一种基于Intel8253与L298N的电机PWM调速方法

摘要：介绍采用Intel8253型微型计算机接口电路产生脉冲宽度调制波，并使用L298N型桥式驱动器，实现对直流电机的一种简单有效的PWM调速方法。 关键词：Intel8253； L298N： 脉冲宽度调制：PWM 1 引言 脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation—PWM)是指将输出信号的基本周期固定，通过调整基本周期内工作周期的大小来控制输出功率。原理就是开关管在一个周期内的导通时间为t，周期为T，则电机两端的平均电压U=Vcc t/T=aVcc。其中，a=t/T(占空比)，Vcc是电源电压。电机的转速与电机两端的电压成比例，而电机两端的电压与控制波形的占空比成正比，因此电机的速度与占空比成比例，占空比越大，电机转得越快。 PWM常取代数／模转换器(DAC)用于功率输出控制，其中，直流电机与交流电机的速度控制是最常见的应用。通常PWM配合桥式驱动电路实现直流电机调速，非常简单，且调速范围大。 图1 2 Intel8253的内部结构及工作模式 2.1 Intel8253的内部结构 Intel8253是微型计算机外围接口电路，内部包含3个彼此独立的16位减法计数器。每个计数器都可由软件确定为16位二进制减法计数器或者十进制4位BCD减法计数器。每个计数器都有6种不同的工作模式，也由软件确定。每个计数器都有一个时钟输入端(CLK)、一个门控信号输入端(GATE)和输出端(OUT)。读写由A1、．A0、RD、WR和CS等引脚加以控制，主要用以控制Intel8253的数据与命令的写入、读取与禁止。Intel8253的引脚排列如图l中的U3所示。 2.2与PWM有关的工作模式 与PWM有关的工作模式是模式l和模式2。 (1)模式1 当某计数器设置在模式1以后，微型计算机可以通过二条输出指令将16位数据M送入该计数器。这时该计数器的输出端并无任何响应。一旦该计数器的门控输入端脉冲上升沿到时，它的输出端立刻输出一个宽度为MT的负向脉冲，如图2所示。 (2)模式2 当某计数器设置在模式2以后，微型计算机可以通过二条输出指令将16位数据Ⅳ送入该计数器。输出指令结束后，该计数器立即输出周期为NT的连续方波，如图3所示。 如果将8253的计数器0和计数器1分别设置在模式2和模式1，并按图4所示连接，就可以得到一个十分简单的脉宽调制发生器。工作开始前，先将常数Ⅳ送入计数器0，再将常数M送入计数器1中(M movx@dptr,a nov dotr,#Ofe03h：对8253控制寄存器初始化 mov a,#72h 选择计数器1、工作模式l movx@dptr’，a mov dpu，#0fe01h；向计数器1送低8位数据20H nOV a,#20h movx@dptr,a nov dptr，#Ofe01h：向计数器1送高8位数据00H nov a,#00h movx@dptr,a …… 根据以上程序，可以得到占空比为 a=t／T=0020H／0080H=25％ 同理。将Intel8253的计数器0和计数器2分别设置在模式2和模式1，并按图4的连接方法也可以得到另一个PWM2。 3 L298N型驱动器的原理及应用 L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。其引脚排列如图1中U4所示，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信 表1 1298N的逻辑功能 ENA(B) INl(IN3) IN2(IN4) 电机运行情况 H H L 正转 H L H 反转 H 同IN2(IN4) 同INl(IN3) 快速停止 L X X 停止 号。L298可驱动2个电机，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。1298的逻辑功能如表1所列。 如图1所示，：Intel8253输出二组PWM波，每一组PWM波用来控制一个电机的速度．另外二个I／O口可以控制电机的正反转．控制方法与控制电路都比较简单。即P10、P11控制第一个电机的方向，输入的：PWMl控制第一个电机的速度；P12、P13控制第二个电机的方向，输入的PWM2控制第二个电机的速度。 由于电机在正常工作时对电源的干扰很大，只用一组电源时会影响单片机的正常工作。所以选用双电源供电。一组5V电源给单片机和控制电路供电，另外一组5V、9V电源给L298N的+VSS、+VS供电。在控制部分和电机驱动部分之间用光耦隔开，以免影响控制部分电源的品质。 图1就是一个实现智能小汽车的应用电路。D1、Q1是一对红外发射接收对管，与LM324构成光电传感检测电路。通过Intel8253和1298N可实现汽车的加速、减速、刹停，并可通过两个电机的不同转速实现左转和右转等功能。