L298N在直流电机PWM调速系统中的应用.pdf

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1、第9 卷第4 期2 0 0 9 年7 月潍坊学院学报J o u r n a lo fW e i f a n gU n i v e r s i t yV 0 1 9N o 4J u l 2 0 0 9L 298N 在直流电机P W M 调速系统中的应用。孙绪才(潍坊学院，山东潍坊2 6 1 0 6 1)摘要：介绍了L 2 9 8 N 芯片的特点和工作原理，提出了基于L 2 9 8 N 芯片设计电机P W M 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M C S 一5 1 单片机用软件产生P W M 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 w M 信号占空比

2、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：L 2 9 8 N；电机；调速；控制系统中图分类号：T P 2 7 3文献标识码：A文章编号：1 6 7 1 4 2 8 8(2 0 0 9)0 4 一0 0 1 9 一0 3电子技术的高度发展，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、高可靠性已成为它发展的趋势。本文在研究直流电机驱动技术和P W M 方法的基础上，设计了基于L 2 9 8 N 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P W M 调速的方法。1L 2 9 8

3、N 的工作原理L 2 9 8 N 是S G S 公司。的产品，其内部包含4 通上道逻辑驱动电路，即内含上二个H 桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收，标准T T L 逻辑电平信号，可驱动4 6 V、2 A 以下的电上E N A十V SE N B+V S SS E N S E AO U T lS E N S E BO u T 2I N lO U T 3I N 2O I N 3G N D9_ 2_ 3_ 1 3_ 1 4_ 8机 1 。由L 2 9 8 N 构成的P W M 功率放大器的工作图1L 2 9 8 N 外部引脚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

4、1 所示，1 脚和1 5脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传号。L 2 9 8 可驱动2 个电机，O U T l、O U T 2 和O U T 3、0 U T 4 之间分别接2 个电动机。5、7、1 0、1 2 脚接输入控制电平，控制电机的正反转，E N A、E N B 接控制使能端，控制电机的停转心。这些特性使得L 2 9 8 N很适合用作小型直流电机控制芯片。2P W M 基本原理P W M 即脉冲宽度调制(P u l s eW i d t hM o d u l a t i o n)，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P W M

5、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期内“接通”和“断开”时间的长短 3 。因此，P W M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。只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。L-一一1。-。f。-_-。tT。图2P W M 控制原理图设电机始终接通电源时，电机转速最大为V。，设占空比为D=t T，则电机的平均速度为：一V。D(1)式中：U 表示电机的平均速度；、厂。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

6、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 T 8 9 C 5 2 型单片机和L 2 9 8 N 的直流电机调速系统的硬件连接图。如图3 所示，L 2 9 8 N 采用外接电源单独供电工作方式，电源电压为1 2 V。本系统选用*收稿日期：2 0 0 8 1 2 1 6作者简介：孙绪才(1 9 7 8 一)。男，山东日照人，潍坊学院助教，硕士。一1 9 万方数据万方数据潍坊学院学报2 0 0 9 年7 月A T 8 9 C 5 2 作为C P U，它是一种低功耗、高性能，片内带4 K B 快闪可编程擦除只读存储器的8 位C M O S 微控制

7、器，与M C S 一5 1 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S W l、S W 2、S W 3 分别与P 2 3、P 2 4、P 2 5 相连，其中S W l 用于系统加速，S W 2 用于系统减速，S W 3 用于系统正反转凋节，同时，P 0 口将设定的速度值送到L C D 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L 2 9 8 N 的输人输出关系(见表1)，使能控制端E N A 接A T 8 9 C 5 2 的P 2 2 口，当P 2 2 口为高电平时，通过P W M 信号输入端I N l 和I N 2

8、可以控制电动机的正反转(输入端I N l 为P W M 信号，输入端I N 2 为低电平，电动机正转；输入端I N 2 为P W M信号，输入端I N l 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P W M 信号的占空比来实现。表11 2 9 8 N 的输入输出关系4软件设计本文采用K e i lC 5 1 编制了产生P W M 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

9、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。一2 0 一例如：设P W M 脉冲的周期为1 0 0 m s，则计满1 0 0 个1 m s 的时间片段为一个周期。假设要求占空比为7 0，则在一个周期的前7 0 m s 时间里P 2 0 1，P 2 1 0，此时电机电枢上为正向电压；在后3 0 m s时间里P 2 1=0，P 2 1 0，此时电机电枢上为反向电压。初始化有按键按o 工Y e s计数器加1超过预定值了7、Y+N o I 断

10、开始时f l l J 延迟N o赋衲值TY e s IY e s图4P W M 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P W M 调节，该系统单片机的晶振选用1 2 M H z，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。v o i dM o t o r s p e e d h i g h(v o i d)按键处理加P W M 占空比，电机加速i f(K e y a d d=一o)键S W

