基于单片机的脉冲宽度测量

山东科技大学电工电子实验教学中心山东科技大学电工电子实验教学中心 创新性实验研究报告创新性实验研究报告 课程名称：课程名称：单片机原理及应用 实验项目名称实验项目名称 脉冲宽度测量脉冲宽度测量 姓名 学号 _ 专 业 _ 班级 _ 指导教师及职称 _ 开课学期 2011 至 2012 学年 第一 学期 提交时间 2012 年 1 月 3 日 一、实验摘要一、实验摘要 通过采用 STC89C52RC 单片机为中心器件来设计脉冲宽度测量器，并运用 MCS51/52 单片机计数 功能，选择好工作模式，对脉宽进行计数。在现有的单片机仿真机系统上掌握相关软硬件设计与调 试知识，并在计算机上编写汇编程序调试运行。 二、实验目的二、实验目的 （1）基于 STC89C52RC 单片机测量脉冲宽度； （2）研究分别使用定时计数器 0，1 的 GATE 模式和定时计数器 2 的捕捉功能完成外部 脉冲宽度测量； （3）通过 6 位 LED 显示计数值，时间精确到 0.1 秒。并熟悉了解试验箱的应用，提高动手能力。 三、实验场地及仪器、设备和材料：三、实验场地及仪器、设备和材料： 实验场地：J11#324 设备：PC 机一台 STC89C52RC 单片机试验箱一台 教材：1. MCS51/52 单片机原理与实践 公茂法 黄鹤松等编著 北京航空航天大学出版 2. 单片机原理及应用 张毅刚主编 高等教育出版社 3. 其它相关的参考资料及实验教材 四、实验内容四、实验内容 1、实验原理 （1）T0T0 工作方式工作方式 通过设置 TMOD，使其为定时器模式。在做定时器使用时，将 T0 定时为 0.001S。 当 GATE=1 时，为门控方式。只有 TR0 设置为 1，且同时外部中断引脚也为高电平时，才能启动 T0 开始计数工作。 把脉冲信号从 P3.2 脚引入，T0 设为定时器方式工作，并工作在门控方式（GATE=1） 。在待测信号 高电平期间，T0 对内部周期脉冲进行计数。在待测脉冲高电平结束时，其下降沿向 P3.2 发中断，在 外部中断 0 的中断服务程序中，读取 TH0、TL0 的计数值，该值就是待测脉冲的脉宽。随后，清零 TH0 和 TL0，以便下一个脉宽的测量。 计算方法计算方法：脉冲宽度=计数值*0.01s,将脉冲宽度的数值转换为压缩 BCD 码，再将压缩 BCD 码转换 为非压缩 BCD 码用于显示，最后调用显示程序，读取脉冲宽度。 系统原理框图系统原理框图 （2）T2T2 捕捉工作方式捕捉工作方式 使用 T2 的捕捉方式，TH2、TL2 的初值设为 0，待测信号从 T2EX(P1.1)引入，采用定时器 T0 定 时 0.001s,刚开始待测信号为高电平或低电平时等待，再次检测为高电平时 T2 开始计数，定时器 T0 每 定时 0.001s,通过串口 P1.0 的开关状态使 T2 的计数值增一并将计数值存入 RCAP2H 和 RCAP2L 两个 寄存器中。 计算方法：计算方法：脉冲宽度=计数值*0.001s，再将得到的表示脉冲宽度的十六进制转换为压缩 BCD 码， 再将压缩 BCD 码转换为非压缩 BCD 码用来显示，读取 LED 上显示的数据即为要测量的脉冲宽度。 2、实验内容 计数 被检测脉冲信号 为高则开始计数 为低时停止计数 T0：把脉冲信号从 P3.2 脚引入，T0 设为定时器方式工作，并工作在门控方式（GATE=1） 。在待 测信号高电平期间，T0 对内部周期脉冲进行计数。在待测脉冲高电平结束时，其下降沿向 P3.2 发中 断，在外部中断 0 的中断服务程序中，读取 TH0、TL0 的计数值，计算出所测。随后，清零 TH0 和 TL0，以便下一个脉宽的测量。显示：将数码管的段控信号与 P 口与六位 LED 数码管相连。 T2：使用 T2 捕捉方式时将脉冲信号加到 P1.1 引脚，并且同时开通 T0 定时器，将数码管的段控 信号与 P0 口与六位 LED 数码管相连，将位控信号 P2 与键盘相连。 89C51 单片机控制器 6 位数码管显 示 7407 列驱动 信号源 振荡电路 2 六位数码管显示数码管接线图六位数码管显示数码管接线图 串行显示/串行输入输出 A 1 B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 CLK 8 MR 9 U374HC 164 A 1 B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 CLK 8 MR 9 U474HC 164 A 1 B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 CLK 8 MR 