置好方向再打开PWM；
- 加软件延时或状态机管理启动流程。
还能怎么升级？迈向更高级的控制
你现在掌握的是开环调速的基础能力。下一步可以尝试加入反馈，变成闭环系统：
✅ 加编码器 → 实现PID转速恒定控制
即使负载变化，也能维持匀速运转，适合智能车巡航。
✅ 加电流检测 → 实现堵转保护
检测到异常大电流时自动降速或停机，防止烧电机。
✅ 替换驱动芯片 → 提升效率
L298N虽经典，但效率偏低。后续可尝试：
- TB6612FNG：MOSFET驱动，导通损耗更低，发热小；
- DRV8876：集成电流检测、PWM直驱，更适合现代设计；
- IR2104 + MOSFET半桥：适用于高压大功率场景。
写在最后：这不是终点，而是起点
当你第一次看到电机随着你写的代码缓缓加速、平稳转向时，那种成就感是无可替代的。
这个看似简单的“STM32 + L298N”组合，其实是通往更广阔世界的大门：
- 它是你理解电机控制的第一课；
- 是你实践硬件定时器、GPIO复用、电源管理的练兵场；
- 更是未来学习FOC矢量控制、伺服系统、机器人运动规划的基石。
技术总是在进化，L298N或许终将被淘汰，但它所承载的教学价值永远不会过时。
如果你正在做毕业设计、课程项目，或是想入门机电一体化，不妨就从今天开始，焊一块L298N模块，写一段PWM代码，让第一个轮子真正转动起来。
动手，才是最好的学习方式。
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