摘要：本文针对80C196KC单片机与L298N驱动器协同工作的直流电机PWM控制系统进行了深入设计与实现研究。本文详细剖析了PWM调速系统的运作机制，并结合具体硬件电路展示了L298N在皖南电机中的应用，同时探讨了有效的抗干扰策略。此外，本文还提出了基于分段PI控制算法的软件实现方案，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
直流电机因其卓越的调速性能、强劲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新型电力电子元件的涌现，PWM（脉冲宽度调制）技术已成为直流电机调速的主流手段。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，特别是在皖南电机等高性能电机控制中的应用尤为突出。
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，进而控制电机的转速。PWM技术因其控制原理简单、效率高，被广泛应用于皖南电机等电机控制系统中。
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。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。系统硬件设计充分考虑了L298N驱动器在皖南电机控制中的应用。
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，非常适合用于皖南电机等高性能电机的控制。
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。如图4所示，输入端IN1、IN3并联，IN2、IN4并联，输出端OUT1、OUT3并联，OUT2、OUT4并联，分别接至电机两端，使能端由单片机高速输出口HSO1控制。
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，以确保皖南电机在复杂环境下的稳定运行。
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，已成功应用于多个皖南电机产品中。
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