当计数到一半计数值时，输出变为低，直至计数到0，输出又变高，重新开始计数。若在计数期间写入个新的计数值，并不影响现行的计数过程。但是若在方波半周期结束前和新计数值写入后收到GATE脉冲，计数器将在下一个CLK脉冲时装入新的计数值并以这个计数值开始计数。否则，新的计数值将在现行半周期结束时装入计数器。
1.2 PWM输出的硬件设计
本设计选用可编程定时器/计数器8254-2，其最高计数频率可达10MHz；充分利用8254-2的3个定时器/计数器，采取频率的分频输出，并且不需要外部的信号源输入，硬件电路简化；通过软件的处理可以实现连续（1Hz～3kHz）PWM波的输出。本设计中将要输出的PWM波分为3段，分别由8254-2中的3个定时/计数器输出，门控由P2.2、P2.3、P2.4分别加以控制。在1～20Hz的输出时，采用定时器0，计数频率为10 4Hz，最大计数为10 4，最小计数为500符合要求，21～200Hz的输出中，采用定时器1，计数频率为10 5Hz，最大计数为4762，最小计数为500；在201Hz～3kHz 的输出中，采有定时器2，计数频率为10 7Hz，最大计数为49 751，满足二进制计数的范围，最小计数为3333。这些计数值可由单片机89C51[2]送给8254-2的数据输入端，通过除法运算来得到这些计数值，由除法运算得到商。所得到的商去程序指令占用的时间即为所需要的计数值。采用8254-2的3个定时器的输出经过1个或门作为CD4046锁相环的输入，同时经过1个非门进入89C51的INT1口，申请下降沿中断；CD4046锁相环输出所需的PWM。
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为了防止程序进入死循环，增加了外部的硬件看门狗定时器IMP813L[3]，其内部的看门狗定时器监控UP/UC的工作。如果在1.6s内未检测到其工作，内部的定时器将使看门狗输出WDO处于低电平状态，WDO将保持低电平直到在WDI检测到UP/UC的工作。将WR和WDO连接可使看门狗超时产生复位。
具体硬件电路如图3所示。 2 软件设计
软件主要由3部分组成：主程序、键盘扫描程序、中断处理程序。主程序流程如图4所示。
主要地址分配如表1所列。
表1 地址分配
30H～31H 32H～34H 35H～36H 37H～38H 显示频率的高、低8位 计数时钟频率的高、中、低8位 8254-2所需计数值的高、低8位 缓存显示频率的高、低8位（十六进制） 11
40H～43H （1）中断处理过程
显示缓存区地址（BCD数） 当89C51检测到有INT1中断时，进入中断处理程序中，首先检测30H和31H中的内容是否大于20；若不大于20，则门控为P2.2，选中8254-2，选择计数器0、方式3、16位二进计数， 送上次计算出来的这次所需要的计数值给8254-2，将10 4送入32H、33H中作为除法运算中的被除数，而30H、31H的内容作为除法运算中的除数，调用除法运算子程序将所得的商送入32H、33H，余数放在35H、36H中。比较余数是否大于除数的一半，若大于除数的一半则所得的商加1，否则商不变放在32H、33H中。假设程序指令所占用的时间为X/200（其中X为中断程序中单指令周期的个数），将32H、33H中的内容减去X/200，即为下次所要送入8254-2的计数值，放在35H、36H中，返回中断；若大于20，则门控为P2.3，选中8254-2，选择计数器1、方式3，送上次计算出来的这次所需的计数值给8254-2，将10 5送入32H、33H、34H中作为除法运算中的被除数，而30H、31H中的内容作为除法运算中的除数，调用除法运算子程序，将所得的商送入32H、33H中，余数放在35H、36H中。比较余数是否大于除数的一半，若大于除的一半则所得的商加1，否则商不变。假设程序指令所占用的时间为X/20，将32H、33H中的内容减去X/20即为下次所要送入8254-2的计数值，放在35H、36H中，返回中断，若大于200，则门控为P2.4，选中8254-2,选择计数器2、方式3、二进制计数，送上次计算出来的这次所需的计数值给8254-2，将10 7送入32H、33H、34H中作为除法运算中的被除数，而30H、31H中的内容作为除法运算中的除数，调用除法运算子程序，将所得的商送入32H、33H中，余数放在35H、36H.比较余数是否大于除数的一半，若大于除数的一半则所得的商加1，否则商不变入在32H、33H中。假设程序指令令所占用的时间为X*5，将32H、33H中的内容减去5X，即为下次所要送入8254-2的计数值，放在35H、36H中，返回中断。
（2）设置软件陷阱
当程序进入到非程序区，只要在非程序区设置拦截措施，使程序进入陷阱，然后强迫程序回到初始状态。如对CPU的RST指令对应的字节码为0FFH，如果不用的程序存储区预先写入0FFH，则当程序因干扰而“飞”到该区域执行代码时，就相当于执行1条RST指令，从而达到系统复位的目的。
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采用89C51控制PWM分段，8254-2步进式输出1Hz～3kHz的PWM，可以通过软件编程的方法提高分辨率。在有些特殊场合只靠单片机内部的定时器或模拟电路无法精确输出1Hz～3kHz，单步为1Hz的PWM波形时，此设计就显出其明显的优越性，而且它占用的CPU时间短。此设计的结构简单、成本低、可靠性好、抗干扰能力强，可在控制和测量中得到应用
课题七 用单片机控制步进电机
步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，通俗地说：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 1、步进电机常识
常见的步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB），永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。 2、永磁式步进电机的控制
下面介绍如何用单片机控制步进电机。
图1是35BY型永磁步进电机的外形图，图2是该电机的接线图，从图中可以看出，电机共有四组线圈，四组线圈的一个端点连在一起引出，这样一共有5根引出线。要使用步进电机转动，只要轮流给各引出端通电即可。将COM端标识为C，只要AC、 C、BC、 C，轮流加电就能驱动步进电机运转，加电的方式可以有多种，如果将COM端接正电源，那
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么只要用开关元件（如三极管），将A、 、B、 轮流接地。 下表列出了该电机的一些典型参数： 表1 35BY48S03型步机电机参数
型号 步距角 相数 电压 电流 电阻 最大静转距 定位转距 转动惯量 35BY48S03 7.5 4 12 0.26 47 180 65 2.5
有了这些参数，不难设计出控制电路，因其工作电压为12V，最大电流为0.26A，因此用一块开路输出达林顿驱动器（ULN2003）来作为驱动，通过P1.4~P1.7来控制各线圈的接通与切断，电路如图3所示。开机时，P1.4~P1.7均为高电平，依次将P1.4~P1.7切换为低电平即可驱动步进电机运行，注意在切换之前将前一个输出引脚变为高电平。如果要改变电机的转动速度只要改变两次接通之间的时间，而要改变电机的转动方向，只要改变各线圈接通的顺序。
图1 35BY48S03型步进电机外形图
图2 35BY48S03型步进电机的接线图
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