深入剖析：高效PWM控制系统的设计与实现

摘要：本文对基于80C196KC单片机与L298N驱动器的直流电机PWM控制系统进行了深入研究，详细剖析了该系统的设计原理与实现过程。文章不仅阐述了PWM调速系统的运行机制，还具体展示了L298N如何高效驱动直流电机，并提出了有效的抗干扰措施。此外，文章还介绍了分段PI控制算法在软件实现中的应用，并通过实验验证了系统的稳定性和可靠性，实现了预期的控制效果。

1、导论

直流电机以其卓越的调速性能、强大的启动转矩和过载能力，在多个领域得到了广泛应用。随着计算机技术的进步和电力电子元件的革新，PWM（脉冲宽度调制）技术已成为直流电机调速的关键技术。PWM技术以其高开关频率、低速稳定运行、优异的动态性能和高效能等优势，在直流电机调速领域得到了广泛的应用。

2、PWM调速系统的工作原理

PWM技术通过调节大功率晶体管的开关特性，对固定电压的直流电源进行调制，以固定频率交替接通和断开，通过调整一个周期内接通和断开时间的长短来改变电压占空比，从而控制电机的转速。PWM技术因其控制原理简单、效果显著，被广泛应用于直流电机控制中。

3、80C196KC与L298N构成的控制系统硬件设计

该直流电机PWM控制系统由单片机*小系统、R/D变换器、PWM功放电路、A/D和D/A转换电路、接收指令接口电路等组成。其中，单片机*小系统采用16位单片机80C196KC，外扩接口电路，主要负责数据采集和PWM信号生成。

3.1 功率集成电路L298N简介

为了提升系统效率，降低功耗，系统采用基于双极型H桥型PWM的集成电路L298N作为功放驱动电路。L298N由SGS公司生产，是一款高性能PWM功率放大器，以其体积小、驱动能力强而著称。其内部包含两个H桥高电压大电流桥式驱动器，单片即可实现电机全桥驱动，可驱动至46V，2A以下的电机。

3.2 直流电机控制系统硬件电路

L298N可驱动两台直流电机。鉴于本系统为单轴结构，为充分利用功放电路的带负载能力，实现*大加速度启动和制动，设计时将输入和输出两两并联，控制直流电机。

3.3 抗干扰及电磁兼容性设计

电机驱动时，功率主开关元件的快速通断会导致功率电流和电压变化率较大，不仅影响驱动电路，还可能通过电源和地线进入控制电路。因此，抗干扰及电磁兼容性设计至关重要。系统采取了电流平波、去毛刺、屏蔽等措施。

4、控制系统软件实现

控制系统采用速度-位置闭环的组合方式，以下以位置控制为例介绍软件实现方法。在经典PI控制算法的基础上，对比例和积分参数进行简化设计，并引入分段PI控制，即把计算出的误差进行分段，在每一段误差范围内，依靠不同的比例和积分参数参与调节，确保系统运行更加平滑稳定。

5、结论

基于80C196KC和L298N的直流电机PWM控制系统，通过单片机产生PWM信号，给功率集成电路L298N供电，采用经典的PI分段控制实现对电机的控制，具有电路简单、控制方便等特点。运行试验结果表明，系统工作稳定可靠，满足调速功能要求，已成功应用于多个机载产品中，如皖南电机等。