Contrôle Moteur DC via L293D (H Bridge Driver, Circuit Intégré Pont H)

08/10/2012: MCHobby propose maintenant:

Le L293D disponible à la vente chez MC Hobby ainsi qu'un tutoriel révisé + montage + code Arduino sur notre wiki
un Breakout board permettant de piloter deux moteur CC dans les deux sens. Ce module est basé sur le L298 qui est un double Pont-H. Le module est en vente ici et la documentation (+exemple Arduino) disponible sur notre Wiki.

Introduction
Un précédent article "Pont H à transistor pour contrôler un Moteur DC dans les deux sens" expliquait comment assembler un Pont H pour contrôler le sens de rotation d'un moteur à courant continu.

Si le montage est un peu fastidieux, il permet de comprendre comment fonctionne un pont H.
Pour l'utilisation de tous les jours, il existe des Ponts H pré-assemblés dans des circuits intégrés (ça c'est le pied).
Dans la gamme de circuit intégré "H Bridge Driver" disponibles, les plus courants sont le L293D (un peu désuet) et le L293E (disponible chez Farnell en Belgique).

De l'information en Français
Le net regorge d'informations concernant l'utilisation d'un L293D avec Arduino ou un PIC.
Une simple requête sur Google avec les mots clés "L293D + Arduino + DC Motor" retourne une liste impressionnante.
Cependant la plupart de ces références sont en anglais.

Pour palier au manque d'information en français sur le sujet, j'ai décidé de traduire l'article "Control a DC motor with Arduino and L293D chip" de Luky Larry

Controler un moteur DC avec Arduino et un circuit intégré L293D
Source: Cet article est une traduction "at the best" de l'article "Control a DC motor with Arduino and L293D chip" de Luky Larry.

Voici un guide rapide avec quelques information complémentaire (configuration du circuit intégré etc) des choses que j'ai apprissent tout au long de mes essais pour utiliser un L293D avec un Arduino.
Ce guide présentant comment nous pouvons:

Utiliser une alimentation supplémentaire pour fournir la puissance nécessaire au moteur DC.
Utiliser le circuit intégré L293D pour piloter le moteur
Utiliser un bouton poussoir pour changer la direction du moteur.

Mise à jour: Si vous avez l'intention d'utiliser un L293D pour faire de la robotique alors vérifiez l'article suivant pour apprendre comment exploiter ce circuit intégré au maximum – j'ai découvert le circuit SN754410 plus facile à utiliser que le L293D, il est exactement le même à part qu'il est capable de gérer un courant plus important Arduino obstacle avoidance robot

Note personnelle: Il existe également le LD293E disponible chez Farnell.

Il est également capable de conduire plus de courant et le montage reste similaire. Pour plus d'information sur les différences du L293E, vous pouvez consulter l'article "Contrôle Moteur DC via L293E".

Même si je n'ai utilisé qu'un seul moteur, il est possible de commander deux moteurs (dans les deux sens) avec un seul L293D chip. Dans ce cas, vous devez vous assurer de pouvoir fournir assez de courant pour alimenter convenablement les deux moteurs pour les charges maximales (peak load).
Souvenez-vous que si vous utilisez deux moteurs, l'alimentation aura toujours la même tension mais le courant sera doublé - un bon point de départ pour répondre à cette demande est de modifier la façon dont vous connectez vos batteries en parallèles ou en série.

“Le L293D un circuit intégré monolitique, à haut voltage, grand courant, 4 canal pilote.”
Cela veut dire que ce circuit intégré peut être utilisé pour des moteurs DC et alimentation jusqu'a 36 Volts (ce sont déjà des jolis petits moteurs) et que le circuit peut fournir un maximum de 600mA par canal.
Le L293D est aussi connu pour être une sorte de Pont-H. Typiquement, un pont H est un circuit electrique qui permet d'appliquer une tension en sortie sur une charge dans une direction ou l'autre. Par exemple, un moteur.

