基于单片机的占空比可调信号发生器设计分享-电源网

通过使用单片机程序控制实现占空比和频率的可调节，是单片机学习过程中的一个基础环节，对于很多新人工程师来说也是稍显复杂的占空比设计难点。在今天的文章中，我们将会为大家分享一种基于单片机的占空比可调信号发生器的设计方案，通过对AT89C51单片机的利用以及对软硬件的结合，实现占空比和频率可调。

在本方案中，为了实现信号发生器的占空比灵活调节，我们需要用到一个AT89C51微处理器、4个按键和一个四输入与门。其中，AT89C51单片机需要两个定时器来进行辅助工作，分别为定时器0和定时器1。

设计原理

在这种利用单片机完成占空比和频率调节的设计方案中，C51单片机是整个波形信号发生器的核心，工程师可以通过对源程序的编写和执行，产生可以调节的方波，并使其受到按键的控制，以此来增减频率和占空比并在液晶上显示出来。

在本方案中，实现占空比可调节的原理是：单片机定时器0工作在方式1下，决定输出信号的频率，定时器1工作在方式1下，决定输出信号的占空比。按键1和2决定信号的输出频率，按键1用于增大信号的频率，按一下就增加10HZ，当增减大500HZ时，就归为50HZ。按键2用于减小输出信号的频率，按一次键，输出信号的频率减少10HZ，当减少到50HZ时，频率就归于500。按键3和4决定信号的占空比，按键3用于增加信号的占空比，按下一次键，占空比就增加1，上限值为99，当在此按键下时占空比将会重新归于1。按键4用于减小信号的占空比，按下一次键，占空比就减1，下限值为1，当再次按键时，就让占空比回归到99。通过上面的步骤，可以实现占空比和频率的可调。这种使用单片机进行占空比和频率调节的信号发生器原理框图如下：

图1 信号发生器原理框图

系统硬件电路设计图

这种基于51单片机设计的占空比可调信号发生器系统硬件电路原理图，如下图图2所示。通过下图我们可以看到，在该系统中，四个独立按键分别与单片机P1.0、P1.1、P1.2、P1.3相连接，并且通过一个四输入的与门，将与门的输出当做单片机外部中断0的触发信号。当有按键按下时，就会进入外部中断程序。P1.4口输出信号连接到示波器，并对输出波形进行检测。通过单片机的PO口连接到LCD032L的数据段，用以显示波形信号发生器的频率和占空比。

图2 系统硬件电路设计图

键盘接口电路

在本方案中，我们所设计的信号发生器键盘接口电路图如下图图3所示，可以看到，这种小键盘接口电路系统中总共有四个键，前两个主要负责控制频率，后两个控制波形信号的占空比，分别接P1.0~P1.3，经过一个与门与P3.2相连，当键盘被按下后将会转到键盘处理子程序中。

图3 占空比可调发生器键盘接口电路

LCD显示电路

在这种占空比可调的信号发生器设计过程中，我们所选用的LCD型号是LM032L液晶显示屏，尺寸为20X2，与单片机的连接电路如下图图4所示。其中，VSS接地，VDD接+5V电源。D0~D7接单片机的P0口。

图4 占空比可调发生器显示部分电路

主程序及中断程序设计思路

在这种利用51单片机进行占空比调节的信号发生器设计方案中，我们所设计的主程序用于控制整个系统，先对系统初始化，然后通过一个空循环等待中断程序，当中断到来时候，就进入中断程序，执行中断程序。中断程序执行完成之后，就返回主程序，继续等待。以上为本方案的完整主程序设计思路。

在本方案中，为了更好的完成中断程序的设计并提升中断时间控制精度，我们利用键盘扫描用外部中断0实现，用以分析是那个键盘被按下，然后在实现所要的功能。当按下键1的时候，会转到外部中断0子程序，判断之后会改变其中变量fre的值，然后分别将T0、T1按要求重新赋初始值，然后再在液晶上实时刷新。即可改变即加10Hz，当加到最大值500Hz时，继续按下键1，将会回到最小值50Hz上。

同理，在执行中断程序的过程中，当我们按下键2时，频率值将会减10Hz，当减到最小值50Hz，会回到最大值500Hz上。当按下键3时，进入到外部中断0子程序，判断却是按下后，改变占空比，然后改变定时器的初值。实时刷新，同频率调节，占空比也需要进行限制。此时需要特别注意的是，频率和占空比的初始值都为50，这里我们我们所定义的占空比为百分比的分子部分。当有按键按下时，进入到外部中断，然后暂时关闭外部中断，启动延时程序，以消除抖动。然后检测是哪个按键被按下，然后对频率跟占空比的变量做出相应的赋值，并且将占空比的值送到数码管显示。并且对定时器0和定时器1分别赋新的初值，开启外部中断，定时器0和1中断，此时中断程序全部结束。

系统软件仿真

在完成了主要程序和电路设计后，这种基于51单片机的占空比可调信号发生器系统仿真结果如下图图5、图6、图7所示，可以看到，其运行过程基本符合本次的设计要求。

图5 按下键1的仿真结果