用ＡＴ８９Ｓ５２設(shè)計(jì)具有定量脈沖輸出功能的脈沖信號(hào)發(fā)生器

摘 要 用單片機(jī)設(shè)計(jì)脈沖信號(hào)發(fā)生器，具有定量脈沖、連續(xù)脈沖兩種輸出功能，給出電路圖和詳細(xì)程序框圖。

關(guān)鍵詞 單片機(jī)；定量脈沖；連續(xù)脈沖

中圖分類號(hào) TN782 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B 文章編號(hào) 1671-489X（2008）18-0046-03

脈沖信號(hào)發(fā)生器是一種常用的電子儀器，通常這種儀器只能輸出連續(xù)脈沖或單脈沖。本文介紹的脈沖信號(hào)發(fā)生器不但能輸出連續(xù)脈沖，而且能夠根據(jù)設(shè)定輸出規(guī)定數(shù)目的脈沖，給教學(xué)、科研工作帶來(lái)方便。該儀器由于采用單片機(jī)設(shè)計(jì)，電路十分簡(jiǎn)單。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，證明其性能穩(wěn)定、工作可靠，能滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)的需要。下面對(duì)其性能、電路和軟件分別詳細(xì)說(shuō)明。

1 主要技術(shù)指標(biāo)

#8226;脈沖幅度：5 V

#8226;脈沖占空比：50％

#8226;定量脈沖數(shù)量范圍：1～9 999

#8226;定量脈沖數(shù)量設(shè)定：十進(jìn)制按鍵方法

#8226;定量脈沖周期：100 μs

#8226;連續(xù)脈沖頻率：1 Hz、10 Hz、50 Hz、100 Hz、500 Hz、1 KHz、2 KHz

#8226;4位十進(jìn)制數(shù)碼顯示（定量脈沖數(shù)量或連續(xù)脈沖頻率）

2 電路結(jié)構(gòu)

電路如圖1所示。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位單片機(jī)，具有靈巧的8位CPU、8 K可編程Flash存儲(chǔ)器，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，1個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路，是脈沖發(fā)生器的核心部件。4個(gè)CD4511對(duì)CPU輸出的BCD碼進(jìn)行譯碼，并驅(qū)動(dòng)4個(gè)LED顯示定量脈沖數(shù)目或連續(xù)脈沖頻率。CD4009片內(nèi)有6個(gè)反相輸出的緩沖器，用來(lái)提高發(fā)生器的負(fù)載能力并獲得正、負(fù)2種脈沖輸出（OUT1輸出正脈沖，OUT2輸出負(fù)脈沖）。S0～S9是輸入按鈕，用來(lái)設(shè)定定量脈沖的數(shù)目或連續(xù)脈沖的頻率。S10是電路的復(fù)位按鈕。S11是定量脈沖的輸出控制按鈕，每按動(dòng)一次，在電路的輸出端即輸出一組規(guī)定數(shù)量的脈沖。S12是定量脈沖和連續(xù)脈沖2種工作方式的控制選擇開(kāi)關(guān)，位置1電路輸出定量脈沖，位置2輸出連續(xù)脈沖。12 MHz晶體B和C2、C3組成時(shí)鐘電路。R1、C1構(gòu)成復(fù)位電路。R2～R9是CPUP0口的上拉電阻。D1～D10十只開(kāi)關(guān)二極管的正極均與CPU外中斷1的引腳P3.3相連接。由圖可知，當(dāng)有輸入按鈕被按下時(shí)，除向CPU對(duì)應(yīng)的輸入端輸入低電平外，外中斷1的引腳也獲得低電平，從而引起中斷并執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。整流橋和穩(wěn)壓集成電路7805等構(gòu)成直流穩(wěn)壓電源，為整機(jī)提供＋5 V直流電壓。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序主程序流程框圖如圖2所示。程序首先設(shè)置堆棧指針，然后判斷CPU引腳P3.6是高電平還是低電平，高電平執(zhí)行連續(xù)脈沖程序，低電平執(zhí)行定量脈沖程序。

連續(xù)脈沖程序首先使電路輸出頻率為1 Hz的脈沖信號(hào)，之后按動(dòng)開(kāi)關(guān)S0～S9中的任何一個(gè)，CPU外中斷1引腳P3.3均會(huì)變成低電平引起中斷，輸出頻率會(huì)按技術(shù)指標(biāo)給出的順序依次變化。脈沖的形成靠定時(shí)器T0溢出中斷時(shí)CPU引腳P3.7電平跳變實(shí)現(xiàn)。脈沖的頻率（周期）由定時(shí)器初值決定。在時(shí)鐘電路采用12 MHz晶體的情況下，定時(shí)器輸入脈沖的頻率為1 MHz，即周期為1 μs。對(duì)于1 Hz的連續(xù)脈沖，定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間應(yīng)為0.5 S(500 000 μs)，而16位定時(shí)器T0最大定時(shí)時(shí)間為216＝65 536 μs，是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。為此，令T0的定時(shí)時(shí)間為50 000 μs，每10次T0溢出中斷CPU引腳P3.7電平跳變一次，從而得到1 Hz脈沖輸出。計(jì)算可知，其他頻率不存在此問(wèn)題。對(duì)于T0，不同的脈沖頻率對(duì)應(yīng)不同的初始值，有關(guān)的數(shù)據(jù)如表1所示（為定時(shí)準(zhǔn)確，T0初值有修正）。

