51單片機的脈寬測量要點

1、北華航天工業(yè)學院課程設計報告（論文）設計課題：單片機技術課程設計專業(yè)班級： 白動化學生姓名：張玉帛指導教師：李葉紫設計時間：2010年4月25日北華航天工業(yè)學院電子工程系單片機技術 課程設計任務書姓 名：張玉壘專業(yè)：自動化班級：B07221指導教師：李葉紫職稱：副教授課程設計題目：外部輸入正脈寬度測量已知技術參數和設計要求：技本指標：1 .測量范圍：4ms- 512ms2 .測量信號：方波3 .測量信號電壓：35V4 .顯示位數：6位基本要求：1 .完成單片機外部輸入正脈寬度測量的綜合設計2 .編程實現題目要求的基本功能，程序運行通過3 .撰寫課程實踐報告(設計思路、實現方法、硬件資源分配、程

2、序流程圖、 運行結果分析等)所需儀器設備：偉福Lab6000綜合實驗/仿真系SWT套、微機一臺成果驗收形式：程序上機運行經書文獻:1 .胡輝、李葉紫，單片機原理與應用，中國水利水電出版社，20072 . Lab6000綜合實驗/仿真系統說明書時間 安排(1)第八周：選題、方案設計(2)第1次上機調試程序(3)第2次上機課題驗收(4)第九周：上交實踐才給指導教師：李葉紫教研室主任：李葉紫2010年4月25日一概 述 3二方案設計與論證 3三單元電路設計與參數計算 41 .總程序框圖 42 . 單元電路設計 53 .單元程序模塊 74 .參數計算 9四總原理圖及硬件資源分配 10五安裝與調試11六

3、性能測試與分析12七結論 12八心得體會 12九參考文獻 13一、概述近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動 傳統控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統中， 單片 機往往是作為一個核心部件來使用， 僅單片機方面知識是不夠的，還應根據具體 硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，加以完善。工程上常需要對各種機構工作的時間特性進行分析測量， 如圖1給出的這種 時間特性示意圖，其中t表示時間脈沖寬度，T表示一個工作循環(huán)周期。工程實 際中，影響時間特性的因素很多，因而工程中常需測量這種脈沖序列正脈沖或負 脈沖的寬度。圖1脈沖波形本系統采用單片機AT

4、89C51為中心器件來設計脈沖寬度測量器，系統實用 性強、操作簡單、擴展性強。在現有的單片機仿真機系統上掌握相關軟硬件設計 與調試知識，根據所選擇題目，焊接好硬件電路，正確進行元器件的測試與調試， 并在計算機上編寫匯編程序調試運行，并實現參考選題中要求的設計。二、方案設計與論證1 .設定一個開關控制測量開始。按動開關接外部中斷0,響應1次外部中斷。在中斷程序中測量脈寬。2 .將脈沖信號從P3.3腳引入。將T1設為定時器方式工作。并工作在門控 方式。初值TH1、TL1設為零。在待測脈沖高電平期間，T1對內部周期脈沖進行計數。在待測脈沖高電平 結束時，其下降沿向P3.3發(fā)中斷，在外中斷1的中斷服務

5、程序中，讀取TH1、 TL1的計數值，該值就是待測脈沖的脈寬。隨后清零 TH1和TL1,以便下一脈寬 的測量。3 .由于T1方式1最大定時時間為131ms因此當測脈沖寬度超過131ms時, 需要進行進位處理。把計4 .為防止在外部輸入正脈沖當中啟動計數而產生錯誤測量，要在測到是低 電平之后的下一個高電平才開始啟動定時器， 再次測到低電平時停止計數， 數結果處理后送數碼管顯示。三、單元電路設計與參數計算1.總程序框圖2.單元電路設計本設計由單片機、測量控制電路、鍵盤及顯示電路幾個組成部分，各部分采用的電路形式及主要器件確定如下:(1)單片機部分選用89C51作為主機,同時要設計89C51單片機的

6、晶振電路和復位電路。單片機部分框圖P1 .VCCF1 .1POQP1 .2P0.1P1 .3P0.2P1 4P0.3PlP0.4Fl 何時 15 Q)PD.5Pl 7CSCKJPO.6RS TP0.7P3.0/RXDEAJVppP3.1/TKD ALE/PROG40有石舜一手1P3 .2HN inPS ENP3 .3/IN T1P2.7P3.-4/T0P2.fiP3.5/T1P2.5P3.6/WRP2.4P3,7/RDpg.SXTAL2P2.2犬 TALIP2.1GHDP2.02923井笠1<3C->1U 11,204AT89C512 7 pF單片機部分原理圖(2)測量電路部分直接

