單片機的脈寬測量

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： 自動化 學生姓名： 張玉壘 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(shù)和設計要求：技術指標：1測量范圍：4ms512ms2測量信號：方波3測量信號電壓：35V4顯示位數(shù)：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(xiàn)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(xiàn)方法、硬件資源

2、分配、程序流程圖、運行結(jié)果分析等）所需儀器設備：偉福Lab6000綜合實驗仿真系統(tǒng)一臺套、微機一臺成果驗收形式：程序上機運行參考文獻：1胡輝、李葉紫，單片機原理與應用，中國水利水電出版社，2007 2Lab6000綜合實驗仿真系統(tǒng)說明書時間安排（1） 第八周：選題、方案設計（2） 第1次上機調(diào)試程序（3） 第2次上機課題驗收（4） 第九周：上交實踐報告指導教師： 李葉紫 教研室主任：李葉紫 2010 年 4 月 25 日目 錄一 概 述 3二 方案設計與論證3三 單元電路設計與參數(shù)計算41. 總程序框圖42. 單元電路設計 5 3. 單元程序模塊 74. 參數(shù)計算 9四 總原理圖及硬件資源分配

3、 10五 安裝與調(diào)試 11六 性能測試與分析 12七 結(jié)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(tǒng)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(tǒng)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(jù)具體硬件結(jié)構，以及針對具體應用對象特點的軟件結(jié)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

4、脈沖波形本系統(tǒng)采用單片機AT89C51為中心器件來設計脈沖寬度測量器，系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展性強。在現(xiàn)有的單片機仿真機系統(tǒng)上掌握相關軟硬件設計與調(diào)試知識，根據(jù)所選擇題目，焊接好硬件電路，正確進行元器件的測試與調(diào)試，并在計算機上編寫匯編程序調(diào)試運行，并實現(xiàn)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(nèi)部周期脈沖進行計數(shù)。在待測脈沖高電平結(jié)束時，其下降沿向P3.3發(fā)中斷，在外中斷1

5、的中斷服務程序中，讀取TH1、TL1的計數(shù)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。4為防止在外部輸入正脈沖當中啟動計數(shù)而產(chǎn)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(shù)，把計數(shù)結(jié)果處理后送數(shù)碼管顯示。三、單元電路設計與參數(shù)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單片機的晶振電路和復位

6、電路。單片機部分框圖單片機部分原理圖（2）測量電路部分直接利用單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器實現(xiàn)頻率的測量。測量電路框圖（3）顯示部分具體電路顯示部分框圖顯示部分原理圖3單元程序模塊（1）主程序START: MOV SP ,#50H MOV TMOD ,#90H ;設置定時器1的工作方式為1，GEAE置1 MOV TH1 ,#00H MOV TL1 ,#00H ;定時器時間初值置零 MOV IE ,#81H ;開外部中斷0 CALL LED ;調(diào)顯示 LJMP START END（2）中斷服務子程序 (啟動定時功能）INT_0: CLR EX0 ;關中斷 MOV DATC ,#00H MOV TH1

7、 ,#00H MOV TL1 ,#00H SETB TR1 ;啟動定時器1，但不計數(shù) JNB P3.3,$ ;等待正脈沖CH0: JNB TF1 ,CH1 ;計數(shù)沒溢出，跳轉(zhuǎn) INC DATC CLR TF1 MOV TH1 ,#00H ;裝入初值 MOV TL1 ,#00H SETB TR1 ;啟動定時器CH1: JB P3.3 ,CH0 ;判斷正脈沖是否結(jié)束 CLR TR1 ;停止計數(shù) MOV A ,TL1 MOV DATL ,A MOV A ,TH1 MOV DATH ,A（3）顯示子程序LEDMAP:DB 3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h, 6dh, 7dh, 07h D

8、B 7fh, 6fh, 77h, 7ch, 39h, 5eh, 79h, 71hLED: MOV R0 ,#LEDBuf MOV R1 ,#6 ; 共6個八段管 MOV R2 ,#00100000b ; 從左邊開始顯示Loop: MOV DPTR ,#8002H MOV A ,#0 MOVX DPTR,A ; 關所有八段管 MOV A ,R0 MOV DPTR ,#8004H MOVX DPTR,A MOV DPTR ,#8002H MOV A ,R2 MOVX DPTR,A ; 顯示一位八段管 MOV R6 ,#1 MOV R7 ,#0L: DJNZ R7 ,L DJNZ R6 ,L MOV

