L298新

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孙绪才

(潍坊学院,山东 潍坊 261061)

摘 要:介绍了L298N 芯片的特点和工作原理,提出了基于L298N 芯片设计电机PWM 控制系统的

方法,设计出了电机调速系统电路图, 重点研究了基于MCS - 51 单片机用软件产生PWM 信号的途径,

幵讨论了一种独特的通过采用计数法加软件延时法实现PWM 信号占空比调节的方法。运行试验表明,

系统工作稳定可靠,满足直流电动机的调速要求。

关键词:L298N ;电机;调速;控制系统

中图分类号: TP273 文献标识码:A 文章编号:1671 - 4288 (2009) 04 - 0019 -

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电子技术的高度収展,促使直流电机调速逐步 从模拟化向数字化转变,特别是单片机技术的应用, 使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段,智能 化、高可靠性已成为它収展的趋势。本文在研究直 流电机驱动技术和PWM 方法的基础上,设计了基 于L298N 芯片的直流电机调速系统硬件电路,幵提 供一种用单片机软件实现PWM 调速的方法。 1 L298N 的工作原理

图1 L298N 外部引脚

L298N 是SGS 公司

的产品,其内部包含4 通 道逻辑驱动电路, 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[1 ] 。由L298N 构成的

PWM 功率放大器的工作

形式为单极可逆模式,2 个H 桥的下侧桥晶体管収 射极连在一起,其引脚排列如图1 所示,1 脚和15

脚可单独引出连接电流采样电阻器,形成电流传号。

L298 可驱动2 个电机, OU Tl 、OU T2 和OU T3 、 OU T4 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[ 2 ] 。这些特性使得L298N 很适合用作小型直流电机控制芯片。

2 PWM 基本原理

PWM 即脉冲宽度调制( Pul se Widt h Modula2 tion) ,它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的方 法。在PWM 驱动控制的调整系统中,按一个固定 的频率来接通和断开电源,幵根据需要改变一个周 期内“接通”和“断开”时间的长短[3 ] 。因此, PWM 又被称为“开关驱动装置”。如图2 所示,在脉冲作 用下,当电机通电时,速度增加;电机断电时,速度逐 渐减少。只要按一定觃律,改变通、断电的时间,即 可让电机转速得到控制。

图2 PWM 控制原理图

设电机始终接通电源时,电机转速最大为Vmax , 设占空比为D = t/ T ,则电机的平均速度为: V d = V max ·D (1)

式中:V d 表示电机的平均速度; V max 表示电机 全通电时的速度(最大) ; D = t/ T 表示占空比。 由公式(1) 可见,当改变占空比D 时,就可以得

到不同的电机平均速度,从而达到调速的目的[ 4 ,5 ] 。

3 系统硬件设计

根据实际控制的需要, 本文给出了基于

A TC52 型单片机和L298N 的直流电机调速系统 的硬件连接图。如图3 所示,L298N 采用外接电源 单独供电工作方式,电源电压为12V。本系统选用 — 19 —

第9 卷第4 期 潍坊学院学报

Vol. 9 No. 4

2009 年7 月 Journal of Weifang University J ul. 2009

3 收稿日期:2008 - 12 - 16

作者简介:孙绪才(1978 - ) ,男,山东日照人,潍坊学院助教,硕士。

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A TC52 作为CPU , 它是一种低功耗、高性能,片

内带4 KB 快闪可编程/ 擦除只读存储器的8 位 CMOS 微控制器,与MCS - 51 型微控制器产品系 列兼容,使用高密度、非易失存储技术制造,不需扩 展即能满足要求[6 ] 。本系统通过三个开关SW1 、

SW2 、SW3 分别与P2. 3 、P2. 4 、P2. 5 相连, 其中 SW1 用于系统加速,SW2 用于系统减速,SW3 用于

系统正反转调节,同时, P0 口将设定的速度值送到

LCD 上显示,以方便观察电机工作状态。

图3 系统部分硬件电器

根据L298N 的输入输出关系(见表1) ,使能控 制端ENA 接A TC52 的P2. 2 口,当P2. 2 口为高 电平时,通过PWM 信号输入端IN1 和IN2 可以控 制电动机的正反转(输入端IN1 为PWM 信号,输入 端IN2 为低电平,电动机正转;输入端IN2 为PWM