7、利用單片機內部的定時/計數器實現頻率的測量。(3)顯示部分具體電路顯示部分框圖 I L (g NC1413*74HC37474HC374數據總線段碼輸出 (Ox004H)位選通信號(0x002H)顯示部分原理圖3.單元程序模塊(1)主程序START: MOV SP ,#50HMOV TMOD ,#90HMOV TH1 ,#00HMOV TL1 ,#00HMOV IE ,#81H ;CALL LED ;LJMP START設置定時器1的工作方式為1, GEAES 1定時器時間初值置零開外部中斷0調顯示END(2)中斷服務子程序(啟動定時功能)INT_0: CLR EX0MOV DATC ,#00

8、HMOV TH1 ,#00HMOV TL1 ,#00HSETB TR1 ;JNB P3.3,$;CH0: JNB TF1 ,CH1INC DATCCLR TF1MOV TH1 ,#00HMOV TL1 ,#00HSETB TR1 ;CH1: JB P3.3 ,CH0CLR TR1 ;MOV A ,TL1MOV DATL ,AMOV A ,TH1MOV DATH ,A關中斷啟動定時器1,但不計數等待正脈沖計數沒溢出，跳轉裝入初值啟動定時器判斷正脈沖是否結束停止計數(3)顯小子程序LEDMAP:DB 3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h, 6dh, 7dh, 07hDB 7fh, 6fh

9、, 77h, 7ch, 39h, 5eh, 79h, 71hLED: MOV R0 ,#LEDBuf共6個八段管從左邊開始顯示MOV R1 ,#6;MOV R2 ,#00100000b ;Loop: MOV DPTR ,#8002HMOV A ,#0 MOVX DPTR,A MOV A ,R0 MOV DPTR ,#8004H MOVX DPTR,AMOV DPTR ,#8002HMOV A ,R2 MOVX DPTR,A MOV R6 ,#1 MOV R7 ,#0L: DJNZ R7 ,LDJNZ R6 ,LMOV A ,R2RR AMOV R2, AINC R0DJNZ R1 ,Loop

10、RET關所有八段管顯示一位八段管顯示下一位4.參數計算計算脈寬:d=1/f（輸入信號頻率）*2測量脈寬：d=+數值x TC （機器周期）（is）, d （is） +1000- d （ms）四、總原理圖及硬件資源分配1 .總原理圖0 nHU0nnnn-JL FJ-B rjh JL BJL- F4L -rdLV5330*8% A,a (pO. O-pO. 789c51 P3.3 P3.2 XTAL1XTAL22 .硬件資源分配表存儲單兀、寄存器用途備注30H存放計數低8位31H存放計數高8位32H存放計數進位位33H-38Hr顯示緩沖區(qū)50H堆棧區(qū)R0存放顯示緩沖區(qū)指針R1r存放用于顯示的數碼管數

11、R2點亮數碼管的位選量R3暫存處理計數壓縮BCD碼形式的小數后百分位、 千分位R4暫存處理計數壓縮BCD碼形式的個位、小數后十 分位R5暫存處理計數壓縮BCD碼形式的百位、十位R6r用于延時程序R7用于延時程序10五、安裝與調試1 .硬件連線：單片機外部中斷1接信號發(fā)生器來引入所測量的外部脈沖，外部中斷 0接負 脈沖發(fā)生器作為單片機的中斷控制，顯示部分按照試驗箱上實驗十六(八段數碼 管的顯示)的連線連接。2 .在調試過程中遇到的問題及調試解決方法：(1)程序開始調試時總報錯，程序無法運行調試。檢查了保存情況，程序 保存后綴名正確。仔細排查后發(fā)現，在輸入程序時為了輸入注釋漢字，大部分情 況下中英

