内容发布更新时间 : 2024/12/28 4:47:08星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

基于单片机控制的频率可调的方波信号发生器

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。

U5 VCCKEY1KEY2U2P10P111234567813121514VCC311918RSTY191716P10/TP11/TP12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWR89S52VCCR13500D1LEDRXDTXDALE/PPSEN10P30113029P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P2739383736353433322122232425262728LED_ALED_BLED_CLED_DLED_ELED_FLED_GLED_HLED_J0LED_J1LED_J2LED_J3LED_J4LED_J5LED_J6LED_J7LED_ALED_BLED_CLED_DLED_ELED_FLED_GLED_H246811131517119U31A11A21A31A42A12A22A32A41G2GHC244U4LED_J0LED_J1LED_J2LED_J3LED_J4LED_J5LED_J6LED_J72468111315171191A11A21A31A42A12A22A32A41G2GHC2441Y11Y21Y31Y42Y12Y22Y32Y4181614129753L_COM1L_COM2L_COM3L_COM4L_COM5L_COM6L_COM7L_COM8LED_H1LED_G1LED_F1LED_E1LED_D1LED_C1LED_B1LED_A110831211962HGFEDCBALED4SCHCOM1COM2COM3COM47L_COM55L_COM64L_COM71L_COM81Y11Y21Y31Y42Y12Y22Y32Y4181614129753R2R3R4R6R7R8R9R10100100100100100100100100LED_A1LED_B1LED_C1LED_D1LED_E1LED_F1LED_G1LED_H1LED_H1LED_G1LED_F1LED_E1LED_D1LED_C1LED_B1LED_A110831211962HGFEDCBALED4SCHU6COM1COM2COM3COM47L_COM15L_COM24L_COM31L_COM4R510KR1210KVCCC322U S1RESET 复位电路R1100 RSTR1110KC130P11.0592C2 30P方波信号输出

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