單片機低頻脈沖發(fā)生器的開發(fā)及應(yīng)用

1 引言?

單片機步進電機控制系統(tǒng)在工業(yè)上具有廣泛的用途，但是大多數(shù)的應(yīng)用都采取固定速度分級調(diào)速，而對于一些要求連續(xù)調(diào)速的設(shè)備，特別是中小型流水線，為了提高工效，應(yīng)經(jīng)常性地調(diào)節(jié)速度，為此就需要有一種比較經(jīng)濟、小型、高效的控制器來驅(qū)動步進電機系統(tǒng)。鑒此我們研制成功了采用單片機技術(shù)并具有4位數(shù)碼顯示、可連續(xù)調(diào)頻的方波脈沖發(fā)生器 。?

2 系統(tǒng)設(shè)計思想?

我們對本單片機低頻脈沖發(fā)生器的設(shè)計原則是：在保證系統(tǒng)可靠工作、頻率穩(wěn)定的條件下，力圖減小尺寸、降低成本。系統(tǒng)的工作過程如下：?
·上電，系統(tǒng)開始工作；
·啟停按鈕控制系統(tǒng)輸出脈沖 CLK；?
·通過上升和下降鍵調(diào)節(jié)頻率；?
·按鍵一次頻率變化1 Hz，按鍵超過1s頻率變化10Hz；
·數(shù)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(jù)以上的系統(tǒng)工作過程和需要完成的功能，在系統(tǒng)設(shè)計上我們采取了以下方案：?
·采用89 C 51單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，以降低成本、縮小體積；
·采用82C54定時/計數(shù)器作為脈沖輸出定時器，并用CPU主頻作為其CLK輸入，比CPU內(nèi) 部定時/計數(shù)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(shù)次數(shù)的多字節(jié)二進制數(shù)除法運算,后者用于數(shù)碼管顯示十進制數(shù)頻率。?

3 硬件結(jié)構(gòu)及原理?

系統(tǒng)硬件原理示意圖如圖1所示。下面針對系統(tǒng)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(yīng)用系統(tǒng)。?

·顯示電路?

采用動態(tài)顯示方法。P0口數(shù)據(jù)總線輸出BCD碼，經(jīng)74 LS 48  譯碼，作為四個數(shù)碼管的 段選信號；P1口高四位和P2.0選通信號經(jīng)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(guān)。按鍵通過上拉電阻接到P3口。?

·計數(shù)器電路?

計數(shù)器采用82 C 54，其時鐘信號由晶振經(jīng)反相器引入以獲得最高輸入頻率，提高計數(shù)精度。為減少接口芯片，計數(shù)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(shù)器為16位（65535次），當(dāng)輸出最低頻率為1 Hz時需記數(shù)6M次，故采用二級計數(shù)方式。當(dāng)軟件判斷出設(shè)定頻率小于171 Hz時，第一級計數(shù)器初值固定為007 FH（ 127次），再用實際需計數(shù)次數(shù)除127得到第二級計數(shù)器初值；當(dāng)頻率大于170時，實際計數(shù)次數(shù)小于600000/170=35294次，故第二級計數(shù)器初值設(shè)定為2，實際計數(shù)次數(shù)除2得到第一級 計數(shù)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(tǒng)?

系統(tǒng)主程序流程圖如圖2和圖3所示。?

軟件系統(tǒng)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(jié)束語?

本低頻脈沖發(fā)生器已研制成功，對它加裝脈沖分配器和步進電機驅(qū)動器后，經(jīng)試用表明效果良好。它可以廣泛應(yīng)用于步進電機調(diào)速控制系統(tǒng)中，具有很高的實用價值。?

參考文獻?
1 何立民.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990?
2 陳粵初等. 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與實踐.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1991