51單片機(jī)的脈寬測量要點(diǎn)

1、北華航天工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）設(shè)計(jì)課題：單片機(jī)技術(shù)課程設(shè)計(jì)專業(yè)班級： 白動(dòng)化學(xué)生姓名：張玉帛指導(dǎo)教師：李葉紫設(shè)計(jì)時(shí)間：2010年4月25日北華航天工業(yè)學(xué)院電子工程系單片機(jī)技術(shù) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書姓 名：張玉壘專業(yè)：自動(dòng)化班級：B07221指導(dǎo)教師：李葉紫職稱：副教授課程設(shè)計(jì)題目：外部輸入正脈寬度測量已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求：技本指標(biāo)：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(shù)：6位基本要求：1 .完成單片機(jī)外部輸入正脈寬度測量的綜合設(shè)計(jì)2 .編程實(shí)現(xiàn)題目要求的基本功能，程序運(yùn)行通過3 .撰寫課程實(shí)踐報(bào)告(設(shè)計(jì)思路、實(shí)現(xiàn)方法、硬件資源分配、程

2、序流程圖、 運(yùn)行結(jié)果分析等)所需儀器設(shè)備：偉福Lab6000綜合實(shí)驗(yàn)/仿真系SWT套、微機(jī)一臺成果驗(yàn)收形式：程序上機(jī)運(yùn)行經(jīng)書文獻(xiàn):1 .胡輝、李葉紫，單片機(jī)原理與應(yīng)用，中國水利水電出版社，20072 . Lab6000綜合實(shí)驗(yàn)/仿真系統(tǒng)說明書時(shí)間 安排(1)第八周：選題、方案設(shè)計(jì)(2)第1次上機(jī)調(diào)試程序(3)第2次上機(jī)課題驗(yàn)收(4)第九周：上交實(shí)踐才給指導(dǎo)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(shè)計(jì)與論證 3三單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 41 .總程序框圖 42 . 單元電路設(shè)計(jì) 53 .單元程序模塊 74 .參數(shù)計(jì)算 9四總原理圖及硬件資源分配 10五安裝與調(diào)試11六

3、性能測試與分析12七結(jié)論 12八心得體會 12九參考文獻(xiàn) 13一、概述近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng) 傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中， 單片 機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用， 僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體 硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。工程上常需要對各種機(jī)構(gòu)工作的時(shí)間特性進(jìn)行分析測量， 如圖1給出的這種 時(shí)間特性示意圖，其中t表示時(shí)間脈沖寬度，T表示一個(gè)工作循環(huán)周期。工程實(shí) 際中，影響時(shí)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(fù) 脈沖的寬度。圖1脈沖波形本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT

4、89C51為中心器件來設(shè)計(jì)脈沖寬度測量器，系統(tǒng)實(shí)用 性強(qiáng)、操作簡單、擴(kuò)展性強(qiáng)。在現(xiàn)有的單片機(jī)仿真機(jī)系統(tǒng)上掌握相關(guān)軟硬件設(shè)計(jì) 與調(diào)試知識，根據(jù)所選擇題目，焊接好硬件電路，正確進(jìn)行元器件的測試與調(diào)試， 并在計(jì)算機(jī)上編寫匯編程序調(diào)試運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)參考選題中要求的設(shè)計(jì)。二、方案設(shè)計(jì)與論證1 .設(shè)定一個(gè)開關(guān)控制測量開始。按動(dòng)開關(guān)接外部中斷0,響應(yīng)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(shè)為定時(shí)器方式工作。并工作在門控 方式。初值TH1、TL1設(shè)為零。在待測脈沖高電平期間，T1對內(nèi)部周期脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。在待測脈沖高電平 結(jié)束時(shí)，其下降沿向P3.3發(fā)中斷，在外中斷1的中斷服務(wù)

