單片機低頻脈沖發生器的開發及應用

1 引言

單片機步進電機控制系統在工業上具有廣泛的用途，但是大多數的應用都采取固定速度分級調速，而對于一些要求連續調速的設備，特別是中小型流水線，為了提高工效，應經常性地調節速度，為此就需要有一種比較經濟、小型、高效的控制器來驅動步進電機系統。鑒此我們研制成功了采用單片機技術并具有4位數碼顯示、可連續調頻的方波脈沖發生器 。

2 系統設計思想

我們對本單片機低頻脈沖發生器的設計原則是：在保證系統可靠工作、頻率穩定的條件下，力圖減小尺寸、降低成本。系統的工作過程如下：
·上電，系統開始工作；
·啟停按鈕控制系統輸出脈沖 CLK；
·通過上升和下降鍵調節頻率；
·按鍵一次頻率變化1 Hz，按鍵超過1s頻率變化10Hz；
·數碼管顯示頻率從0000 Hz～9999Hz；
·正反向按鈕切換方向指示和方向輸出控制信號CW。

根據以上的系統工作過程和需要完成的功能，在系統設計上我們采取了以下方案：
·采用89 C 51單片機最小應用系統，以降低成本、縮小體積；
·采用82C54定時/計數器作為脈沖輸出定時器，并用CPU主頻作為其CLK輸入，比CPU內 部定時/計數器工作頻率高六倍，以減少輸出脈沖與顯示頻率的誤差；
·為降低成本，把P3口作為一個8位并行口使用，利用P3口讀取按鍵信息、控制82 C 54的寫 操作；
·按鍵輸入的頻率,分別以二進制和十進制形式存放,前者用于82 C 54計數次數的多字節二進制數除法運算,后者用于數碼管顯示十進制數頻率。

3 硬件結構及原理

系統硬件原理示意圖如圖1所示。下面針對系統各部分作一簡單描述：

·單片計算機

選用98 C 51單片計算機最小應用系統。

·顯示電路

采用動態顯示方法。P0口數據總線輸出BCD碼，經74 LS 48 譯碼，作為四個數碼管的 段選信號；P1口高四位和P2.0選通信號經與非門作位選信號。

·控制按鈕

S1、S2為頻率增減按鍵；S3、S4為開始輸出和正反向控制開關。按鍵通過上拉電阻接到P3口。

·計數器電路

計數器采用82 C 54，其時鐘信號由晶振經反相器引入以獲得最高輸入頻率，提高計數精度。為減少接口芯片，計數器的初值輸入采用P3口電平方式控制讀寫線和片選線。由于主頻為 6M，82 C 54的每個計數器為16位（65535次），當輸出最低頻率為1 Hz時需記數6M次，故采用二級計數方式。當軟件判斷出設定頻率小于171 Hz時，第一級計數器初值固定為007 FH（ 127次），再用實際需計數次數除127得到第二級計數器初值；當頻率大于170時，實際計數次數小于600000/170=35294次，故第二級計數器初值設定為2，實際計數次數除2得到第一級 計數器初值。

·輸出電路

82 C 54輸出和正反向指示輸出采用9013晶體管整形放大后輸出。

4 軟件系統

系統主程序流程圖如圖2和圖3所示。

軟件系統分主程序（含初始化、讀鍵、按鍵去抖動、正反向指示和輸出指示）、顯示子程序、頻率上升子程序、二十進制加法子程序、頻率下降子程序、二十進制減法子程序、 輸出脈沖子程序、延時子程序、除法子程序、82 C 54初始化子程序等。

5 結束語

本低頻脈沖發生器已研制成功，對它加裝脈沖分配器和步進電機驅動器后，經試用表明效果良好。它可以廣泛應用于步進電機調速控制系統中，具有很高的實用價值。

參考文獻
1 何立民.單片機應用系統設計.北京：北京航空航天大學出版社，1990
2 陳粵初等. 單片機應用系統設計與實踐.北京：北京航空航天大學出版社，1991