Cela signifie principalement que vous pouvez inverser la direction du courant et donc renverser le sens de rotation du moteur. Le principe de fonctionnement est basé sur 4 éléments du circuit communément nommés contacts et identifiés comme suit: Haut Côté Gauche, Haut Côté Droit, Bas Côté Droit et Bas Côté Gauche.
En utilisant différentes combinaisons de fermetures, il est possible de démarrer, Stopper ou Inverser le courant.

Il est possible de faire ce montage à partir de relai mais il est plus simple d'utiliser un Circuit Intégré - Le L293D est double Pont-H convenable avec 1 Pont-H de chaque côté du circuit (soit un Pont-H par moteur).

La seule chose à laquelle il faut faire attention dans tout cela, ce sont les 2 broches d'entrée (Input Pins) qui commande la logique pour chaque moteur. Le plus important pour nos besoins, c'est que ces entrées sont commandables depuis un Board Arduino.

Il n'est pas vraiment nécessaire de se préoccuper de la régulation de la tension parce que le L293 accepte deux sources de tensions.

Une source d'alimentation directe (jusqu'a 36 Volts) pour alimenter les moteurs.
Une autre source de tension (5 Volts) pour alimenter la logique du circuit intégré.
Cette alimentation peut provenir directement de la carte Arduino.

Puisque l'alimentation de mon moteur est de 6 Volts, Je vais directement l'utiliser (si la tension d'alimentation du moteur était plus élevée, je devrait considérer l'usage d'un transistor ou d'un régulateur de tension).
La seule chose dont il faut se souvenir, c'est qu'il faut raccorder ensemble la masse (GND) d'Arduino et celle de l'alimentation externe.
La masse doit être commune entre les alimentations (d'Arduino et du Pont-H).

Note Personnelle: Il est aussi possible (voire recommander) d'alimenter la logique du L293D avec Arduino et de garder l'alimentation de "puissance" uniquement pour le circuit de puissance.

Vous pouvez voir ci-dessous la configuration des broches du L293D et la table de la logique de commande.

Source: Datasheet du L293D

VSS - Alimentation de la logique de commande (5V).
A raccorder à la borne +5V d'Arduino (donc sur le régulateur d'Arduino).
VS - Alimentation de puissance des moteurs.
Par exemple, s'il s'agit d'une ancien véhicule téléguidé que vous avez canibalisé, il s'agira de la borne positive (+9.2v) de votre accumulateur.
GND - Doit être raccorder à la masse (GND) de la source d'alimentation de puissance VS (donc le négatif de l'accumulateur) et à la masse de la source d'alimentation de VSS (donc GND Arduino).
Si vous n'avez qu'une source d'alimentation pour le tout, c'est forcement plus simple.
OUTPUT1, OUTPUT2 - Broches à raccorder à la charge (le moteur). C'est via ces broches de
INPUT1, INPUT2 - Broche de commande du Pont-H. Se raccorde a Arduino.
ENABLE1 - permet d'envoyer (ou pas) la tension sur les sorties du moteur via OUTPUT1 & OUTPUT2.
ENABLE1 commande l'activation du premier Pont-H.
Si ENABLE1 = GND, le pont-H est déconnecté et le moteur ne fonctionne pas.
Si ENABLE1 = VSS, le pont-H est connecté aux sorties et le moteur fonctionne dans un sens ou l'autre ou pas en fonction des tensions appliquée sur INPUT1 & INPUT2.

Importance de la broche ENABLE1:

Si l'on ne désire pas faire de commande en vitesse et que le Pont-H sert uniquement en commande tout ou rien, alors dans ce cas, il suffit de raccorder ENABLE1 à VSS.
Par contre, ENABLE1 offre l'avantage de pouvoir moduler la vitesse du moteur en y appliquant un train d'onde PWM.
Il est ainsi possible de commander assez finement une moteur DC avec 3 broches Arduino (dont une PWM).