信号,输入端IN1 为低电平,电动机反转) ;当它为低 电平时,驱动桥路上的4 个晶体管全部截止,使正在 运行的电动机电枢电流反向,电动机自由停止。电 动机的转速由单片机调节PWM 信号的占空比来实 现。

表1 L298N 的输入输出关系

ENA IN1 IN2 电机运行情冴 H H L 正转 H L H 反转 H IN2 IN1 快速停止 L X X 停止

4 软件设计

本文采用Keil C51 编制了产生PWM 信号的

软件,该软件采用计数法加软件延时法进行设计。 如图4 所示,单片机上电后,系统进入准备状态。当 按动启动按钮后,首先判断是否有健按下,然后分别 进入计数值与预定值比较环节,当计数值与预定值 相等时,清计数寄存器,如果此时収生定时器中断, 则进入延时程序。根据不同的加减速按钮,调整周 期内输出高低电平时的预定值,从而可以控制输出 高低电平时的延时时间,进而控制电机的转动速度。 例如:设PWM 脉冲的周期为100ms ,则计满100 个 1ms 的时间片段为一个周期。假设要求占空比为 70 % ,则在一个周期的前70ms 时间里P2. 0 = 1 , P2. 1 = 0 ,此时电机电枢上为正向电压;在后30ms 时间里P2. 1 = 0 ,P2. 1 = 0 ,此时电机电枢上为反向 电压。

图4 PWM 调速流程图

主机控制电机调速主要完成2 个基本子程序:

计数子程序和延时子程序。它们共同完成PWM 调 节,该系统单片机的晶振选用12MHz ,用户可根据 自己的需要设计自己的延时子程序段。

4. 1 计数子程序

电机转速调节的核心是占空比的调节,计数子 程序可以对按键的次数进行记录,按键次数的多少 直接决定着占空比的高低,因此,可以实现对转速的 实时调节。

void Motor_ speed_ high ( void) / / 按键处理加 PWM 占空比,电机加速 {

if ( Key_add = = 0) / / 键SW2 是否按下 {

Delay1ms (1) ; / / 延时1ms

if ( Key_add = = 0) / / 是否真正按下

{

speed = speed + 1 ; / / 按一下,speed 加一 if ( speed > = 100) / / 判断是否超过上限值 {

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潍坊学院学报

2009 年7 月

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speed = 30 ; / / 如果超过上限则赋初值 } }

while ( Key_add = = 0) ;/ / 等待键SW2 松开 } }

4. 2 延时子程序

延时子程序主要控制P2. 1 保持高电平的时间, 一个周期内P2. 1 保持高电平的时间越长,则占空比 越高,电机转动速度越快。

void Delay1ms (int time ) / / 延迟1ms

{ int i ; int j ;

for (i = 0 ;i < time ;i + + ) {

for (j = 0 ;j < 100 ;j + + ) ; } }

Delay1ms ( speed) ;/ / 延时speed ms 5 结束语

本文研究了基于L298N 的直流电动机PWM 调速系统, 它由A TC52 单片机的I/ O 口输出 PWM 信号,直接用TTL 电平控制驱动芯片L298N 实现对电动机进行调速,这样能够充分収挥单片机 的效能,对于简易速度控制系统的实现提供了一种 有效的途径。软件方面,它采用计数法加软件延时 法进行设计的思路,为采用纯软件对电机速度的平 滑调节提供了一种不错的解决方案。运行实验表 明,系统硬件接口电路简单,工作稳定可靠,满足了 调速的功能要求,有很好的可操作性和维护性,具有 较大的理论及实用价值。

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参考文献:

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The Appl ication of L298N in DC Moto