基于PIC16F877A的方波信号发生器电路设计

在数字电路系统中，方波是经常使用的信号源，具有非常广泛的应用范围。在普通的电路设计中，经常利用555定时器构成多谐振荡器产生方波信号，虽然比较简单，但频率准确精度不高，若要产生不同频率的方波信号，更换电阻和电容又比较麻烦。基于这个出发点，本文采用单片机进行电路设计，利用软件编程控制代替硬件的更换，可灵活简单地产生不同频率的方波信号，而且电路更为简单、频率更准确、性能更稳定。

1 软件平台及芯片介绍
目前的单片机有很多种型号，有Intel公司的8051系列、Motorola公司的M68系列、ATMEL公司的AT系列、Microchip公司的PIC系列等等。本文主要介绍Microchip公司开发的基于MPLAB-IDE 6.62集成开发环境的PIC单片机的电路设计。MPLAB-IDE集成开发软件是专门设计对PIC系列单片机进行文本编辑，在线调方式及编译的开发工具。PIC芯片采用PIC16F877A，40脚封装、具有5个输入/输出端口，每个端口中的每条引脚由用户按需要单独编程，设定为输出引脚或输入引脚。

2 方波信号发生器电路设计
2.1 硬件电路分析
利用PIC16F877A中的定时器/计数器TMR0模块作为硬件定时器控制端口引脚RC0上产生不同频率的方波。由于TMR0为8位宽，有一个可选的预分频器，故可产生8种方波信号；同时通过设置不同的初始值，可产生不同的频率。本设计初始值设为131，计数125个指令周期产生溢出，即TMR0从计数到开始溢出需要125us。通过改变分频比，来达到产生不同频率的目的。TMR0溢出一次就使端口引脚RC0的输出电平反转一次，每反转两次引脚电平就形成方波信号的一个周期。当分频比为1:256时，TMRO的延时为125 us×256=32000 us，方波信号周期为32000 us×2=64000 us=64 ms，对应的方波信号频率为最低档的15.625 Hz；当分频比为1:2时，TMR0的延时为125 us×2=250 us，方波信号周期为250 us×2=500 us=0.5 ms，对应的方波信号频率为最高档的2000 Hz。改变TMR0的初始值，可分别产生15.625 Hz，32.25 Hz，62.5 Hz，125 Hz，250 Hz，500 Hz，1000 Hz，2000 Hz 8种方波信号。其工作原理如图1所示，接在端口引脚RB0上的按钮开关SW1作为循环切换控制开关；按在MCLR引脚上的按钮开关SW2用作单片机复位开关；端口RC0作为方波信号输出，并接上一个发光二极管和蜂呜器作为输出指示；R3和C1构成RC振荡方式，接在OSC1作为单片机系统时钟的输入，其优点是经济、节省成本。

图1 硬件电路工作原理示意图
2.2 软件设计
在PIC16F877A单片机中，与定时器/计数器TMR0相关的特殊功能寄存器有4个，累加计数寄存器TMR0、中断控制寄存器INTCON、选项寄存器OPTION_REG和端口RA方向控制寄存器TRISA，其中选项寄存器OPTION_REG的各位含义为:

当其第5位(TOCS)置1时，TMR0模块被设置为计数器模式，其分频比由OPTION_REG的D2:DO(PS2～PS0)决定，分别为1:2，1:4，1:8，1:16，1:32，1:64，1:128，1:256，由此可产生8种分频信号，即8种方波信号。其源程序采用汇编编语言编写，如下:

程序清单fbxh.asm
LIST P=16F877A
INCLUDE "P16F877A.INC"
TMR0 EQU 01H
;定时器/计数器0寄存器地址
STATUS EQU 3H
OPTION_REG EQU 81H
OPTION_B EQU 22H
INTCON EQU 0BH
PORTB EQU 6H ;端口B的地址
TRISB EQU 86H
PORTC EQU 7H ;端口C的地址
TRISC EQU 87H
TMR0B EQU D'256'-D'125'
;定义TMR0初值
RP0 EQU 5H