Enable 1	Input 1	Input 2	Fonction
High	Low	High	Tourne dans le sens horlogique
High	High	Low	tourne dans le sens anti-horlogique
High	Low	Low	Stop
High	High	High	Stop
Low	Non applicable	Non applicable	Stop

D'une façon générale, une moteur DC nécessite bien plus de courant et tension que le board Arduino est capable de lui fournir.
Dans ce cas pratique, le moteur que j'utilise necessite que 5 à 6 Volts.

je pourrais aussi alimenter mon Arduino avec une source de tension de 12 Volts. Mais cela la viderais assez vite si elle devait tout alimenter, plus spécialement si j'ajoutais un autre moteur et un couple de Servo.
Donc, a la place, mon Arduino fonctionne avec une source d'alimentation séparée de 9 Volts que j'ai faite moi même.

Capacités de découplages
Vous avez aussi besoin de quelques capactités dans votre circuit pour réguler la puissance de charge aux moteurs autant que possible et ainsi éviter les pointes de courant et stabiliser le courant.

J'utilise une capacité de 10 microFarad sur la source d'alimentation - je suggère d'utiliser cela comme valeur minimale.
Note personnelle: J'ai eu l'occasion d'utilisé une capacité polarisée de 33µF.

Vous pouvez aussi ajouter des capacités sur chaque moteur que vous utilisez - quelque-chose comme des capacités ceramique 220nF multi-couche devrait être bon pour de petits moteurs.


Commande de direction d'un véhicule Nikko. La direction est commandée par Pont-H à transistor.

Montage du circuit L293D pour Arduino

Matérial

Resistance de 10 K Ohm (brun, noir, orange, or)
Capacité 50V 10uF
Moteur DC 6V
H Bridge L293D (circuit intégré)
Un switch (bouton poussoir, etc..)
Un Arduino (ex: Deumilanove w/ ATMEGA328)
Un breadboard ou board de prototypage
Fils de connection
Container pour 4 piles AA
4 piles AA
Capacité céramique multicouches 220nF (Y5V) - optionel
Alimentation externe 9V DC ou utiliser le câble USB pour alimenter le board Arduino

Montage

Commençons pat la pins 16 sur le L293D et tout ce qui doit y être raccordé. Comme vous pouvez le constater, il y a deux côté sur le L293D, 1 côté pour chaque moteur.

Source: Article de Luky Larry

Active/desactive le moteur peut importe qu'il soit en marche ou non (high ou low).
Raccordé a la pin 9 d'Arduino (digital PWM)
Contrôle logique du moteur pour le moteur (INPUT qui est soit high ou low raccordé sur la pin 4 d'Arduino (digital)
Est connecté à une borne du moteur (soit +, soit -)
GND
GND
Est connecté sur l'autre borne du moteur.
Contrôle logique pour le moteur (INPUT qui est soit high ou low) raccordée sur la pin 3 d'Arduino (digital)
Alimentation de puissance du moteur. Devrait assumer la charge en courant (et la tension) pour le moteur. Dans cet exemple, c'est une alimentation de 6V.
Active/désactive le second moteur.
Contrôle logique du second moteur (INPUT qui est soit high soit low)
Est connecté à une borne du second moteur.
GND
GND
Est connecté à l'autre borne du second moteur.
Contrôle logique du second moteur (INPUT qui est soit high soit low)
Alimentation du circuit intégré +5V.
Dans ce cas, la même alimentation que celle utilisée pour le moteur.

Vous pouvez voir sur la photo ci-dessous comment le L293 est raccordé au différents composants externes.
J'ai raccordé mon bouton poussoir sur la pin 2 d'Arduino (digital) and raccordé la masse (GND) d'Arduino sur le rail de masse de mon breadboard.
J'ai aussi ajouté une capacité entre les pôles de l'alimentation - faite attention de bien respecter la polarité.
Finalement, j'ai ajouter des fils pour alimenter les deux côtés de mon breadboard (les 2 fils rouges sur la gauche) et ajouté le moteur et son alimentation.

