一種基于Intel8253與L298N的電機(jī)PWM調(diào)速方法

摘要：介紹采用Intel8253型微型計(jì)算機(jī)接口電路產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制波，并使用L298N型橋式驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的一種簡(jiǎn)單有效的PWM調(diào)速方法。

關(guān)鍵詞：Intel8253； L298N： 脈沖寬度調(diào)制：PWM

1 引言

脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation―PWM)是指將輸出信號(hào)的基本周期固定，通過調(diào)整基本周期內(nèi)工作周期的大小來控制輸出功率。原理就是開關(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=Vcc t/T=aVcc。其中，a=t/T(占空比)，Vcc是電源電壓。電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)兩端的電壓成比例，而電機(jī)兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，因此電機(jī)的速度與占空比成比例，占空比越大，電機(jī)轉(zhuǎn)得越快。

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。

圖1

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l中的U3所示。

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l和模式2。

(1)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MT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)可以通過二條輸出指令將16位數(shù)據(jù)Ⅳ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NT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。工作開始前，先將常數(shù)Ⅳ送入計(jì)數(shù)器0，再將常數(shù)M送入計(jì)數(shù)器1中(MN)，于是計(jì)數(shù)器0將輸出周期為NT的連續(xù)方波。計(jì)數(shù)器1的門控輸入端每隔NT時(shí)間接到一次正跳變信號(hào)。因此，每隔NT時(shí)間計(jì)數(shù)器l將輸出一個(gè)寬度為Mr的負(fù)向脈沖。因此，通過改變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―10 CPU選擇加一#2計(jì)數(shù)器進(jìn)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(jì)數(shù)器#o-#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)

RWl，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)，1l先讀／寫低8位字節(jié)，后讀／寫高8位字節(jié)。

…….

mov dptlr,#Ofe03h：對(duì)8253控制寄存器初始化

nov a,#34h 選擇計(jì)數(shù)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(jì)數(shù)器0送低8位數(shù)據(jù)80H

nov a,#80h

movx@dptr，a

mov dptr,#0fe00h：向計(jì)數(shù)器0送高8位數(shù)據(jù)00H

nov a,#00h

movx@dptr,a

nov dotr,#Ofe03h：對(duì)8253控制寄存器初始化

mov a,#72h 選擇計(jì)數(shù)器1、工作模式l

movx@dptr’，a

mov dpu，#0fe01h；向計(jì)數(shù)器1送低8位數(shù)據(jù)20H

nOV a,#20h

movx@dptr,a

nov dptr，#Ofe01h：向計(jì)數(shù)器1送高8位數(shù)據(jù)00H

nov a,#00h

movx@dptr,a

……

根據(jù)以上程序，可以得到占空比為

a=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

表1 1298N的邏輯功能

號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電機(jī)，OUTl、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)。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(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：PWMl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，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Intel8253和1298N可實(shí)現(xiàn)汽車的加速、減速、剎停，并可通過兩個(gè)電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)等功能。