单片机低频脉冲发生器的开发及应用

1 引言

单片机步进电机控制系统在工业上具有广泛的用途，但是大多数的应用都采取固定速度分级调速，而对于一些要求连续调速的设备，特别是中小型流水线，为了提高工效，应经常性地调节速度，为此就需要有一种比较经济、小型、高效的控制器来驱动步进电机系统。鉴此我们研制成功了采用单片机技术并具有4位数码显示、可连续调频的方波脉冲发生器 。

2 系统设计思想

我们对本单片机低频脉冲发生器的设计原则是：在保证系统可靠工作、频率稳定的条件下，力图减小尺寸、降低成本。系统的工作过程如下：
·上电，系统开始工作；
·启停按钮控制系统输出脉冲 CLK；
·通过上升和下降键调节频率；
·按键一次频率变化1 Hz，按键超过1s频率变化10Hz；
·数码管显示频率从0000 Hz～9999Hz；
·正反向按钮切换方向指示和方向输出控制信号CW。

根据以上的系统工作过程和需要完成的功能，在系统设计上我们采取了以下方案：
·采用89 C 51单片机最小应用系统，以降低成本、缩小体积；
·采用82C54定时/计数器作为脉冲输出定时器，并用CPU主频作为其CLK输入，比CPU内 部定时/计数器工作频率高六倍，以减少输出脉冲与显示频率的误差；
·为降低成本，把P3口作为一个8位并行口使用，利用P3口读取按键信息、控制82 C 54的写 操作；
·按键输入的频率,分别以二进制和十进制形式存放,前者用于82 C 54计数次数的多字节二进制数除法运算,后者用于数码管显示十进制数频率。

3 硬件结构及原理

系统硬件原理示意图如图1所示。下面针对系统各部分作一简单描述：

·单片计算机

选用98 C 51单片计算机最小应用系统。

·显示电路

采用动态显示方法。P0口数据总线输出BCD码，经74 LS 48 译码，作为四个数码管的 段选信号；P1口高四位和P2.0选通信号经与非门作位选信号。

·控制按钮

S1、S2为频率增减按键；S3、S4为开始输出和正反向控制开关。按键通过上拉电阻接到P3口。

·计数器电路

计数器采用82 C 54，其时钟信号由晶振经反相器引入以获得最高输入频率，提高计数精度。为减少接口芯片，计数器的初值输入采用P3口电平方式控制读写线和片选线。由于主频为 6M，82 C 54的每个计数器为16位（65535次），当输出最低频率为1 Hz时需记数6M次，故采用二级计数方式。当软件判断出设定频率小于171 Hz时，第一级计数器初值固定为007 FH（ 127次），再用实际需计数次数除127得到第二级计数器初值；当频率大于170时，实际计数次数小于600000/170=35294次，故第二级计数器初值设定为2，实际计数次数除2得到第一级 计数器初值。

·输出电路

82 C 54输出和正反向指示输出采用9013晶体管整形放大后输出。

4 软件系统

系统主程序流程图如图2和图3所示。

软件系统分主程序（含初始化、读键、按键去抖动、正反向指示和输出指示）、显示子程序、频率上升子程序、二十进制加法子程序、频率下降子程序、二十进制减法子程序、 输出脉冲子程序、延时子程序、除法子程序、82 C 54初始化子程序等。

5 结束语

本低频脉冲发生器已研制成功，对它加装脉冲分配器和步进电机驱动器后，经试用表明效果良好。它可以广泛应用于步进电机调速控制系统中，具有很高的实用价值。

参考文献
1 何立民.单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，1990
2 陈粤初等. 单片机应用系统设计与实践.北京：北京航空航天大学出版社，1991