12、文輸入法混淆切換使用，使得程序中逗號分隔符有些是在中文輸入狀態(tài) 下輸入的，導致程序無法運行。修正方法：將程序中所有逗號在英文輸入狀態(tài)下 重新輸入。再次運行成功，進入正常調試。(2)在同一個外部正脈沖的情況下，多次測量卻得到不同的數值。思考后 認為問題應該出在計數算時間部分，檢查推敲計數算時間程序段，原來是計數開 始時刻選取的不對，原程序為SETB TR1JB P3.3 ,$JNB P3.3 ,$這樣的話，如果相應外部中斷的時候外部信號正好是高電平， 則定時器開始 計數，得到了不正確的計數結果，由于每次加外部中斷的時刻不同， 導致了同一 個信號測得多個數值。修改辦法：將程序調整為JB P3.3

13、,$SETB TR1JNB P3.3 ,$如此，當外部信號是高電平時等待，低電平來時等待，再次是高電平時才開 始計數，低電平時結束計數，得到了正確的計數結果。3、數碼管高位起第二位總是顯示數字 7而不是應有的結果。此處錯誤較為 隱秘，先是檢查了硬件試驗箱是否損壞， 調用了實驗數碼管顯示程序，數碼管可 以正常顯示，說明是程序錯誤；檢查了程序整個的邏輯，沒問題；應該是顯示程 序段的錯誤，但多次仔細檢查了數值轉化及顯示程序段并未發(fā)現錯誤；排除了是11邏輯錯誤，應該是非邏輯錯誤，最后查找相關資料并向老師請教， 才明白錯誤是 字型碼表放錯了位置，誤把其放在了將數值轉換成非壓縮的BCD碼的程序段前面，字型

14、碼表的第一個3FH可能是某條指令的機器碼，當程序執(zhí)行到這時，發(fā)生 了錯誤的指令執(zhí)行，導致了錯誤的顯示。修正方法：將字型碼表調整到整個程序 段的末尾或主程序開始前。再次運行得出了正確的結果。六、性能測試與分析完成調試后運行程序，在單片機外部中斷 1加外部脈沖信號，用單片機外 部中斷0控制中斷，數碼管能準確顯示外部方波信號正脈沖寬度， 根據輸入脈沖 信號的頻率，計算輸入脈沖的寬度與測量結果對照，是否符合設計要求。七、結論本系統采用單片機AT89C51為中心器件來設計脈沖寬度測量器，系統實用性 強、操作簡單、擴展性強。該系統測量 4m腔512ms的方波，共顯示6位數，精 確到0.001ms。通過該系

15、統的測量結果和理論值的對比，系統誤差小，能很好的 實現系統要求。八、設計總結經過一個學期的單片機的學習，我有機會又學到了一種新的機器語言。經過 老師詳細講解我已對單片機的各個指令功能，尋址方式，程序設計方法有了初步了解。但畢竟課本上的只是理論。這次課設我分到的任務是外部輸入正脈沖寬度 的測量，科設的題目綜合性很強，用到了外部中斷 0,定時器T1的方式1,數制 轉換，數碼管顯示等。平時學習時我們都學到了各子模塊的程序，到真正將他們綜合起來去控制實驗箱還是第一次。首先在編寫程序時我們就遇到了很大的困 難，編寫程序需要有一個冷靜的頭腦，心浮氣躁是不行的。遇到困難時更是要 心平氣和，細致思考。幸運的是

16、在我們小組激烈討論， 老師細心指導下我們順利 完成了課設。最終的程序由主程序，中斷服務子程序（啟動定時功能），顯示子程序，計數值*機器周期，數制轉換，壓縮 BCM轉換成非壓縮BCM六個模塊 組成。在對程序的宏觀理解基礎上，細微處理決定成敗。課設讓我對單片機軟件與硬件結合有了一定的了解， 也激發(fā)了我學習這門課 的熱情，同時我也認識到現在知道的單片機知識遠遠不夠，要想要將所學運用到12 實際工作中還需刻苦努力鉆研，大量實踐。在以后的學習中我一定注意這方面的 練習。本系統是以單片機89C51芯片為核心部件，通過89C51芯片內部軟件計數 來測量脈沖寬度的功能。此次在軟件上是花費時間最多的，我們上網找資料，上 圖書館，盡可能的了解有關于脈沖寬度測量這方面的知識。通過這次課程設計， 使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統的鍛煉。 使我在 單片機的基本原理、單片機應用系統結合過程，以及在常用編程設計思路技巧（特 別是匯編語言C51語言）的掌握方面都能向前邁了一大步。九、參考文獻1 .胡輝、李葉紫，單片機原理與應用，中國水利水電出版社，20072