5、程序中，讀取TH1、 TL1的計(jì)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(shí)時(shí)間為131ms因此當(dāng)測脈沖寬度超過131ms時(shí), 需要進(jìn)行進(jìn)位處理。把計(jì)4 .為防止在外部輸入正脈沖當(dāng)中啟動(dòng)計(jì)數(shù)而產(chǎn)生錯(cuò)誤測量，要在測到是低 電平之后的下一個(gè)高電平才開始啟動(dòng)定時(shí)器， 再次測到低電平時(shí)停止計(jì)數(shù)， 數(shù)結(jié)果處理后送數(shù)碼管顯示。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1.總程序框圖2.單元電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)由單片機(jī)、測量控制電路、鍵盤及顯示電路幾個(gè)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(jī)部分選用89C51作為主機(jī),同時(shí)要設(shè)計(jì)89C51單片機(jī)的

6、晶振電路和復(fù)位電路。單片機(jī)部分框圖P1 .VCCF1 .1POQP1 .2P0.1P1 .3P0.2P1 4P0.3PlP0.4Fl 何時(shí) 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(jī)部分原理圖(2)測量電路部分直接

7、利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)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(shè)置定時(shí)器1的工作方式為1, GEAES 1定時(shí)器時(shí)間初值置零開外部中斷0調(diào)顯示END(2)中斷服務(wù)子程序(啟動(dòng)定時(shí)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(guān)中斷啟動(dòng)定時(shí)器1,但不計(jì)數(shù)等待正脈沖計(jì)數(shù)沒溢出，跳轉(zhuǎn)裝入初值啟動(dòng)定時(shí)器判斷正脈沖是否結(jié)束停止計(jì)數(shù)(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(gè)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(guān)所有八段管顯示一位八段管顯示下一位4.參數(shù)計(jì)算計(jì)算脈寬:d=1/f（輸入信號頻率）*2測量脈寬：d=+數(shù)值x TC （機(jī)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(jì)數(shù)低8位31H存放計(jì)數(shù)高8位32H存放計(jì)數(shù)進(jìn)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(shù)碼管數(shù)

11、R2點(diǎn)亮數(shù)碼管的位選量R3暫存處理計(jì)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(jì)數(shù)壓縮BCD碼形式的個(gè)位、小數(shù)后十 分位R5暫存處理計(jì)數(shù)壓縮BCD碼形式的百位、十位R6r用于延時(shí)程序R7用于延時(shí)程序10五、安裝與調(diào)試1 .硬件連線：單片機(jī)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(fù) 脈沖發(fā)生器作為單片機(jī)的中斷控制，顯示部分按照試驗(yàn)箱上實(shí)驗(yàn)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(shí)總報(bào)錯(cuò)，程序無法運(yùn)行調(diào)試。檢查了保存情況，程序 保存后綴名正確。仔細(xì)排查后發(fā)現(xiàn)，在輸入程序時(shí)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(dǎo)致程序無法運(yùn)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(yùn)行成功，進(jìn)入正常調(diào)試。(2)在同一個(gè)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(rèn)為問題應(yīng)該出在計(jì)數(shù)算時(shí)間部分，檢查推敲計(jì)數(shù)算時(shí)間程序段，原來是計(jì)數(shù)開 始時(shí)刻選取的不對，原程序?yàn)镾ETB TR1JB P3.3 ,$JNB P3.3 ,$這樣的話，如果相應(yīng)外部中斷的時(shí)候外部信號正好是高電平， 則定時(shí)器開始 計(jì)數(shù)，得到了不正確的計(jì)數(shù)結(jié)果，由于每次加外部中斷的時(shí)刻不同， 導(dǎo)致了同一 個(gè)信號測得多個(gè)數(shù)值。修改辦法：將程序調(diào)整為JB P3.3

13、,$SETB TR1JNB P3.3 ,$如此，當(dāng)外部信號是高電平時(shí)等待，低電平來時(shí)等待，再次是高電平時(shí)才開 始計(jì)數(shù)，低電平時(shí)結(jié)束計(jì)數(shù)，得到了正確的計(jì)數(shù)結(jié)果。3、數(shù)碼管高位起第二位總是顯示數(shù)字 7而不是應(yīng)有的結(jié)果。此處錯(cuò)誤較為 隱秘，先是檢查了硬件試驗(yàn)箱是否損壞， 調(diào)用了實(shí)驗(yàn)數(shù)碼管顯示程序，數(shù)碼管可 以正常顯示，說明是程序錯(cuò)誤；檢查了程序整個(gè)的邏輯，沒問題；應(yīng)該是顯示程 序段的錯(cuò)誤，但多次仔細(xì)檢查了數(shù)值轉(zhuǎn)化及顯示程序段并未發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤；排除了是11邏輯錯(cuò)誤，應(yīng)該是非邏輯錯(cuò)誤，最后查找相關(guān)資料并向老師請教， 才明白錯(cuò)誤是 字型碼表放錯(cuò)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

