用单片机测量脉冲宽度和频率课设.doc

燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书摘要单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。单片机是20世纪中期发展起来的一种面向控制的大规模集成电路模块，具有功能强、体积小、可靠性高、价格低廉等特点，在工业控制、数据采集、智能仪表、机电一体化、家用电器等领域得到了广泛的应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。单片机应用的意义绝不仅限于它的广阔范围以及带来的经济效益，更重要的意义在于，单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统的设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在使用单片机通过软件就能实现了。随着单片机应用的推广普及，单片机控制技术将不断发展，日益完善。本文是设计频率/脉冲宽度的测量与显示的硬件电路与程序的编制。它可以测量脉冲信号的脉冲宽度，频率等参数。利用定时器的门控信号GATE进行控制可以实现脉冲宽度的测量。利用定时器T0定时T1计数来测量由P3.5口输入的脉冲信号的频率。在单片机应用系统中，为了便于对LED显示器进行管理，需要建立一个显示缓冲区。显示时采用动态扫描的方式将将各位数的BCD码依序输入到LED中，并连续扫描2秒钟。关键词: 门控信号GATE；脉冲宽度；扩展测量范围；脉冲频率 目录摘要3目录4第1章 设计原理51.1脉冲宽度测量原理51.2信号频率测量原理51.3扩展测量范围原理5第2章 测量系统的硬件设计6第3章 测量系统的软件设计7 3.1 脉冲宽度测量的序设计7 3.2脉冲频率测量的程序设计8第4章 总结9参考文献11附录12第1章 设计原理1.1 脉冲宽度测量利用定时器的门控信号GATE进行控制可以实现脉冲宽度的测量。对定时器T1来讲，如果GATE=0，必须使软件控制位TR1=1，且INT1为高电平方可启动定时器T1，即定时器T1的启动要受外部中断请求信号INT1的影响。利用此特点，被测脉冲信号从INT1端引入，其上升沿启动T1计数，下降沿停止T1计数。定时器的计数值乘以机器周期即为脉冲宽度。下图中给出了脉冲宽度测量的原理图。 为低时启动T1 下降沿停止计数 被检测脉冲信号 INT1 为高则等待 上升沿开始计数 图1 脉冲宽度测量过程 1.2 脉冲频率测量频率测量实际上就是在1s内对脉冲个数进行计数，计数值就是信号频率。令定时器T0工作在方式1，得到100ms的定时间隔，再进行软件计数10次，形成一个1s的测量闸门信号。在测量闸门信号期间令计数器T1工作在计数方式1，对脉冲信号的频率计数，计数值存入COUNT、COUNT+1和COUNT+2单元，计数值通过6位动态数码管显示出来。1.3 扩展测量范围原理上述系统被测脉冲宽度范围最大为65535us，扩展计数器的位数可提高脉冲宽度的测量范围。令定时器T1工作在方式1定时，GATE=1，用COUNT单元，COUNT+1单元即定时器T1的计数单元TH1和TL1组成一个32位的计数器对脉冲宽度进行测量。并且在定时器T1溢出时，给COUNT+2赋值#01H,并将THI和TH0置零，重新开始计数。以扩展系统测量范围使可以达到130ms的任务要求。同时在进行频率测量时，当计数器T1溢出时，给COUNT+2赋值#01H,并将THI和TH0置零，重新开始计数。以扩展系统测量范围使可以达到100KHZ的任务要求。 第2章 测量系统的硬件设计由于是在实验箱测试本系统，且实验箱上的芯片已经连接固定好了，不能调整，所以以LAP 2000模拟系统的逻辑波形作为输入信号。因此硬件只需选用8051芯片以及六位LED数码管。在单片机应用系统中，为了便于对LED显示器进行管理，需要建立一个显示缓冲区。显示缓冲区DISBUF是片内RAM的一个区域，占用片内RAM的70H至75H单元，它的作用是存放要显示的字符，其长度与LED的位数相同。显示程序的任务是把显示缓冲区中待显示的字符送往LED显示器显示。 地址 70H 06H 最低位 71H 05H 72H 04H 73H 03H 74H02H 最高位 75H 01H图2 显示程序缓冲区 在进行动态扫描显示时，从DISBUF中依次取出待显示的字符，采用查表的方法得到其对应的字形代码，逐个点亮各位数码管，每位显示2ms左右，即可使各位数码管显示要显示的字符。其中位码地址为8002H，段码地址为8004H。在多位LED显示时，为了简化硬件电路，通常将所有位的段选线相应地并联在一起，由一个8位I/O口控制，形成段选线的多路复用。而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O线控制，实现各位的分时选通。图3 硬件电路实际连线图 第3章 测量系统的软件设计3.1 脉冲宽度测量的程序设计利用定时器的门控信号GATE进行控制可以实现脉冲宽度的测量。将控制字#90H输入到TMOD中，GATE位置1，采用T1工作在方式定时1。当输入为高时先等待，在变为低电平时置位TR0,则输入信号再变为高时开始计数。以此实现T1对INT1引脚即P3.5口输入的信号进行脉冲宽度测量。 主程序初始化 Y 输入为高？启动T0 N Y 输入为低？开始计数 NY 输入为高？ N 停止T0计数显示测量值 图4 测量脉冲宽度的程序设计3.2 脉冲频率测量的程序设计采用定时器T0定时，T1计数对输入信号的频率进行测量。T0工作在定时方式1，定时100ms，定时10次，达到定时1s的目的。T1工作在计数方式1对P3.5口输入信号的频率计数。并且开放T1的中断，TI溢出时，在COUNT+2位赋值1，实现测量范围的扩展，以达到设计任务的要求。