单片机控制低频脉冲信号发生器的设计

[摘　要]文中介绍了采用16位凌阳单片机（SPACE061A）作为微控制器核心，采用集成的硬件电路板作为信号发生器的硬件电路，最终实现占空比、幅值、频率可调的单片机控制低频脉冲信号发生器的设计。脉冲频率范围在1Hz～999Hz之间，幅度在3.6～27V之间。

[关键词]凌阳单片机　多功能输入/输出口　超低频脉冲　信号发生器

信号发生器是一种为电子测量和计量工作提供符合严格技术要求的电信号设备。在考虑低频脉冲信号发生器的设计和控制时，本文主要从以下几个方面考虑：

（1）可以手动设置频率的大小,其设置范围在1—999HZ之间，以达到频率在一定范围内可调这一特点。

（2）可以手动设置占空比的大小,控制脉宽，即实现占空比可调这一特点。

（3）通过放大电路使输出脉冲电压在3.6V—27V之间可调，从而达到输出脉冲幅值电压可调这一特点。

根据以上情况, 我们尝试用SPACE061A小系统板及低频脉冲信号发生器的硬件控制电路构成整个系统，通过编程来控制脉冲的产生。下面主要从硬件方面来描述本系统。

一、系统设计方案

本系统采用凌阳单片机作为控制核心，将SPACE061A 小系统板与低频脉冲信号发生器的硬件控制电路板用排线相连，即用SPACE061A 的输入/输出口来控制低频脉冲信号发生器的硬件电路板上的数码管显示和1*5小键盘，产生矩形波信号，再经过硬件电路板上的74LS74D触发器和由555定时器构成的单稳态触发器，最后通过放大电路输出频率、幅值、 占空比均在一定范围内可调的低频脉冲信号发生器。充分利用凌阳单片机的实时定时、多功能输入/输出口等优势，使得整个系统更加具有实用性。

二、系统相关硬件说明

凌阳单片机SPACE061A已为大家所熟知，这里不再详述，下面主要对低频脉冲信号发生器硬件控制电路板作一具体介绍。

硬件电路整体框图如下图2-1所示。

图2-1　低频脉冲信号发生器结构框图

下面就分别介绍一下显示模块、键盘输入模块、74LS74D触发器、单稳态触发器模块和放大电路模块。

(1)显示模块和键盘输入模块

显示模块:

采用三个八段共阴数码管，动态显示脉冲的频率值，如图2-2所示，通过IOB0—IOB7 端口控制字型输出。通过IOA8—IOA10作为数码管的片选引脚，来控制点亮数码管。

自行焊接了一个1*5小键盘，作为频率、占空比的输入控制。其中Key1为占空比控制键，Key2、 Key3、 Key4为频率控制位，分别控制频率值的百位、十位、个位。

利用SPCE061A的定时器/计数器TimerA的特殊功能，通过设置P_TimerA_Ctrl单元的B6-B9位，将占空比设置为在十四种情况下可选，其占空比分别为1/16、2/16、3/16、4/16、5/16、6/16、7/16、8/16、9/16、10/16、11/16、12/16、13/16、14/16、14/16。

通过以上介绍，我们可知单片机输出了频率、占空比在一定范围内可控的、幅值电压为3.6V左右的矩形波信号，再经过74LS74D触发器和单稳态触发器、放大电路整形输出最终我们所需的脉冲信号。下面详细介绍74LS74D触发器和单稳态触发器模块。

(2)74LS74D触发器和单稳态触发器模块

D触发器：

将单片机输出的矩形波信号通过上升沿触发的74LS74D触发器变为频率为原来1/2、占空比固定为50%的方波信号。

单稳态触发器：

将通过74LS74D触发器的输出的方波再通过555定时器构成的单稳态触发器就形成输出频率不变占空比可调的脉冲信号。

此触发器主要由555定时器组成，555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。它由三个阻值为5K的电阻组成的分压器、两个比较器、基本Rs触发器、放电BJT T以及缓冲器G组成。

三、系统联调结果

本系统以凌阳单片机（“61 板”）为控制器，通过排线与脉冲信号发生器的硬件控制电路板相连，利用程序加以控制，最终实现占空比、幅值、频率可调的低频脉冲信号发生器，联调结果良好。

参考文献：

[1]康光华.电子技术基础（模拟部分）[M]. 北京：高等教育出版社，2001.第四版.

[2]陕西师大物理学院电子教研室.凌阳单片机大学计划教程[M] .