L298N在直流电机PWM调速系统中的应用.docx

第 9 卷第 4 期2009 年 7 月潍坊学院学报Journal of Weifang Univer sityVol. 9 No. 4Jul. 2009L298N 在直流电机 PWM 调速系统中的应用孙绪才*( 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 P WM 信号的途径,并讨论了一种独特的通过采用计数法加软件延时法实现 P WM 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: T P273文献标识码: A文章编号: 1671- 4288( 2009) 04- 0019- 03电子技术的高度发展, 促使直流电机调速逐步 t ion) , 它是指将输出信号的基本周期固 定, 通过调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、高可靠性已成为它发展的趋势。本文在研究直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, 并根据需要改变一个周流电机驱动技术和 P WM 方法的基础上, 设计了基期内/ 接通0和/ 断开0 时间的长短 3。因此, PWM于 L298N 芯片的直流电机调速系统硬件电路, 并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L298N 是 SGS 公 司又被称为/ 开关驱动装置0。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。只要按一定规律, 改变通、断电的时间, 即可让电机转速得到控制。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 TT L 逻辑电平信号, 可 1图 1 L298N 外部引脚设占空比为 D= t / T , 则电机的平均速度为:形式为单极可逆模式, 2 个 H 桥的下侧桥晶体管发射极连在一起, 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。 全通电时的速度( 最大) ; D= t / T 表示占空比。L298 可 驱 动 2 个 电 机, OU T l、OU T2 和 OUT 3、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 2很适合用作小型直流电机控制芯片。2 P WM 基本原理PWM 即脉冲宽度调制 ( P ulse Widt h Modula2由公式( 1) 可见, 当改变占空比 D 时, 就可以得 4, 53 系统硬件设计根据 实 际 控 制 的 需 要, 本 文 给 出 了 基 于AT89C52 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*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。)19 )驱动 46V、2A 以 下 的 电图 2 PWM 控制原理图机 。由 L298N 构 成 的设电机始终接通电源时, 电机转速最大为 V max ,PWM 功率放 大器的工 作V d = Vmax # D( 1 )式中: V d 表 示电机的平均速度; Vmax 表示电机使能端, 控制电机的停转 。这些特性使得 L298N到不同的电机平均速度, 从而达到调速的目的。潍坊学院学报AT89C52 作为 CPU , 它是一种低功耗、高性能, 片内带 4KB 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2009 年 7 月例如: 设 P WM 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展即能 满足要 求 6 。本系 统通过 三个 开关 SW1、 时间里 P2. 1= 0, P2. 1= 0, 此时电机电枢上为反向SW2、SW3 分 别与 P 2. 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。电压。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 AT89C52 的 P2. 2 口, 当 P 2. 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) ; 当它为低图 4PWM 调速流程图电平时, 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 P WM 信号的占空比来实现。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 12MH z, 用户可根据自己的需要设计自己的延时子程序段。表 1 L298N 的输入输出关系4. 1计数子程序ENAHHHLIN1HLIN2XI N2LHI N1X电机运行情况正转反转快速停止停止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4 软件设计本文采用 Keil C51 编制了产生 P WM 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, 如果此时发生定时器中断,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。PWM 占空比, 电机加速if( Key_add= = 0) / / 键 SW2 是否按下Delay1ms( 1) ; / / 延时 1msif( 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)20 )第 4 期speed = 30; / / 如果超过上限则赋初值while( Key_add = = 0) ; / / 等待键 SW2 松开孙绪才: L298N 在直流电机 PWM 调速系统中的应用for( j= 0; j 100; j+ + ) ;Delay1ms( speed) ; / / 延时 speed ms5 结束语本文研究 了基于 L298N 的直流电 动机 PWM4. 2延时子程序调速 系统, 它由 AT 89C52 单片 机 的 I/ O 口 输出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 t ime ) / / 延迟 1msint i;int j;for ( i= 0; i t ime; i+ + )PWM 信号, 直接用 T T L 电平控制驱动芯片 L298N实现对电动机进行调速, 这样能够充分发挥单片机的效能, 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。) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )参考文献: 1 韩志荣, 黄乡生, 李跃忠. AT 89C51 单片机在直流电机闭环调速系统中的应用 J . 华东地质 学院学报, 2002, 25( 1) :70- 74. 2 张争争, 任永德, 谢宝昌. 基于 DSP 的无刷直流电动机 控制系统 J . 微特电机, 2001, 29( 2) : 34-36. 3 孙宜, 王东. 经济型直流电机 PWM 闭环调速系统设计 J . 电气传动自动化, 2002, 24( 1) : 17- 18. 4 孙立军, 孙雷, 张春喜. 无刷直流电机 PWM 调制方式研究 J . 哈 尔滨理工大学学报, 2006, 11( 2) : 120- 123. 5 宋健, 姜军生, 赵文亮. 基于单片机的直流电动机 P WM 调速系统 J . 农机化研究, 2006, ( 1) : 102- 103. 6 邱丹, 王东, 高振东. 直流电机 PWM 闭环调速系统 J . 青岛大 学学报, 2000, 15( 1) : 10- 11.The Application of L298N in DC Motor PWMSpeed Regulation SystemSUN Xu- cai( Weifang Univer sity, Weifang 261061 , China)Abstr act: T he char act erist ic and principle of t he L298N has been int roduced in t his paper, and it pro2posed t he design plan of mot or PWM cont rol syst em based on L298N, designed t he mot or speed regula2t ion syst em circuit . And it emphasizes on t he way for carrying out PWM signals based on MCS- 51 soft2ware, and t his paper st ill pr ovides a met hod of DC- mot or speed regulat ion by way of t aKing count of da2t a and t ime delay by soft ware. Experience proved that t he syst em