Source: l'article de Luky Larry

Le code d'exemple

source: l'article de Luky Larry

int switchPin = 2;    // switch input
int motor1Pin1 = 3;    // pin 2 on L293D
int motor1Pin2 = 4;    // pin 7 on L293D
int enablePin = 9;    // pin 1 on L293D
void setup() {
  // set the switch as an input:
  pinMode(switchPin, INPUT);
  // set all the other pins you're using as outputs:
  pinMode(motor1Pin1, OUTPUT);
  pinMode(motor1Pin2, OUTPUT);
  pinMode(enablePin, OUTPUT);
  // set enablePin high so that motor can turn on:
  digitalWrite(enablePin, HIGH);
}
void loop() {
  // if the switch is high, motor will turn on one direction:
  if (digitalRead(switchPin) == HIGH) {
    digitalWrite(motor1Pin1, LOW);   // set pin 2 on L293D low
    digitalWrite(motor1Pin2, HIGH);  // set pin 7 on L293D high
  }
  // if the switch is low, motor will turn in the opposite direction:
  else {
    digitalWrite(motor1Pin1, HIGH);  // set pin 2 on L293D high
    digitalWrite(motor1Pin2, LOW);   // set pin 7 on L293D low
  }
}

Quelques H Bridge Drivers

Référence	L293E	L298N	L6202	L6203	L6219	PBL3717A	UDN2916B
Modèle	Standard		DMOS		Avec limiteur de courant intégré.
Désignation	2 ponts H	2 ponts H	1 pont H	1 pont H	2 ponts H	1 ponts H	2 ponts H
Datasheet	1328.pdf (194 Ko)	1773.pdf (185 Ko)	1373.pdf (230 Ko)		1377.pdf (107 Ko)	1430.pdf (188 Ko)	2916.pdf (190 Ko)
Prix (Nov 2010)	6.67 Eur be.farnell.com	6.48 Eur	??	??	??	??	??
Popularité	**	***	**	**	**	***	***
Tension Min	-	-	12V	12V	10V	10V	-
Tension Max	36V	46V	48V	48V	50V	46V	45V
Courrant Max	1A ( x 2 ) 2A si t<2ms	2A ( x 2 ) 2,5A si t<10mS 3A en parallèle	1,5A 5A si t<1mS	4A 5A si t<1ms	0,75A ( x 2 ) Impulsion démarrage : 1A	1A	0,75A ( x 2 )
Puissance	5W	25W	5W	-	-	-	-
Type Boîtier	DIP20	Multiwatt15	DIP18	Multiwatt11	DIP24	DIP16	DIP24
Perte Tension	1,8V 2,6V à 1A 3,7V à 2A	1,8V 2,6V à 1A 3,7V à 2A 4,9V à 3A	Entre 0,3 * I et 0,55 * I	Entre 0,3 * I et 0,55 * I	1,4V 2V à 0,75A 2,6V à 1A	1,7V 2,1V à 1A 2,8V	1,8V à 0,5A
Utilisation	3 entrées par pont IN1, IN2 et ENABLE si ENABLE=0 le moteur est libre si IN1=1 et IN2=0 il tourne dans un sens si IN1=0 et IN2=1 il tourne dans l'autre sens si IN1=IN2 frein moteur				3 entrées par pont I0, I1 et PH I0, I1 Pour sélectionner le limite en courant. ( 0A,1/3 Imax, 2/3 Imax, Imax) PH sens de rotation.

Source du tableau: cet article sur Fribotte

Références

Contrôle Moteur DC via L293E (article de complément)
L293D vs L293E (Arduino Forum) - Avec la version E, il faut utiliser des diodes de protection et mettre les senseurs à GND.
Voir l'article "Control a DC motor with Arduino and L293D chip".
Information complémentaires sur le pont-H, d'autres circuit pont-H et utilisation d'optocoupleur de protection sur l'article "Carte Pont en H" sur Telecom-Robotics.
Voir aussi cet article sur Fribotte concernant les différents circuits disponibles.
Datasheet du L293D et L293E