基于Intel8253与L298N的电机PWM调速方法

　　1、引言

　　脉冲宽度调制（PulseWidthModulation—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=Vcct/T=αVcc。其中，α=t/T（占空比），Vcc是电源电压。

　　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。

　　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1中的U3所示。

　　

　　图1采用Intel8253与L298N的PWM调速电路

　　2.2、与PWM有关的工作模式

　　与PWM有关的工作模式是模式1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Mτ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N送入该计数器。输出指令结束后，该计数器立即输出周期为Nτ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N送入计数器0，再将常数M送入计数器1中（M《N），于是计数器0将输出周期为Nτ的连续方波。计数器1的门控输入端每隔Nτ时间接到一次正跳变信号。因此，每隔Nτ时间计数器1将输出一个宽度为Mτ的负向脉冲。因此，通过改变M与N可以得到一个占空比可调的PWM波。

　　2.3、PWM程序

　　Intel8253的读写控制逻辑由A1、A0、RD、WR和CS等引脚加以控制，其中，端口选择信号A1、A0决定3个计数器、控制寄存器中哪一个进行工作，A1，A0：00-10CPU选择#0-#2计数器进行读/写，11CPU将控制字写入Intel8253。

　　Intel8253的控制寄存器如下：

　　

　　M2，M1，M0：000-101选择工作模式0-5SC1，SC0：00-10选择计数器#0-#2，11回读命令BCD：0对应二进制计数，1对应BCD计数RW1，RW0：00锁住计数器稳定读数，01只读/写低8位字节，10只读/写高8位字节，11先读/写低8位字节，后读/写高8位字节。

　　

　　根据以上程序，可以得到占空比为α=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，形成电流传感信号。L298可驱动2个电机，OUT1、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。L298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PWM1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L298N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。