11、 2 是否按下D e l a y l m s(1)；延时1 m si f(K e y _ a d d=一o)是否真正按下s p e e d s p e e d+1；按一下，s p e e d 加一i f(s p e e d 一1 0 0)5 4 断是否超过上限值万方数据万方数据第4 期孙绪才：L 2 9 8 N 在直流电机P W M 调速系统中的应用s p e e d 一3 0；如果超过上限则赋初值)w h i l e(K e ya d d=O)；等待键S W 2 松开)4 2 延时子程序延时子程序主要控制P 2 1 保持高电平的时间，一个周期内P 2 1 保持高电平的时间越长，则占空比越高。

12、电机转动速度越快。v o i dD e l a y l m s(i n tt i m e)延迟1 m si n ti：I n tJ；f o r(i 一0；i t i m e；i+)(f o r(j=O d 1 0 0；j+)；)D e l a y l m s(s p e e d)；延时s p e e dm s5结束语本文研究了基于L 2 9 8 N 的直流电动机P W M调速系统，它由A T 8 9 C 5 2 单片机的I O 口输出P W M 信号，直接用T T L 电平控制驱动芯片L 2 9 8 N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

13、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：E l i 韩志荣，黄乡生，李跃忠A T 8 9 C 5 1 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，2 0 0 2，2 5(1)：7 0 一7 4 2 3 张争争，任永德，谢宝昌基于D S P 的无刷直流电动机控制系统 j 徽特电机，2 0 0 1，2 9(2)：3 4 3 6 3 3 孙宜，王东经济型直流电机P W M 闭环

14、调速系统设计 J 电气传动自动化，2 0 0 2，2 4(1)：1 7 1 8 4 孙立军，孙雷，张春喜无刷直流电机P W M 调制方式研究 J 哈尔滨理工大学学报，2 0 0 6，1 1(2)：1 2 0 一1 2 3 5 宋健，姜军生，赵文亮基于单片机的直流电动机P W M 调速系统I-J 农机化研究，2 0 0 6，(1)：1 0 2 1 0 3 6 邱丹，王东，高振东直流电机P W M 闭环调速系统 J 青岛大学学报，2 0 0 0，1 5(1)：1 0 1 1 T h eA p p l i c a t i o no fL 298 Ni nD CM o t o rP W MS p e

15、e dR e g u l a t i o nS y s t e mS U NX u c a i(W e i f a n gU n i v e r s i t y，W e i f a n g2 6 1 0 6 1，C h i n a)A b s t r a c t：T h ec h a r a c t e r i s t i ca n dp r i n c i p l eo ft h eL 2 9 8 Nh a sb e e ni n t r o d u c e di nt h i sp a p e r，a n di tp r o p o s e dt h ed e s i g np l a n

16、o fm o t o rP W Mc o n t r o ls y s t e mb a s e do nL 2 9 8 N，d e s i g n e dt h em o t o rs p e e dr e g u l a t i o ns y s t e mc i r c u i t A n di te m p h a s i z e so nt h ew a yf o rc a r r y i n go u tP W Ms i g n a l sb a s e do nM C S-51s o f t w a r e。a n dt h i sp a p e rs t i l lp r o

17、v i d e sam e t h o do fD C m o t o rs p e e dr e g u l a t i o nb yw a yo ft a k i n gc o u n to fd a t aa n dt i m ed e l a yb ys o f t w a r e E x p e r i e n c ep r o v e dt h a tt h es y s t e mh a v eh i g hs t a b i l i t y，i tc a nm e e tt h en e e d so fD Cm o t o rr e g u l a t i o n K e y

18、 w o r d s：L 2 9 8 N，m o t o r，s p e e dr e g u l a t i o n，c o n t r o ls y s t e m(责任编辑：肖恩忠)一2 1万方数据万方数据L298N在直流电机PWM调速系统中的应用L298N在直流电机PWM调速系统中的应用刊名：潍坊学院学报英文刊名：JOURNAL OF WEIFANG UNIVERSITY年，卷(期)：2009,9(4)被引用次数：2次 参考文献(6条)参考文献(6条)1.孙宜;王东 经济型直流电机PWM闭环调速系统设计期刊论文-电气传动自动化 2002(01)2.张争争;任永德;谢宝昌 基于DSP的无

19、刷直流电动机控制系统期刊论文-微特电机 2001(02)3.韩志荣;黄乡生;李跃忠 AT89C51单片机在直流电机闭环调速系统中的应用期刊论文-华东地质学院学报2002(01)4.邱丹;王东;高振东 直流电机PWM闭环调速系统期刊论文-青岛大学学报(自然科学版)2000(01)5.宋健;姜军生;赵文亮 基于单片机的直流电动机PWM调速系统期刊论文-农机化研究 2006(01)6.孙立军;孙雷;张春喜 无刷直流电机PWM调制方式研究期刊论文-哈尔滨理工大学学报 2006(02)引证文献(2条)引证文献(2条)1.左伟华.左文弢.高吉祥.张运喜.张杰.邹清平 基于ARM单片机的自动测高测距小车的研究与设计期刊论文-电子设计工程 2011(1)2.晏英俊.张自强 基于STM32的步进电机转速控制实验设计期刊论文-实验室科学 2010(6)本文链接：http:/