用ＡＴ８９Ｓ５２設計具有定量脈沖輸出功能的脈沖信號發生器

摘 要 用單片機設計脈沖信號發生器，具有定量脈沖、連續脈沖兩種輸出功能，給出電路圖和詳細程序框圖。

關鍵詞 單片機；定量脈沖；連續脈沖

中圖分類號 TN782 文獻標識碼 B 文章編號 1671-489X（2008）18-0046-03

脈沖信號發生器是一種常用的電子儀器，通常這種儀器只能輸出連續脈沖或單脈沖。本文介紹的脈沖信號發生器不但能輸出連續脈沖，而且能夠根據設定輸出規定數目的脈沖，給教學、科研工作帶來方便。該儀器由于采用單片機設計，電路十分簡單。經過一段時間的使用，證明其性能穩定、工作可靠，能滿足實驗教學和學生實驗的需要。下面對其性能、電路和軟件分別詳細說明。

1 主要技術指標

#8226;脈沖幅度：5 V

#8226;脈沖占空比：50％

#8226;定量脈沖數量范圍：1～9 999

#8226;定量脈沖數量設定：十進制按鍵方法

#8226;定量脈沖周期：100 μs

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

#8226;4位十進制數碼顯示（定量脈沖數量或連續脈沖頻率）

2 電路結構

電路如圖1所示。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位單片機，具有靈巧的8位CPU、8 K可編程Flash存儲器，256字節RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數據指針，3個16位定時器/計數器，1個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路，是脈沖發生器的核心部件。4個CD4511對CPU輸出的BCD碼進行譯碼，并驅動4個LED顯示定量脈沖數目或連續脈沖頻率。CD4009片內有6個反相輸出的緩沖器，用來提高發生器的負載能力并獲得正、負2種脈沖輸出（OUT1輸出正脈沖，OUT2輸出負脈沖）。S0～S9是輸入按鈕，用來設定定量脈沖的數目或連續脈沖的頻率。S10是電路的復位按鈕。S11是定量脈沖的輸出控制按鈕，每按動一次，在電路的輸出端即輸出一組規定數量的脈沖。S12是定量脈沖和連續脈沖2種工作方式的控制選擇開關，位置1電路輸出定量脈沖，位置2輸出連續脈沖。12 MHz晶體B和C2、C3組成時鐘電路。R1、C1構成復位電路。R2～R9是CPUP0口的上拉電阻。D1～D10十只開關二極管的正極均與CPU外中斷1的引腳P3.3相連接。由圖可知，當有輸入按鈕被按下時，除向CPU對應的輸入端輸入低電平外，外中斷1的引腳也獲得低電平，從而引起中斷并執行相應的中斷服務程序。整流橋和穩壓集成電路7805等構成直流穩壓電源，為整機提供＋5 V直流電壓。

3 軟件設計

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

連續脈沖程序首先使電路輸出頻率為1 Hz的脈沖信號，之后按動開關S0～S9中的任何一個，CPU外中斷1引腳P3.3均會變成低電平引起中斷，輸出頻率會按技術指標給出的順序依次變化。脈沖的形成靠定時器T0溢出中斷時CPU引腳P3.7電平跳變實現。脈沖的頻率（周期）由定時器初值決定。在時鐘電路采用12 MHz晶體的情況下，定時器輸入脈沖的頻率為1 MHz，即周期為1 μs。對于1 Hz的連續脈沖，定時器的定時時間應為0.5 S(500 000 μs)，而16位定時器T0最大定時時間為216＝65 536 μs，是無法實現的。為此，令T0的定時時間為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。計算可知，其他頻率不存在此問題。對于T0，不同的脈沖頻率對應不同的初始值，有關的數據如表1所示（為定時準確，T0初值有修正）。

在主程序連續脈沖部分設置T0為16位定時器工作方式，T0中斷次數為10，置T0初值為3CB6H；令LED顯示1 Hz，標志單元初值為0；設外中斷1為高優先級，低電平觸發，允許外中斷1、T0定時中斷，開中斷。最后查詢P3.6是否變為低電平，如果變為低電平，轉移執行定量脈沖程序，否則繼續執行連續脈沖程序，等待T0中斷。

執行定量脈沖程序時，先關閉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接收按鍵信號做好準備；RAM中的4個標志位置1；顯示緩沖區30 H～33 H置初值，脈沖數量緩沖區50 H、51 H兩個單元清零；設置外中斷0、外中斷1，低電平觸發；顯示緩沖區中的數據從P1口輸出送譯碼顯示電路，以顯示輸出脈沖的數量。最后查詢P3.6是否變為高電平，如果變為高電平，轉移執行連續脈沖程序，否則繼續執行定量脈沖程序。

3.2 T0中斷服務程序T0中斷服務程序流程框圖如圖3所示。該程序主要完成3項任務，一是控制輸出端P3.7每隔半個周期翻轉一次，輸出連續脈沖；二是根據頻率的要求重裝載T0；三是重裝載T0中斷次數。程序中的延時操作是為了提高輸出頻率的精度。

3.3 外中斷1服務程序外中斷1服務程序的任務是針對按鍵信號進行有關操作，其流程框圖如圖4所示。

P3.6為高電平時，執行連續脈沖程序。此時，開關S0～S9中不管哪個被按下，中斷程序均會改變一次連續脈沖的頻率，并自動循環。標志單元20 H的值為0時，連續脈沖頻率為1 Hz。第1次按鍵后，標志單元的值加1變為1，按表1重裝T0，連續脈沖頻率增至10 Hz。第2次按鍵后，標志單元的值加1變為2，按表1重裝T0，連續脈沖頻率增至50 Hz。以此類推，6次按鍵后，連續脈沖頻率增至2 KHz。之后按鍵，頻率回到1 Hz，如此循環往復。

P3.6為低電平時，執行定量脈沖程序。程序首先判斷哪個鍵被按下，然后將鍵值（S0～S9的鍵值為0～9）存入顯示緩沖區30 H～33 H，計算出定量脈沖的數目存入50 H、51 H。0.2秒延時可克服按鍵抖動帶來的影響。

3.4 外中斷0服務程序當按鈕開關S11被按下時，CPU響應中斷，執行外中斷0服務程序，完成定量脈沖的輸出，其流程框圖如圖5所示。工作時，每輸出一個脈沖，脈沖數量緩沖區50 H和51 H單元中的數減1，直至減到0，輸出結束。程序中有多處延時指令，為的是保證輸出脈沖的占空比始終保持50％不變。

4 結束語

本文介紹的脈沖信號發生器，由于輸出脈沖參數與晶振頻率相聯系，故有很高的精度。連續脈沖雖然只有7個頻率，但對軟件稍加修改，就可以增加更多的頻率。筆者采用匯編語言設計，故程序簡潔，而且方便定時參數的準確計算與設置。

參考文獻

[1]孫涵芳，徐愛卿.單片機原理及應用[M].北京:北京航空航天大學出版社，1988:90—148

[2]徐洊學.定量脈沖產生電路[J].物理實驗，2005(1):45—48