9 U574HC 164 A 1 B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 CLK 8 MR 9 U674HC 164 9 10 7 6 5 4 2 1 g f a b dp c d e g f a b dp c d e g f a b dp c d e VCCVCCVCCVCC 3 8 COM COM COM Vin 3 ADJ 1 +Vout 2 LM 317T 1K 390 C1 104 VCC A 1 B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 CLK 8 MR 9 U574HC 164 A 1 B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 CLK 8 MR 9 U674HC 164 g f a b dp c d e g f a b dp c d e VCCVCC COM COM CLK DATA 共阳 1 2 3 J0 共阳共阳 7 7 段段 LEDLED 显示器显示原理：显示器显示原理： 引脚 数字显示 gfabedch 数码显示 001111110C0H 100010010F9H 210111100A4H 310110110B0H 41101001099H 51110011092H 61110111082H 700110010F8H 81111111080H 91111011090H 采用共阳 7 段 LED 数码管显示器，P 口引入脉冲信号，P2.0 至 p2.3 口作为列扫描输出，P0 口输出 段码数据，采用 12Mhz 晶振，可提高计数的精确度。 3、实验步骤 以流程图的方式表现实验步骤： T0 门控方式的程序流程图门控方式的程序流程图 开始 设定工作方式，TH0，TL0 赋值 脉冲是否为高电 平？ 开定时器 T0 的中断 检测脉冲是否 为低电平？ 进入 T0 的中断，并将计数值清 零 进入定时器 T0 中断服务程序，并将 定时溢出值存入两个存储单元 调用压缩 BCD 码转换程序 然后 调用非压缩 BCD 码转换程序 调用显示程序 结束 否 是 否 是 4 T2 捕捉方式程序流程图捕捉方式程序流程图 开始 设定工作方式，并对 TH0、TL0、TH2、TL2 赋值 脉冲是否为低电 平？ 开启定时器 T0 检测脉冲是否 为高电平？ 进入 T0 的中断，记录定时次数， T2 将数记下 关闭 T0 中断服务程序，并将所计数 值存入 RCAP2H、RCAP2L 存储单 元 调用压缩 BCD 码转换程序 然后 调用非压缩 BCD 码转换程序 调用显示程序 结束 是 否 是 否 五、实验结果与分析五、实验结果与分析 1、实验现象、数据记录 按照流程图所示，按动脉冲按钮，可以看到，显示屏显示出所测脉冲的宽度。再次按动，可以清 楚地观察到所示的示数变化。每次显示的示数，都根据所按按钮的时间长短，即高电平的脉宽长度。 第一张图为 T0 工作方式，第二张图为 T2 捕捉方式。 6 2、对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论： 通过对 T0、T2 不同方式的实验观察，两种实验方式都可以达到计数脉宽的长度的要求，两者各 有自己的优势。 实验数据均可以达到所要求的：6 位 LED 显示计数值，时间精确到 0.1 秒 做实验时遇到很多问题，比如数码管显示不出数值（P 口位置插错） ，小数点显示错位（没有在程 序中编对位置） ，显示只显示第一次多出数值（调用程序返回时出错）等问题。 3、关键点： 在试验箱硬件连接正确的情况下，程序一定要正确，因为所出的问题，大部分都来源于程序出了 问题。 所以这次实验要求我们，要明白试验的原理是什么，如何构思。了解 T0、T2 工作时的差别在哪， 这样可以方便的结合另一个改动程序。 六、实验结论六、实验结论 通过这次试验，让我明白了 T0、T2 两种工作方式下如何测量脉宽长度，通过什么原理方式计算 出数值。并提高了自己的动手能力，让自己对单片机的了解，有提升了一个档次。 七、指导老师评语及得分：七、指导老师评语及得分： 签名： 年 月 日 附件：源程序等。 