14、碼表的第一個(gè)3FH可能是某條指令的機(jī)器碼，當(dāng)程序執(zhí)行到這時(shí)，發(fā)生 了錯(cuò)誤的指令執(zhí)行，導(dǎo)致了錯(cuò)誤的顯示。修正方法：將字型碼表調(diào)整到整個(gè)程序 段的末尾或主程序開始前。再次運(yùn)行得出了正確的結(jié)果。六、性能測試與分析完成調(diào)試后運(yùn)行程序，在單片機(jī)外部中斷 1加外部脈沖信號，用單片機(jī)外 部中斷0控制中斷，數(shù)碼管能準(zhǔn)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(jì)算輸入脈沖的寬度與測量結(jié)果對照，是否符合設(shè)計(jì)要求。七、結(jié)論本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51為中心器件來設(shè)計(jì)脈沖寬度測量器，系統(tǒng)實(shí)用性 強(qiáng)、操作簡單、擴(kuò)展性強(qiáng)。該系統(tǒng)測量 4m腔512ms的方波，共顯示6位數(shù)，精 確到0.001ms。通過該系

15、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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求。八、設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的單片機(jī)的學(xué)習(xí)，我有機(jī)會又學(xué)到了一種新的機(jī)器語言。經(jīng)過 老師詳細(xì)講解我已對單片機(jī)的各個(gè)指令功能，尋址方式，程序設(shè)計(jì)方法有了初步了解。但畢竟課本上的只是理論。這次課設(shè)我分到的任務(wù)是外部輸入正脈沖寬度 的測量，科設(shè)的題目綜合性很強(qiáng)，用到了外部中斷 0,定時(shí)器T1的方式1,數(shù)制 轉(zhuǎn)換，數(shù)碼管顯示等。平時(shí)學(xué)習(xí)時(shí)我們都學(xué)到了各子模塊的程序，到真正將他們綜合起來去控制實(shí)驗(yàn)箱還是第一次。首先在編寫程序時(shí)我們就遇到了很大的困 難，編寫程序需要有一個(gè)冷靜的頭腦，心浮氣躁是不行的。遇到困難時(shí)更是要 心平氣和，細(xì)致思考。幸運(yùn)的是

16、在我們小組激烈討論， 老師細(xì)心指導(dǎo)下我們順利 完成了課設(shè)。最終的程序由主程序，中斷服務(wù)子程序（啟動(dòng)定時(shí)功能），顯示子程序，計(jì)數(shù)值*機(jī)器周期，數(shù)制轉(zhuǎn)換，壓縮 BCM轉(zhuǎn)換成非壓縮BCM六個(gè)模塊 組成。在對程序的宏觀理解基礎(chǔ)上，細(xì)微處理決定成敗。課設(shè)讓我對單片機(jī)軟件與硬件結(jié)合有了一定的了解， 也激發(fā)了我學(xué)習(xí)這門課 的熱情，同時(shí)我也認(rèn)識到現(xiàn)在知道的單片機(jī)知識遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，要想要將所學(xué)運(yùn)用到12 實(shí)際工作中還需刻苦努力鉆研，大量實(shí)踐。在以后的學(xué)習(xí)中我一定注意這方面的 練習(xí)。本系統(tǒng)是以單片機(jī)89C51芯片為核心部件，通過89C51芯片內(nèi)部軟件計(jì)數(shù) 來測量脈沖寬度的功能。此次在軟件上是花費(fèi)時(shí)間最多的，我們上網(wǎng)找資料，上 圖書館，盡可能的了解有關(guān)于脈沖寬度測量這方面的知識。通過這次課程設(shè)計(jì)， 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(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)合過程，以及在常用編程設(shè)計(jì)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(xiàn)1 .胡輝、李葉紫，單片機(jī)原理與應(yīng)用，中國水利水電出版社，20072