代码收藏家技术教程 2023-04-10

蓝桥杯单片机学习13——使用NE555实现方波发生器

NE555

简介

NE555是一种高度稳定的控制器，内部用三个阻值为5KΩ的电阻分压，因此叫做555芯片。能够产生精确的定时脉冲。单稳态工作时，延时由一个外部电阻和一个电容控制。工作稳定，频率和占空比由两个外部电阻和一个电容器精确控制。具有以下特点：
【1】：大电流驱动能力（200mA）
【2】：占空比可调
【3】：温度稳定性高，灵敏度高
【4】：定时范围广，（微妙级~小时级）
【5】：广泛应用于精确定时，产生脉冲、方波信号

引脚图

引脚	名称	功能
1	地线	接地
2	输入端	用于输入，和1/3Vcc比较
3	输出端	输出信号
4	复位端	低电平复位
5	电压控制端	一般不用，通常连接一个0.1uf的电容用来滤除杂波
6	输入端	用于输入，和2/3Vcc比较
7	放电端	用于放电
8	电源线	给芯片供电

原理图

我们可以看到：

2脚和6脚是接到一起的，因此两引脚电平保持一致

4脚直接接到了GND，芯片处于正常工作状态。

5脚接一个0.1uf的电容后直接接地，用来滤除杂波。

真值表

前面讲过，NE555芯片的2脚和6脚以此两引脚电平保持一致，所以下表直接给出了电平一致的情况，忽略了其他不存在的情况。

4引脚（复位引脚）	6引脚（输出）	2引脚（输入）	3引脚（输出）
0	X	X	0
1	>2/3Vcc	>2/3Vcc	0
1	1/3Vcc < Vth <2/3Vcc	1/3Vcc < Vth <2/3Vcc	保持上一个状态
1	<1/3Vcc	<1/3Vcc	1

接下来我们简单的分析以下NE555的工作原理。

工作原理

刚刚上电时，因为电容没有电，两端电压几乎相等，为低电平，此时，二号引脚和六号引脚电压都 < 1/3Vcc,输出为高电平。

随着电源通过R8和Rb3接入电路的部分给电容C14充电，二号引脚和六号引脚电压逐渐升高至1/3Vcc和2/3Vcc之间，NE555的输出保持上一个状态，输出为高电平，

再往后，二号引脚和六号引脚电压上升至2/3Vcc以上，输出为低电平，此时二号引脚和六号引脚电压大于输出引脚的电压，电容开始放电，二号引脚和六号引脚电压随之下降

当二号引脚和六号引脚电压下降到1/3Vcc和2/3Vcc之间，NE555的输出保持上一个状态，输出为低电平，

二号引脚和六号引脚电压继续下降，回到状态1，输出高电平，之后往复循环以上步骤，输出一个方波信号。

[注] ：通过调节Rb3的阻值，可以改变电容充电和放电的时间Rb3越大，充放电时间越长，频率越小，反之越大。

频率测量原理

我们知道：要测量一个方波信号的频率，可以通过计算信号经过一个完整的高低电平所用的时间t，然后那么f (频率)= 1s/t(一个完整高低电平所用的时间) ,即可即可测量出这个信号的频率。
但是要测得一个完整高低电平所用的时间是很困难的，所以这个方法显然行不通…………
除此之外，我们还有一个相对简单的方法，就是通过单片机的计数功能，测得在1S内，脉冲信号的数量就是方波信号的频率。至于这种方法的原理，我这里不做介绍，感兴趣的可以自己查找相关资料。

定时器测量频率方法

通过定时器测量频率需要同时用到的定时器1和定时器0

定时器0作为计数器，工作模式为八位自动重装载

定时器1为定时器，工作模式为十六位自动重装载

[注意]：定时器0为计数器和定时器1为定时器，两者工作模式不建议调换，至于为什么是这样，理由如下：

定时器0作为计数器使用时，每当引脚P34捕获到一个脉冲信号，定时器0数值加一，
而定时器1作为计数器使用时，则需要P35捕获到脉冲信号，定时器1数值加一。

但是在蓝桥杯官方提供的单片机上，NE555芯片的输出端通过排针连接到了P34的旁边，只需要一个跳线帽将P34和NE555芯片的输出端连接即可实现通过通过定时器0对NE555产生的方波信号捕获，
如果强行使用定时器1进行计数，则需要另外使用杜邦线将P35和NE555的输出端连接，然而在比赛的时候好像是不会额外提供杜邦线的…………

代码实现

以下是通过定时器0&定时器1完成对NE555方波信号的频率测量。并通过数码管显示出来的代码示例，数码显示范围为0~99999Hz

#include <STC15F2K60S2.H>
#include "LS138.h"
unsigned int Count = 0;         //定义计数变量，计算频率
unsigned int Frequence = 0;     //频率

//定时器初始化函数
void Timer_Init(void)
{
    TMOD |= 0x06;    //设置定时器0为计数器，八位自动重装载，定时器1为定时器，16位自动重载载
    ET0 = 1;
    ET1 = 1;
    EA = 1;         //开启定时器中断
    TH0 = 0xFF;     //设置初值，使P3^4每产生一个脉冲，触发一次定时器0中断
    TL0 = 0xFF;
    TL1 = 0x18;     //设置处置，使定时器1每1ms参生一次中断
    TH1 = 0xFC;
    TR0 = 1;        //打开定时器0
    TR1 = 1;        //打开定时器1
}

//初始化函数
void Init()
{
    Timer_Init();   //定时器初始化
    LS138_Init();   //和LS138相关部分初始化
}

//数码管显示函数，Fre为需要显示的频率值
void SEG_Show(unsigned int Fre)
{
    if(Fre%10)  //显示个位
    {
        SEG_Write(7,Fre%10);    
        if(Fre/10%10)       //显示十位
        {
            SEG_Write(6,Fre/10%10);
            if(Fre/100%10)      //显示百位
            {
                SEG_Write(5,Fre/100%10);
                if(Fre/1000%10) //显示千位
                {
                    SEG_Write(4,Fre/1000%10);
                    if(Fre/10000%10)    //显示万位
                        {
                            SEG_Write(3,Fre/10000%10);
                            
                        }
                }
            }   
        }
    }
}

main()
{
    Init();     //初始化函数调用
    while(1)
    {
        SEG_Show(Frequence);        //显示频率
    }
}
//定时器0中断服务函数
void Timer0_Handler() interrupt 1
{
    Count++;        //频率加一
}
//定时器1中断服务函数，，每1ms触发一次
void Timer1_Handler() interrupt 3
{
    static int i =0;

    i++;
    if(i>=1000)     //1s进来一次
    {
        Frequence = Count;  //读取当前的频率值
        Count = 0;          //Count清零
        i = 0;              //i清零
    }
}

实现原理如下：

定时器0设置为计数器，八位自动重装载模式，初值为0xFF，即每捕获到一个脉冲信号，触发一次定时器0中断，Count++；

定时器1设置为定时器十六位自动重装载，初值位65535-1000，即每1ms触发一次，内部变量i++；当i >=1000,即时间到达1S，读取Conut的值，为测量到的频率，

通过读取到的频率，通过数码管显示出来。

调节Rb3的阻值，改变产生的方波信号频率，测量得到的频率随之改变。