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摘要： 介紹一種新型PWM輸出的方式。它是用89C51作為主控部分，用8254-2可編程定時器/計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)1Hz～3kHz步進(jìn)式PWM的輸出；具有分辨率高、反應(yīng)速度快及占用CPU時間少的優(yōu)點(diǎn)。 引言 脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)最初是在無線電技術(shù)中用于信號的調(diào)制，后來在電機(jī)調(diào)速中得到了很好的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中要求輸出PWM從1Hz～3kHz步進(jìn)式遞增，單步為1Hz。由于89C51的時鐘最大能取24MHz，單指令周期為0.5 μs ，計(jì)數(shù)頻率為×10 6Hz。當(dāng)輸出2999Hz和3000Hz時，若采用89C51內(nèi)部計(jì)數(shù)器來計(jì)數(shù)，根本無法區(qū)別。因?yàn)橛?jì)數(shù)頻率為2MHz，單指令周期0.5 μs ，而要輸出2999Hz時，計(jì)數(shù)應(yīng)為666.889；輸出3000Hz時，計(jì)數(shù)誚為666.887。因此在本設(shè)計(jì)中，采用外部定時器/計(jì)數(shù)器8254-2。因?yàn)?254-2最高計(jì)數(shù)頻率可達(dá)10MHz，能滿足以上設(shè)計(jì)的要求，另外采用8254-2的工作方式3可輸出方波。當(dāng)定時器/計(jì)數(shù)器8254-2以方式3工作時，在計(jì)數(shù)的過程中輸出有一半時間為高，另一半時間為低。所以，若計(jì)數(shù)值為N，則其輸出在前N/2時可輸出高電平，后N/2時可輸出低電平，不需要用軟件來控制高低電平的轉(zhuǎn)換，但8254-2計(jì)數(shù)范圍有一定的限制，在采用二進(jìn)制計(jì)數(shù)時，范圍為0000～9999，最大計(jì)數(shù)為10 000。此外，為了使分辨率達(dá)到要求，還需要考慮程序指令所占用的時間，尤其是在輸出高頻時，分辨率尤為重要。
1 硬件設(shè)計(jì) 1.1 8254可編程定時器/計(jì)數(shù)器[1]簡介 Intel公司的8254是8253的改進(jìn)型，操作方式及引腳與8253完全相同。它的改進(jìn)主要反映在2方面：①8254的計(jì)數(shù)頻率更高，可由直流至6MHz；8254-2可高達(dá)10MHz。②8254多個1個讀回命令（寫至控制器的寄存器），其格式如圖1所示。 這個命令可以令3個通道的計(jì)數(shù)器都鎖存（8253要3個通道的計(jì)數(shù)值都鎖存，需寫入3個命令）。另外，8254中的每個計(jì)數(shù)器都有1個狀態(tài)字可由讀回命令令其鎖存，然后由CPU讀取。狀態(tài)字的格式如圖2所示。其中D5～D0即為寫入此通道的控制字的相應(yīng)部分。D7反映了該計(jì)數(shù)器的輸出引腳。輸出（OUT）為高電平，D7=1；輸出為低電平，D7=0。D6反映時間常數(shù)寄存器中的計(jì)數(shù)值是否已經(jīng)寫入了計(jì)數(shù)單元中。當(dāng)向通道寫入控制字以及計(jì)數(shù)值后，狀態(tài)字節(jié)中的D6=1；只有當(dāng)計(jì)數(shù)值寫入計(jì)數(shù)單元后，D6=0。 本設(shè)計(jì)選擇8254-2的方式3工作。方式3是一種方波速率發(fā)生器。在這種方式中，當(dāng)CPU設(shè)置控制字后，輸出將為高，在寫完計(jì)數(shù)值后就自動開始計(jì)數(shù)，輸出保持為高；當(dāng)計(jì)數(shù)到一半計(jì)數(shù)值時，輸出變?yōu)榈停敝劣?jì)數(shù)到0，輸出又變高，重新開始計(jì)數(shù)。若在計(jì)數(shù)期間寫入個新的計(jì)數(shù)值，并不影響現(xiàn)行的計(jì)數(shù)過程。但是若在方波半周期結(jié)束前和新計(jì)數(shù)值寫入后收到GATE脈沖，計(jì)數(shù)器將在下一個CLK脈沖時裝入新的計(jì)數(shù)值并以這個計(jì)數(shù)值開始計(jì)數(shù)。否則，新的計(jì)數(shù)值將在現(xiàn)行半周期結(jié)束時裝入計(jì)數(shù)器。
1.2 PWM輸出的硬件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)選用可編程定時器/計(jì)數(shù)器8254-2，其最高計(jì)數(shù)頻率可達(dá)10MHz；充分利用8254-2的3個定時器/計(jì)數(shù)器，采取頻率的分頻輸出，并且不需要外部的信號源輸入，硬件電路簡化；通過軟件的處理可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)（1Hz～3kHz）PWM波的輸出。本設(shè)計(jì)中將要輸出的PWM波分為3段，分別由8254-2中的3個定時/計(jì)數(shù)器輸出，門控由P2.2、P2.3、P2.4分別加以控制。在1～20Hz的輸出時，采用定時器0，計(jì)數(shù)頻率為10 4Hz，最大計(jì)數(shù)為10 4，最小計(jì)數(shù)為500符合要求，21～200Hz的輸出中，采用定時器1，計(jì)數(shù)頻率為10 5Hz，最大計(jì)數(shù)為4762，最小計(jì)數(shù)為500；在201Hz～3kHz 的輸出中，采有定時器2，計(jì)數(shù)頻率為10 7Hz，最大計(jì)數(shù)為49 751，滿足二進(jìn)制計(jì)數(shù)的范圍，最小計(jì)數(shù)為3333。這些計(jì)數(shù)值可由單片機(jī)89C51[2]送給8254-2的數(shù)據(jù)輸入端，通過除法運(yùn)算來得到這些計(jì)數(shù)值，由除法運(yùn)算得到商。所得到的商去程序指令占用的時間即為所需要的計(jì)數(shù)值。采用8254-2的3個定時器的輸出經(jīng)過1個或門作為CD4046鎖相環(huán)的輸入，同時經(jīng)過1個非門進(jìn)入89C51的INT1口，申請下降沿中斷；CD4046鎖相環(huán)輸出所需的PWM。 為了防止程序進(jìn)入死循環(huán)，增加了外部的硬件看門狗定時器IMP813L[3]，其內(nèi)部的看門狗定時器監(jiān)控UP/UC的工作。如果在1.6s內(nèi)未檢測到其工作，內(nèi)部的定時器將使看門狗輸出WDO處于低電平狀態(tài)，WDO將保持低電平直到在WDI檢測到UP/UC的工作。將WR和WDO連接可使看門狗超時產(chǎn)生復(fù)位。 具體硬件電路如圖3所示。 2 軟件設(shè)計(jì) 軟件主要由3部分組成：主程序、鍵盤掃描程序、中斷處理程序。主程序流程如圖4所示。 主要地址分配如表1所列。
表1 地址分配 30H～31H |
66821730(技術(shù)支持)
