频率可调的方波信号发生器设计及电路.pdf

用单片机产生频率可调的方波信号。 输出方波的频率范围为 1Hz-200Hz ，频率误差比小于 0.5% 。要求 用 “增加 ”、 “减小 ”2个按钮改变方波给定频率，按钮每按下一次，给定频率改变的步进步长为 1Hz, 当按钮 持续按下的时间超过 2 秒后，给定频率以 10 次/ 秒的速度连续增加（减少） ，输出方波的频率要求在数码 管上显示。用输出方波控制一个发光二极管的显示，用示波器观察方波波形。开机默认输出频率为 5Hz 。 3.5.1 模块 1 ：系统设计 （1 ）分析任务要求，写出系统整体设计思路 任务分析：方波信号的产生实质上就是在定时器溢出中断次数达到规定次数时，将输出 I/O 管脚的状 态取反。由于频率范围最高为 200Hz, 即每个周期为 5ms （占空比 1:1 ，即高电平 2.5ms, 低电平 2.5 ms ）， 因此，定时器可以工作在 8 位自动装载的工作模式。 涉及以下几个方面的问题：按键的扫描、功能键的处理、计时功能以及数码管动态扫描显示等。 问 题的难点在按键连续按下超过 2S 的计时问题，如何实现计时功能。 系统的整体思路：主程序在初始化变量和寄存器之后，扫描按键，根据按键的情况执行相应的功能，然 后在数码显示频率的值，显示完成后再回到按键扫描，如此反复执行。中断程序负责方波的产生、按键连 续按下超过 2S 后频率值以 10Hz/s 递增（递减） 。 （2 ）选择单片机型号和所需外围器件型号，设计单片机硬件电路原理图 采用 MCS51 系列单片机 At89S51 作为主控制器，外围电路器件包括数码管驱动、独立式键盘、方波脉 冲输出以及发光二极管的显示等。 数码管驱动采用 2 个四联共阴极数码管显示，由于单片机驱动能力有限，采用 74HC244 作为数码管的驱 动。在 74HC244 的 7 段码输出线上串联 100 欧姆电阻起限流作用。 独立式按键使用上提拉电路与电源连接，在没有键按下时，输出高电平。发光二极管串联 500 欧姆电阻再 接到电源上，当输入为低电平时，发光二极管导通发光。 图 3-14 方波信号发生器的硬件电路原理图 （3 ）分析软件任务要求，写出程序设计思路，分配单片机内部资源，画出程序流程图 软件任务要求包括按键扫描、定时器的控制、按键连续按下的判断和计时、数码管的动态显示。 程序设计思路：根据定时器溢出的时间，将频率值换算为定时器溢出的次数（ T1_over_num ）。使用 变量（ T1_cnt ）暂存定时器 T1 的溢出次数，当达到规定的次数（ T1_over_num ）时，将输出管脚的状 态取反达到方波的产生。主程序采用查询的方式实现按键的扫描和数码管的显示，中断服务程序实现方波 的产生和连续按键的计时功能。 单片机内部资源分配：定时器 T1 用来实现方波的产生和连续按键的计时功能，内部变量的定 义： hz_shu: 设定的频率数； T1_over_num: 根据设定频率计算后的定时器溢出的次数值； T1_cnt: 定时器溢出次数； sec_over_num: 计时 1s 的定时器溢出的次数； second: 连续按键的计时； state_val: 连续按下的标志 0= 按键已经弹起； 1= 按键一直按下； led_seg_code ：0-9 数字的数码管 7 段码。主程 序和中断服务程序如图 3-15 ，3-16 所示。 图 3-15 主程序的流程图 （4 ）设计系统软件调试方案、硬件调试方案及软硬件联合调试方案 软件调试方案： 伟福软件中， 在 “文件 新建文件 ”中，新建 C 语言源程序文件， 编写相应的程序。 在 “文 件 新建项目 ”的菜单中，新建项目并将 C 语言源程序文件包括在项目文件中。 在