一種基于Intel8253與L298N的電機PWM調速方法

摘要：介紹采用Intel8253型微型計算機接口電路產生脈沖寬度調制波，并使用L298N型橋式驅動器，實現對直流電機的一種簡單有效的PWM調速方法。

關鍵詞：Intel8253； L298N： 脈沖寬度調制：PWM

1 引言

脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation―PWM)是指將輸出信號的基本周期固定，通過調整基本周期內工作周期的大小來控制輸出功率。原理就是開關管在一個周期內的導通時間為t，周期為T，則電機兩端的平均電壓U=Vcc t/T=aVcc。其中，a=t/T(占空比)，Vcc是電源電壓。電機的轉速與電機兩端的電壓成比例，而電機兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，因此電機的速度與占空比成比例，占空比越大，電機轉得越快。

PWM常取代數／模轉換器(DAC)用于功率輸出控制，其中，直流電機與交流電機的速度控制是最常見的應用。通常PWM配合橋式驅動電路實現直流電機調速，非常簡單，且調速范圍大。

圖1

2 Intel8253的內部結構及工作模式

2.1 Intel8253的內部結構

Intel8253是微型計算機外圍接口電路，內部包含3個彼此獨立的16位減法計數器。每個計數器都可由軟件確定為16位二進制減法計數器或者十進制4位BCD減法計數器。每個計數器都有6種不同的工作模式，也由軟件確定。每個計數器都有一個時鐘輸入端(CLK)、一個門控信號輸入端(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的數據與命令的寫入、讀取與禁止。Intel8253的引腳排列如圖l中的U3所示。

2.2與PWM有關的工作模式

與PWM有關的工作模式是模式l和模式2。

(1)模式1

當某計數器設置在模式1以后，微型計算機可以通過二條輸出指令將16位數據M送入該計數器。這時該計數器的輸出端并無任何響應。一旦該計數器的門控輸入端脈沖上升沿到時，它的輸出端立刻輸出一個寬度為MT的負向脈沖，如圖2所示。

(2)模式2

當某計數器設置在模式2以后，微型計算機可以通過二條輸出指令將16位數據Ⅳ送入該計數器。輸出指令結束后，該計數器立即輸出周期為NT的連續方波，如圖3所示。

如果將8253的計數器0和計數器1分別設置在模式2和模式1，并按圖4所示連接，就可以得到一個十分簡單的脈寬調制發生器。工作開始前，先將常數Ⅳ送入計數器0，再將常數M送入計數器1中(MN)，于是計數器0將輸出周期為NT的連續方波。計數器1的門控輸入端每隔NT時間接到一次正跳變信號。因此，每隔NT時間計數器l將輸出一個寬度為Mr的負向脈沖。因此，通過改變M與N可以得到一個占空比可調的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A1、A0決定3個計數器、控制寄存器中哪一個進行工作，A1，A0：00―10 CPU選擇加一#2計數器進行讀／寫，11 CPU將控制字寫入Intel8253。

Intel8253的控制寄存器如下：

M2，M1，MO：000―101選擇工作模式0-5

SCl，SC0：00-10選擇計數器#o-#2，11回讀命令

BCD：0對應二進制計數，1對應BCD計數

RWl，RW0：00鎖住計數器穩定讀數，01只讀／寫低8位字節，10只讀／寫高8位字節，1l先讀／寫低8位字節，后讀／寫高8位字節。

…….

mov dptlr,#Ofe03h：對8253控制寄存器初始化

nov a,#34h 選擇計數器0、工作模式2

movx@dotr,a 先讀／寫低8位后讀／寫高8位

mov dptr,#0fe00h：向計數器0送低8位數據80H

nov a,#80h

movx@dptr，a

mov dptr,#0fe00h：向計數器0送高8位數據00H

nov a,#00h

movx@dptr,a

nov dotr,#Ofe03h：對8253控制寄存器初始化

mov a,#72h 選擇計數器1、工作模式l

movx@dptr’，a

mov dpu，#0fe01h；向計數器1送低8位數據20H

nOV a,#20h

movx@dptr,a

nov dptr，#Ofe01h：向計數器1送高8位數據00H

nov a,#00h

movx@dptr,a

……

根據以上程序，可以得到占空比為

a=t／T=0020H／0080H=25％

同理。將Intel8253的計數器0和計數器2分別設置在模式2和模式1，并按圖4的連接方法也可以得到另一個PWM2。

3 L298N型驅動器的原理及應用

L298N是SGS公司的產品，內部包含4通道邏輯驅動電路。是一種二相和四相電機的專用驅動器，即內含二個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器，接收標準TTL邏輯電平信號，可驅動46V、2A以下的電機。其引腳排列如圖1中U4所示，1腳和15腳可單獨引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信

表1 1298N的邏輯功能

號。L298可驅動2個電機，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之間分別接2個電動機。5、7、10、12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉，ENA，ENB接控制使能端，控制電機的停轉。1298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波用來控制一個電機的速度．另外二個I／O口可以控制電機的正反轉．控制方法與控制電路都比較簡單。即P10、P11控制第一個電機的方向，輸入的：PWMl控制第一個電機的速度；P12、P13控制第二個電機的方向，輸入的PWM2控制第二個電機的速度。

由于電機在正常工作時對電源的干擾很大，只用一組電源時會影響單片機的正常工作。所以選用雙電源供電。一組5V電源給單片機和控制電路供電，另外一組5V、9V電源給L298N的+VSS、+VS供電。在控制部分和電機驅動部分之間用光耦隔開，以免影響控制部分電源的品質。

圖1就是一個實現智能小汽車的應用電路。D1、Q1是一對紅外發射接收對管，與LM324構成光電傳感檢測電路。通過Intel8253和1298N可實現汽車的加速、減速、剎停，并可通過兩個電機的不同轉速實現左轉和右轉等功能。