T0 门控方式： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP T0_INT ORG 0030H MAIN: MOV TMOD,#09H MOV TL0,#0FCH MOV TH0,#17H MOV R4,#00H MOV R3,#00H JB P3.2,$ SETB ET0 SETB EA IOC: SETB TR0 JNB P3.2,$ MOV R3,#00H MOV R4,#00H JB P3.2,$ CLR TR0 MOV 34H,R4 MOV 35H,R3 LCALL BCD LCALL UBCD DIS: LCALL DISP JB P3.2,IOC SJMP DIS T0_INT:INC R3 CJNE R3,#00H,NEXT INC R4 NEXT: MOV TH0,#0FCH MOV TL0,#17H RETI BCD: MOV R7,#16 CLR A MOV 47h,A MOV 46h,A MOV 45h,A BCD1:CLR C MOV A,35H RLC A MOV 35H,A MOV A,34H RLC A MOV 34H,A MOV A,47H ADDC A,47H DA A MOV 47H,A MOV A,46H ADDC A,46H DA A MOV 46H,A MOV A,45H ADDC A,45H DA A MOV 45H,A DJNZ R7,BCD1 RET UBCD:MOV A,45H ANL A,#0F0H SWAP A MOV 50H,A MOV A,45H ANL A,#0FH MOV 51H,A MOV A,46H ANL A,#0F0H SWAP A MOV 52H,A MOV A,46H ANL A,#0FH MOV 53H,A MOV A,47H ANL A,#0F0H SWAP A MOV 54H,A MOV A,47H ANL A,#0FH MOV 55H,A RET DISP:MOV R0,#55H MOV R2,#20H MOV A,#0FFH 8 MOV P0,A ACALL DIP MOV R0,#54H MOV R2,#10H ACALL DIP MOV R0,#53H MOV R2,#08H ACALL DIP MOV R0,#52H MOV R2,#04H MOV A,R2 MOV P2,A MOV A,R0 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR ANL A,#7FH MOV P0,A ACALL DELAY MOV R0,#51H MOV R2,#02H ACALL DIP MOV R0,#50H MOV R2,#01H ACALL DIP RET DIP:MOV A,R2 MOV P2,A MOV A,R0 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV P0,A ACALL DELAY RET DELAY: MOV R5,#9FH DJNZ R5,$ RET TABLE:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,8 0H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH END T2 捕捉方式： T2CON EQU 0C8H TH2 EQU 0CDH TL2 EQU 0CCH RCAP2H EQU 0CBH RCAP2L EQU 0CAH TR2 BIT 0CAH ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP T0_INT ORG 0030H MAIN: MOV TMOD, #01H MOV T2CON,#0FH JB P1.1,$ STR: MOV TL0, #17H MOV TH0, #0FCH MOV TH2, #00 MOV TL2 ,#00 MOV 50H,#00H MOV 51H,50H CLR P1.0 SETB EA SETB ET0 JNB P1.1, $ SETB TR0 SETB TR2 JB P1.1, $ CLR TR0 MOV 50H,RCAP2L MOV 51H,RCAP2H LCALL ZHUANHUAN LOOP1: LCALL DISP JB P1.1,STR AJMP LOOP1 T0_INT: MOV TL0, #17H MOV TH0, #0FCH SETB P1.0 NOP NOP CLR P1.0 RETI ZHUANHUAN: CLR A MOV 38H,51H MOV 37H,50H MOV 34H,#0 MOV 35H,#0 MOV 36H,#0 MOV R7,#16 LOOP2: CLR C MOV A,37H RLC A MOV 37H ,A MOV A,38H RLC A MOV 38H ,A MOV A,36H ADDC A,36H DA A MOV 36H,A MOV A,35H ADDC A,35H DA