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1、驱动模块讲解 嵌入式系统协会 王乾 1 PWM 基本原理 PWM 即脉冲宽度调制( Pulse Width Modula 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,并根据需要改变一个周 期内“接通”和“断开”时间的长短。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。只要按一定规律,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
2、Vmax , 设占空比为D = t/ T ,则电机的平均速度为: V d = V max D 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 。 直流电机驱动 2 L298N 的工作原理 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
3、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。 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。 L298N芯片的输入电压有两个， VSS：5V，供给L298内部(前端)的 工作电源。 VS：小于或等于46V，供给电机，和L298内部输出端的 工作电源。 PWM波是脉冲宽度
4、调制，也就是占空比可变的脉冲波形 可编程计数器阵列（020单片机产生PWM波的模块） 可编程计数器阵列（PCA0）提供增强的定时器功能，与标准8051计数器/定时 器相比，它需要较少的CPU干预。PCA0包含一个专用的16位计数器/定时器和 5个16位捕捉/比较模块。每个捕捉/比较模块有其自己的I/O线（CEXn）。当被 允许时，I/O线通过交叉开关连到端口I/O（见“17.1 端口0 端口3和优先级交叉 开关译码器”）。计数器/定时器由一个可编程的时基信号驱动，时基信号有六 个输入源：系统时钟、系统时钟/4、系统时钟/12、外部振荡器时钟源8分频、 定时器0溢出、ECI线上的外部时钟信号。每
5、个捕捉/比较模块可以被编程为独 立工作在下面的6种工作方式之一：边沿触发捕捉、软件定时器、高速输出、 频率输出、8位PWM或16位PWM（23.2节对每种方式进行说明）。对PCA的 编程和控制是通过系统控制器的特殊功能寄存器来实现的。PCA的基本原理框 图示于图23.1。 PCA 计数器/定时器 16 位的PCA 计数器/定时器由两个8 位的SFR 组成：PCA0L 和PCA0H。PCA0H 是 16位计数器/定时器的高字节（MSB），而PCA0L 是低字节（LSB）。PCA0MD 寄存 器中的CPS2-CPS0 位用于选择PCA 计数器/定时器的时基信号，如表23.1 所示。注 意：在“外部
6、振荡源/8 模式”，外部振荡源与系统时钟同步，其频率必须小于或等于系 统时钟。当计数器/定时器溢出时（从0xFFFF 到0x0000），PCA0MD 中的计数器溢 出标志（CF）被置为逻辑1 并产生一个中断请求（如果CF 中断被允许）。将 PCA0MD 中ECF 位设置为逻辑1 即可允许CF 标志产生中断请求。当CPU 转向中断 服务程序时，CF 位不能被硬件自动清除，必须用软件清0。（注意：要使CF 中断得 到响应，必须先总体允许PCA0 中断。通过将EA 位（IE.7）和EPCA0 位（EIE1.3） 设置为逻辑1 来总体允许PCA0 中断。）清除PCA0MD寄存器中的CIDL 位将允许
7、PCA 在微控制器内核处于空闲方式时继续正常工作。 捕捉/比较模块 每个模块都可被配置为独立工作，有六种工作方式：边沿触发捕捉、软件定时 器、高速输出、频率输出、8位脉宽调制器和16位脉宽调制器。每个模块在CIP -51系统控制器中都有属于自己的特殊功能寄存器（SFR）。这些寄存器用于配 置模块的工作方式和与模块交换数据。PCA0CPMn寄存器用于配置PCA捕捉/ 比较模块的工作方式，表23.2概述了模块工作在不同方式时该寄存器各位的设 置情况。置1 PCA0CPMn寄存器中的ECCFn位将允许模块的CCFn中断。注 意：要使单独的CCFn中断得到响应，必须先整体允许PCA0中断。通过将EA
8、位（IE.7）和EPCA0位（EIE1.3）设置为逻辑1来整体允许PCA0中断。PCA0 中断配置的详细信息见图23.3。 8 位脉宽调制器方式 每个模块都可以独立地用于在对应的CEXn引脚产生脉宽调制（PWM）输出。PWM 输出信号的频率取决于PCA0计数器/定时器的时基。使用模块的捕捉/比较寄存器 PCA0CPLn改变PWM输出信号的占空比。当PCA0计数器/定时器的低字节（PCA0L ）与PCA0CPLn中的值相等时，CEXn的输出被置1。当PCA0L中的计数值溢出时 ，CEXn输出被置为低电平（见图23.8）。当计数器/定时器的低字节PCA0L溢出时 （从0xFF到0x00），保存在P
9、CA0CPHn中的值被自动装入PCA0CPLn，不需软件 干预。置1 PCA0CPMn寄存器中的ECOMn和PWMn位将使能8位脉冲宽度调制器 方式。8位PWM方式的占空比由方程23.2给出。关于捕捉/比较寄存器的重要注意事 项：当向PCA0的捕捉/比较寄存器写入一个16位数值时，应先写低字节。向 PCA0CPLn的写入操作将清0ECOMn位；向PCA0CPHn写入时将置1ECOMn位。 方程23.2 8位PWM的占空比= (256 PCA0CPHn )/256 由方程23.2可知，最大占空比为100%（PCA0CPHn = 0），最小占空比为0.39（ PCA0CPHn= 0xFF）。可以通
10、过清0ECOMn位产生0%的占空比。 16 位脉宽调制器方式 每个PCA0模块都可以工作在16位PWM方式。在该方式下，16位捕捉/比较模块定义 PWM信号低电平时间的PCA0时钟数。当PCA0计数器与模块的值匹配时，CEXn的输 出被置为高电平；当计数器溢出时，CEXn的输出被置为低电平。为了输出一个占空比 可变的波形，新值的写入应与PCA0 CCFn匹配中断同步。置1 PCA0CPMn寄存器中 的ECOMn、PWMn和PWM16n位将使能16位脉冲宽度调制器方式。为了输出一个占空 比可变的波形，应将CCFn设置为逻辑1以允许匹配中断。16位PWM方式的占空比由 方程23.3给出。关于捕捉/比较寄存器的重要注意事项：当向PCA0的捕捉/比较寄存器 写入一个16位数值时，应先写低字节。向PCA0CPLn的写入操作将清0ECOMn位；向 PCA0CPHn写入时将置1ECOMn位。方程23.3 16位PWM的占空比=(65536 PCA0CPn )/65536 由方程23.3可知，最大占空比为100%（PCA0CPn = 0），最小占 空比为0.0015%（PCA0CPn= 0xFFFF）。可以通过清0ECOMn位产生0%的占空比。