在主程序連續(xù)脈沖部分設(shè)置T0為16位定時(shí)器工作方式，T0中斷次數(shù)為10，置T0初值為3CB6H；令LED顯示1 Hz，標(biāo)志單元初值為0；設(shè)外中斷1為高優(yōu)先級(jí)，低電平觸發(fā)，允許外中斷1、T0定時(shí)中斷，開(kāi)中斷。最后查詢P3.6是否變?yōu)榈碗娖剑绻優(yōu)榈碗娖剑D(zhuǎn)移執(zhí)行定量脈沖程序，否則繼續(xù)執(zhí)行連續(xù)脈沖程序，等待T0中斷。

執(zhí)行定量脈沖程序時(shí)，先關(guān)閉T0，然后將脈沖輸出端P3.7置成高電平；P0口以及P2.6、P2.7置1，為CPU接收按鍵信號(hào)做好準(zhǔn)備；RAM中的4個(gè)標(biāo)志位置1；顯示緩沖區(qū)30 H～33 H置初值，脈沖數(shù)量緩沖區(qū)50 H、51 H兩個(gè)單元清零；設(shè)置外中斷0、外中斷1，低電平觸發(fā)；顯示緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)從P1口輸出送譯碼顯示電路，以顯示輸出脈沖的數(shù)量。最后查詢P3.6是否變?yōu)楦唠娖?，如果變?yōu)楦唠娖?，轉(zhuǎn)移執(zhí)行連續(xù)脈沖程序，否則繼續(xù)執(zhí)行定量脈沖程序。

3.2 T0中斷服務(wù)程序T0中斷服務(wù)程序流程框圖如圖3所示。該程序主要完成3項(xiàng)任務(wù)，一是控制輸出端P3.7每隔半個(gè)周期翻轉(zhuǎn)一次，輸出連續(xù)脈沖；二是根據(jù)頻率的要求重裝載T0；三是重裝載T0中斷次數(shù)。程序中的延時(shí)操作是為了提高輸出頻率的精度。

3.3 外中斷1服務(wù)程序外中斷1服務(wù)程序的任務(wù)是針對(duì)按鍵信號(hào)進(jìn)行有關(guān)操作，其流程框圖如圖4所示。

P3.6為高電平時(shí)，執(zhí)行連續(xù)脈沖程序。此時(shí)，開(kāi)關(guān)S0～S9中不管哪個(gè)被按下，中斷程序均會(huì)改變一次連續(xù)脈沖的頻率，并自動(dòng)循環(huán)。標(biāo)志單元20 H的值為0時(shí)，連續(xù)脈沖頻率為1 Hz。第1次按鍵后，標(biāo)志單元的值加1變?yōu)?，按表1重裝T0，連續(xù)脈沖頻率增至10 Hz。第2次按鍵后，標(biāo)志單元的值加1變?yōu)?，按表1重裝T0，連續(xù)脈沖頻率增至50 Hz。以此類推，6次按鍵后，連續(xù)脈沖頻率增至2 KHz。之后按鍵，頻率回到1 Hz，如此循環(huán)往復(fù)。

P3.6為低電平時(shí)，執(zhí)行定量脈沖程序。程序首先判斷哪個(gè)鍵被按下，然后將鍵值（S0～S9的鍵值為0～9）存入顯示緩沖區(qū)30 H～33 H，計(jì)算出定量脈沖的數(shù)目存入50 H、51 H。0.2秒延時(shí)可克服按鍵抖動(dòng)帶來(lái)的影響。

3.4 外中斷0服務(wù)程序當(dāng)按鈕開(kāi)關(guān)S11被按下時(shí)，CPU響應(yīng)中斷，執(zhí)行外中斷0服務(wù)程序，完成定量脈沖的輸出，其流程框圖如圖5所示。工作時(shí)，每輸出一個(gè)脈沖，脈沖數(shù)量緩沖區(qū)50 H和51 H單元中的數(shù)減1，直至減到0，輸出結(jié)束。程序中有多處延時(shí)指令，為的是保證輸出脈沖的占空比始終保持50％不變。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的脈沖信號(hào)發(fā)生器，由于輸出脈沖參數(shù)與晶振頻率相聯(lián)系，故有很高的精度。連續(xù)脈沖雖然只有7個(gè)頻率，但對(duì)軟件稍加修改，就可以增加更多的頻率。筆者采用匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)，故程序簡(jiǎn)潔，而且方便定時(shí)參數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算與設(shè)置。

參考文獻(xiàn)

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