9、 A ,R2 ; 顯示下一位 RR A MOV R2, A INC R0 DJNZ R1 ,Loop RET4參數(shù)計算 計算脈寬：d=1/f（輸入信號頻率）*2測量脈寬：d=計數(shù)值×TC（機器周期）（s），d（s）÷1000d（ms）四、總原理圖及硬件資源分配1總原理圖 2硬件資源分配表存儲單元、寄存器用途備注30H存放計數(shù)低8位31H存放計數(shù)高8位32H存放計數(shù)進位位33H-38H顯示緩沖區(qū)50H堆棧區(qū)R0存放顯示緩沖區(qū)指針R1存放用于顯示的數(shù)碼管數(shù)R2點亮數(shù)碼管的位選量R3暫存處理計數(shù)壓縮BCD碼形式的小數(shù)后百分位、千分位R4暫存處理計數(shù)壓縮BCD碼形式的個位、小數(shù)后十

10、分位R5暫存處理計數(shù)壓縮BCD碼形式的百位、十位R6用于延時程序R7用于延時程序五、安裝與調(diào)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(shù)碼管的顯示）的連線連接。 2在調(diào)試過程中遇到的問題及調(diào)試解決方法： （1）程序開始調(diào)試時總報錯，程序無法運行調(diào)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(xiàn)，在輸入程序時為了輸入注釋漢字，大部分情況下中英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

11、運行成功，進入正常調(diào)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(shù)值。思考后認為問題應該出在計數(shù)算時間部分，檢查推敲計數(shù)算時間程序段，原來是計數(shù)開始時刻選取的不對，原程序為SETB TR1JB P3.3 ,$ JNB P3.3 ,$這樣的話，如果相應外部中斷的時候外部信號正好是高電平，則定時器開始計數(shù)，得到了不正確的計數(shù)結(jié)果，由于每次加外部中斷的時刻不同，導致了同一個信號測得多個數(shù)值。修改辦法：將程序調(diào)整為JB P3.3 ,$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(shù)，低電平時結(jié)束計數(shù)，得到了正確的計數(shù)結(jié)果。3、

12、數(shù)碼管高位起第二位總是顯示數(shù)字7而不是應有的結(jié)果。此處錯誤較為隱秘，先是檢查了硬件試驗箱是否損壞，調(diào)用了實驗數(shù)碼管顯示程序，數(shù)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(shù)值轉(zhuǎn)化及顯示程序段并未發(fā)現(xiàn)錯誤；排除了是邏輯錯誤，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(shù)值轉(zhuǎn)換成非壓縮的BCD碼的程序段前面，字型碼表的第一個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(diào)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(jié)

13、果。六、性能測試與分析 完成調(diào)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(shù)碼管能準確顯示外部方波信號正脈沖寬度，根據(jù)輸入脈沖信號的頻率，計算輸入脈沖的寬度與測量結(jié)果對照，是否符合設計要求。七、結(jié)論 本系統(tǒng)采用單片機AT89C51為中心器件來設計脈沖寬度測量器，系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展性強。該系統(tǒng)測量4ms512ms的方波，共顯示6位數(shù)，精確到0.001ms。通過該系統(tǒng)的測量結(jié)果和理論值的對比，系統(tǒng)誤差小，能很好的實現(xiàn)系統(tǒng)要求。八、設計總結(jié)經(jīng)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(jīng)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

14、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(shù)制轉(zhuǎn)換，數(shù)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(shù)值*機器周期，數(shù)制轉(zhuǎn)換，壓縮BCD碼轉(zhuǎn)換成非壓縮BCD碼六個模塊組成。在對程序的宏

15、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(jié)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(xiàn)在知道的單片機知識遠遠不夠，要想要將所學運用到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(tǒng)是以單片機89C51芯片為核心部件，通過89C51芯片內(nèi)部軟件計數(shù)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(wǎng)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(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應用系統(tǒng)結(jié)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，2007