基于Intel8253與L298N的電機(jī)PWM調(diào)速方法 - 全文

　　1、引言

　　脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModulation—PWM）是指將輸出信號(hào)的基本周期固定，通過(guò)調(diào)整基本周期內(nèi)工作周期的大小來(lái)控制輸出功率。原理就是開(kāi)關(guān)管在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間為t，周期為T，則電機(jī)兩端的平均電壓U=Vcct/T=αVcc。其中，α=t/T（占空比），Vcc是電源電壓。

　　PWM常取代數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）用于功率輸出控制，其中，直流電機(jī)與交流電機(jī)的速度控制是最常見(jiàn)的應(yīng)用。通常PWM配合橋式驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速，非常簡(jiǎn)單，且調(diào)速范圍大。

　　2、Intel8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作模式

　　2.1、Intel8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　Intel8253是微型計(jì)算機(jī)外圍接口電路，內(nèi)部包含3個(gè)彼此獨(dú)立的16位減法計(jì)數(shù)器。每個(gè)計(jì)數(shù)器都可由軟件確定為16位二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器或者十進(jìn)制4位BCD減法計(jì)數(shù)器。每個(gè)計(jì)數(shù)器都有6種不同的工作模式，也由軟件確定。每個(gè)計(jì)數(shù)器都有一個(gè)時(shí)鐘輸入端（CLK）、一個(gè)門控信號(hào)輸入端（GATE）和輸出端（OUT）。讀寫由A1、A0、RD、WR和CS等引腳加以控制，主要用以控制Intel8253的數(shù)據(jù)與命令的寫入、讀取與禁止。Intel8253的引腳排列如圖1中的U3所示。

　　圖1采用Intel8253與L298N的PWM調(diào)速電路

　　2.2、與PWM有關(guān)的工作模式

　　與PWM有關(guān)的工作模式是模式1和模式2。

　?。?）模式1

　　當(dāng)某計(jì)數(shù)器設(shè)置在模式1以后，微型計(jì)算機(jī)可以通過(guò)二條輸出指令將16位數(shù)據(jù)M送入該計(jì)數(shù)器。這時(shí)該計(jì)數(shù)器的輸出端并無(wú)任何響應(yīng)。一旦該計(jì)數(shù)器的門控輸入端脈沖上升沿到時(shí)，它的輸出端立刻輸出一個(gè)寬度為Mτ的負(fù)向脈沖，如圖2所示。

　　（2）模式2

　　當(dāng)某計(jì)數(shù)器設(shè)置在模式2以后，微型計(jì)算機(jī)可以通過(guò)二條輸出指令將16位數(shù)據(jù)N送入該計(jì)數(shù)器。輸出指令結(jié)束后，該計(jì)數(shù)器立即輸出周期為Nτ的連續(xù)方波，如圖3所示。

　　如果將8253的計(jì)數(shù)器0和計(jì)數(shù)器1分別設(shè)置在模式2和模式1，并按圖4所示連接，就可以得到一個(gè)十分簡(jiǎn)單的脈寬調(diào)制發(fā)生器。工作開(kāi)始前，先將常數(shù)N送入計(jì)數(shù)器0，再將常數(shù)M送入計(jì)數(shù)器1中（M《N），于是計(jì)數(shù)器0將輸出周期為Nτ的連續(xù)方波。計(jì)數(shù)器1的門控輸入端每隔Nτ時(shí)間接到一次正跳變信號(hào)。因此，每隔Nτ時(shí)間計(jì)數(shù)器1將輸出一個(gè)寬度為Mτ的負(fù)向脈沖。因此，通過(guò)改變M與N可以得到一個(gè)占空比可調(diào)的PWM波。

　　2.3、PWM程序

　　Intel8253的讀寫控制邏輯由A1、A0、RD、WR和CS等引腳加以控制，其中，端口選擇信號(hào)A1、A0決定3個(gè)計(jì)數(shù)器、控制寄存器中哪一個(gè)進(jìn)行工作，A1，A0：00-10CPU選擇#0-#2計(jì)數(shù)器進(jìn)行讀/寫，11CPU將控制字寫入Intel8253。

　　Intel8253的控制寄存器如下：

　　M2，M1，M0：000-101選擇工作模式0-5SC1，SC0：00-10選擇計(jì)數(shù)器#0-#2，11回讀命令BCD：0對(duì)應(yīng)二進(jìn)制計(jì)數(shù)，1對(duì)應(yīng)BCD計(jì)數(shù)RW1，RW0：00鎖住計(jì)數(shù)器穩(wěn)定讀數(shù)，01只讀/寫低8位字節(jié)，10只讀/寫高8位字節(jié)，11先讀/寫低8位字節(jié)，后讀/寫高8位字節(jié)。

　　根據(jù)以上程序，可以得到占空比為α=t/T=0020H/0080H=25%同理，將Intel8253的計(jì)數(shù)器0和計(jì)數(shù)器2分別設(shè)置在模式2和模式1，并按圖4的連接方法也可以得到另一個(gè)PWM2。

　　3、L298N型驅(qū)動(dòng)器的原理及應(yīng)用

　　L298N是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。其引腳排列如圖1中U4所示，1腳和15腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電機(jī)，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之間分別接2個(gè)電動(dòng)機(jī)。5、7、10、12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，ENA，ENB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。L298的邏輯功能如表1所列。

　　如圖1所示，Intel8253輸出二組PWM波，每一組PWM波用來(lái)控制一個(gè)電機(jī)的速度，另外二個(gè)I/O口可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制方法與控制電路都比較簡(jiǎn)單。即P10、P11控制第一個(gè)電機(jī)的方向，輸入的PWM1控制第一個(gè)電機(jī)的速度;P12、P13控制第二個(gè)電機(jī)的方向，輸入的PWM2控制第二個(gè)電機(jī)的速度。

　　由于電機(jī)在正常工作時(shí)對(duì)電源的干擾很大，只用一組電源時(shí)會(huì)影響單片機(jī)的正常工作，所以選用雙電源供電。一組5V電源給單片機(jī)和控制電路供電，另外一組5V、9V電源給L298N的+VSS、+VS供電。在控制部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分之間用光耦隔開(kāi)，以免影響控制部分電源的品質(zhì)。

　　圖1就是一個(gè)實(shí)現(xiàn)智能小汽車的應(yīng)用電路。D1、Q1是一對(duì)紅外發(fā)射接收對(duì)管，與LM324構(gòu)成光電傳感檢測(cè)電路。通過(guò)Intel8253和L298N可實(shí)現(xiàn)汽車的加速、減速、剎停，并可通過(guò)兩個(gè)電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)等功能。