單片機(jī)低頻脈沖發(fā)生器的開發(fā)及應(yīng)用

1 引言

單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)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(jí)調(diào)速，而對(duì)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(jì)、小型、高效的控制器來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)。鑒此我們研制成功了采用單片機(jī)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(jì)思想

我們對(duì)本單片機(jī)低頻脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)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(hào)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(jì)上我們采取了以下方案：
·采用89 C 51單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，以降低成本、縮小體積；
·采用82C54定時(shí)/計(jì)數(shù)器作為脈沖輸出定時(shí)器，并用CPU主頻作為其CLK輸入，比CPU內(nèi) 部定時(shí)/計(jì)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(gè)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(jìn)制和十進(jìn)制形式存放,前者用于82 C 54計(jì)數(shù)次數(shù)的多字節(jié)二進(jìn)制數(shù)除法運(yùn)算,后者用于數(shù)碼管顯示十進(jìn)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(duì)系統(tǒng)各部分作一簡(jiǎn)單描述：

·單片計(jì)算機(jī)

選用98 C 51單片計(jì)算機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)。

·顯示電路

采用動(dòng)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(gè)數(shù)碼管的 段選信號(hào)；P1口高四位和P2.0選通信號(hào)經(jīng)與非門作位選信號(hào)。

·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(jì)數(shù)器電路

計(jì)數(shù)器采用82 C 54，其時(shí)鐘信號(hào)由晶振經(jīng)反相器引入以獲得最高輸入頻率，提高計(jì)數(shù)精度。為減少接口芯片，計(jì)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(gè)計(jì)數(shù)器為16位（65535次），當(dāng)輸出最低頻率為1 Hz時(shí)需記數(shù)6M次，故采用二級(jí)計(jì)數(shù)方式。當(dāng)軟件判斷出設(shè)定頻率小于171 Hz時(shí)，第一級(jí)計(jì)數(shù)器初值固定為007 FH（ 127次），再用實(shí)際需計(jì)數(shù)次數(shù)除127得到第二級(jí)計(jì)數(shù)器初值；當(dāng)頻率大于170時(shí)，實(shí)際計(jì)數(shù)次數(shù)小于600000/170=35294次，故第二級(jí)計(jì)數(shù)器初值設(shè)定為2，實(shí)際計(jì)數(shù)次數(shù)除2得到第一級(jí) 計(jì)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(dòng)、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(jìn)制加法子程序、頻率下降子程序、二十進(jìn)制減法子程序、 輸出脈沖子程序、延時(shí)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(duì)它加裝脈沖分配器和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器后，經(jīng)試用表明效果良好。它可以廣泛應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)
1 何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990
2 陳粵初等. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1991