主程序初始化T0溢出中断十次定时1S启动T0、T1给COUNT+2赋值1，重置T1T1溢出N显示测量值时间到1s Y图5 测量脉冲频率的程序设计第4章 总结 本文介绍了单片机测量脉冲频率和脉冲宽度系统的设计，包括原理的阐述、硬件及软件的构成 。通过这次单片机课程设计，使我将课堂上弄不懂的抽象的程序有了感性的认识，也使我加深了对单片机程序的理解，更重要的所讲的知识与具体的实际中应用的程序连接起来提高了我的动手与思考能力。单片机设计总的来讲说对我们这些没经历过实践检验的学生来说是很有挑战的，因为他不同于课堂，在编程序的过程中遇到了很多课堂上没理解的知识，通过大量书籍的查阅以及老师同学们的帮助，这些问题都解决了。单片机设计总的来讲说对我们这些没经历过实践检验的学生来说是很有挑战的，因为他不同于课堂，。通过这次课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统结合过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言C51语言）的掌握方面都能向前迈了一大步。参考文献1.单片微型计算机接口技术及应用 张淑清 著，国防工业出版社2.单片机原理及应用技术 张淑清 著，国防工业出版社3单片机典型系统设计实例精讲 彭为.黄科中.雷道仲 著，电子工业出版社4.MCS-51单片机应用开发实用子程序 边春远.王志强著，人民邮电出版社5.单片机原理，应用与PROTEUS仿真 张靖武.田灵彬著，电子工业出版社附录ORG 0000HLJMP STARTORG 000BHLJMP T0INTORG 001BHLJMP T1INTORG 0040HCOUNT EQU 40H ORG 0070HDISBUF EQU 70HSTART: MOV SP , #40H MOV TMOD , #90HAGAIN: MOV TH1 , #00H MOV TL1 , #00HWAIT0: JB P3.3 , WAIT0 SETB TR1WAIT1: JNB P3.3 , WAIT1WAIT2: JB P3.3 , WAIT2 CLR TR1 MOV A , TH1 MOV COUNT , A MOV A , TL1 MOV COUNT+1 , A MOV R6 , COUNT MOV R7 , COUNT+1 MOV A , R7 RLC A MOV R7 , A MOV A , R6 RLC A MOV R6 , A CLR A ADDC A , #00H MOV COUNT+2, ALCALL WDISBUFLCALL DISPLAYLJMP AGAIN1T0INT: PUSH A MOV TH0 , #3CH MOV TL0 , #0B0H INC COUNT+3 MOV A , COUNT+3 CLR C SUBB A , #0AH JC EXIT2 SETB F0 CLR EA POP AEXIT2: RETIT1INT: CLR TF1 MOV COUNT+2, #01H MOV TH1 , #00H MOV TL1 , #00H SETB TR1 RETIWDISBUF: CLR A MOV R3 , A MOV R4 , A MOV R5 , A MOV R2 , #18HHB1: MOV R6 , COUNT MOV R7 , COUNT+1 MOV R1 , COUNT+2HB2: CLR C MOV A , R7 RLC A MOV R7 , A MOV A , R6 RLC A MOV R6 , A MOV A , R1 RLC A MOV R1 , A MOV A , R5 ADDC A , R5 DA A MOV R5 , A MOV A , R4 ADDC A , R4 DA A MOV R4 , A MOV A , R3 ADDC A , R3 DA A MOV R3 , A DJNZ R2 , HB2 MOV R0 , #DISBUF+5 MOV A , R3 SWAP A ANL A , #0FH MOV R0 , A DEC R0 MOV A , R3 ANL A , #0FH MOV R0 , A DEC R0 MOV A , R4 SWAP A ANL A , #0FH MOV R0 , A DEC R0 MOV A , R4 ANL A , #0FH MOV R0 , A DEC R0 MOV A , R5 SWAP A ANL A , #0FH MOV R0 , A DEC R0 MOV A , R5 ANL A , #0FH MOV R0 , A RETDISPLAY: MOV R2 , #0FFHDISPLAY1: MOV R3 , #06H MOV R0 , #70H MOV R1 , #00000001BNEXT: MOV A , R1 MOV DPTR, #8002H MOVX DPTR, A MOV DPTR , #TAB MOV A , R0 MOVC A , A+DPTR MOV DPTR , #8004H MOVX DPTR, A LCALL DELAY DEC R3 MOV A , R3 JZ EXIT1 INC R0 MOV A , R1 RL A MOV R1 , A SJMP NEXTEXIT1: DEC R2 MOV A , R2 JNZ DISPLAY1 RETTAB: DB 3FH , 06H , 5BH , 4FH , 66H , 6DH , 7DH , 07H , 7FH, 6FHDELAY: MOV R7 , #02H ;DEL1: MOV R6 , #0FFHDEL2: DJNZ R6 , DEL2 DJNZ R7 , DEL1RETAGAIN1: MOV COUNT , #00H MOV COUNT+1 , #00H MOV COUNT+2 , #00H MOV COUNT+3 , #0AH