單片機低頻脈沖發(fā)生器的開發(fā)及應(yīng)

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。