一起玩儿Proteus仿真（C51）——03. 直流电机的启停、加减速和正反转仿真（L298）（一）

摘要：本文介绍直流电机的驱动原理图和PWM信号的输出方法

今天来用Proteus和C51做一个直流电机驱动程序的仿真实验。在这个实验中，通过按键可以控制电动机的启动、停止、加速、减速、正转和反转。在这里，主要使用到的器件除了C51最小系统之外，就是L298电机驱动芯片了。

关于L298电机驱动芯片，在之前的文章中已经详细的介绍过了。在这里只是简单的重复以下用它来控制电机转动的原理。每一个L298芯片可以驱动2路直流电机，控制端由IN1、IN2和ENA组成一路输入，对应的输出为OUT1和OUT2。IN3、IN4和ENB组成第二路的控制输入，OUT3和OUT4则为第二路的输出端。

在电路的连接上，输入端通常连接单片机的GPIO引脚，然后通过程序来控制其状态。而输出的OUT则连接被控制电机的两个端子。以第一路为例，IN1和IN2通常用来控制电机转动的方向，而ENA则用来控制电机转动的速度。当IN1和IN2均为低电平时，电机停止转动，当一个高电平一个低电平时，会决定电机的不同转向。而通过PWM信号控制的ENA端，则决定了电机的转速。占空比越大，电机转动越快。

下面就来看一下这次实验的原理图。

这个实验的电路还是比较简单的，难度不大。难度最大的就是L298的接法，这在之前的文章中都详细介绍过了。接下来就是实现仿真程序了。这个仿真程序的难点在于如何使用C51单片机实现PWM信号输出。

现在很多新的单片机都内置了PWM控制器，例如另一个系列文章中的ESP32芯片，那么输出PWM信号就是很容易的事情了。C51没有PWM控制器，那么就需要通过程序来控制引脚电平的高低来实现PWM信号的输出了。关于PWM信号的基本知识也可以参考我之前的文章，那里面也做了详细的介绍。

使用C51实现PWM信号的输出也是有多种方法的。在这里我介绍几种常用的方法，大家可以根据自己的实际情况来选择。

第一种方法就是直接主程序控制引脚输出高低电平，通过延时来控制PWM信号的周期和占空比。这应该是最好理解也最容易实现的PWM信号输出方法了。但是，缺点在于要独占处理器，会使处理器不能再从事其他的工作。只适用于单片机只有输出PWM信号这一个任务的场景。

下面来看一下大致的实现方法：

while(1) {   P1^0=1;   delayUS(x);   P1^0=0;   delayUS(y); }

在这段儿代码中，使用的PWM信号输出引脚为P1.0，delayUS()为毫秒级延迟函数，其参数为延迟的毫秒数。那么在忽略机器指令执行时间的情况下：这个程序生成的PWM信号的周期就是x+y毫秒，频率是1000000/（x+y）赫兹（周期单位需要换算成秒），而占空比就是x/(x+y)*100%。

是不是很简单也很好理解？四行代码就实现了PWM信号的输出，如果想调整占空比，只要改变x、y的值就可以了。

下面来看一下第二种产生PWM信号的方法。这种实现方法的目标是解放对处理器的占用，采用定时器中断的办法来控制PWM信号的输出，让处理器还能从事其他的工作。

在这种方法中，需要使用2个定时器，其中一个定时器用来控制PWM信号的周期（也是频率），另一个定时器来控制PWM信号的脉宽，也就是占空比。假设控制周期的定时器中断周期为T1，控制脉宽的定时器周期为T2，那么生成的PWM信号如下图所示：

通过上图可以看到，在这种方法中，定时器1中断后，将输出引脚设置为低电平，并启动定时器2。定时器2中断后，将引脚设置为高电平，在这个过程中，定时器1是全程都工作的，而定时器2则只在输出低电平的时候工作。

这种方法实现的PWM信号的周期就是T1，频率是1/T1，而占空比则是（T1-T2）/T1*100%。下面就来看一下这两个中断函数的实现方法（其中定时器初始化和中断使能的代码没有给出）。

void timer0() interrupt 1                // 第一个定时器，负责控制PWM的频率 {   TR1 = 0;   TH0 = 0xFC;   TL0 = 0x66;   TH1 = PWM;   TR1 = 1;   P1^0 = 0; } void timer1() interrupt 3                // 第二个定时器，负责调节占空比 {   TR1 = 0;   P1^0 = 1; }

这种生成PWM信号的方法的优点是解放了处理器，使处理器可以从事其他的工作。缺点是标准51单片机只有2个定时器，这个功能把两个定时器都占用了。其他功能就没有定时器资源可以使用了。

好了，今天就介绍到这儿了，还有2种生成PWM信号的方法，将在下一期中进行介绍。