基于单片机脉宽频率测量.doc

燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：该生学习态度 （认真 较认真 不认真） 该生迟到、早退现象 （有 无）该生依赖他人进行设计情况 （有 无）平时成绩： 指导教师签字： 2011 年 6 月 26 日图面及其它成绩：答辩小组评语：设计巧妙，实现设计要求，并有所创新。 设计合理，实现设计要求。 实现了大部分设计要求。 没有完成设计要求，或者只实现了一小部分的设计要求。 答辩成绩： 组长签字： 2011 年 7 月 2 日课程设计综合成绩：答辩小组成员签字： 2011年 7 月 2 日燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书摘要数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，频率范围宽，稳定性好的特点，可应广泛用于各种测试场所。随着电子信息产业的不断发展，信号频率和脉冲宽度的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。本文从频率计的原理出发，介绍了基于单片机的数字频率计的设计方案，选择了实现系统得各种电路元器件，并对硬件电路进行了仿真。关键词：单片机；门控信号GATE；数字频率计；脉冲宽度；仿真目录第1章 引言6第2章 设计方案及基本原理62.1 脉冲宽度测量62.2 扩展测量范围72.3脉冲频率测量7第3章 硬件设计83.1 80C51单片机内部引脚83.2 LED数码管结构及连线93.3 硬件电路连接10第4章 软件设计104.1 脉冲宽度测量的程序设计104.2 脉冲频率测量的程序设计114.3 LED显示模块设计12心得体会13参考文献13附录1 汇编源程序代码14附录2 原理硬件电路图17第一章 引言随着电子信息产业的发展，信号作为其最基础的元素，其频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要，而且需要测频的范围也越来越宽。传统的频率计通常采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量范围低，精度低。因此，随着对频率测量的要求的提高，传统的测频的方法在实际应用中已不能满足要求。因此我们需要寻找一种新的测频的方法。随着单片机技术的发展和成熟，用单片机来做为一个电路系统的控制电路逐渐显示出其无与伦比的优越性。因此本论文采用单片机来做为电路的控制系统，设计一个能测量高频率的数字频率计。用单片机来做控制电路的数字频率计测量频率精度高，测量频率的范围得到很大的提高。本课程设计的任务是设计一个基于单片机技术的数字频率计。主要介绍了整形电路、控制电路和显示电路的构成原理，以及其测频的基本方法。进行了相应的硬软件设计。第二章 设计方案及基本原理2.1 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。设定一个开关控制测量开始。按动开关接外部中断0，响应1次外部中断。在中断程序中测量脉宽。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2.1 脉冲宽度测量过程 2.2 扩展测量范围 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。 2.3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。利用图1给出的电路可以实现脉冲信号的频率测量。令定时器T0工作在方式1，得到50ms的定时间隔，再进行软件计数20次，形成一个1s的测量闸门信号，在测量闸门信号期间响应INT0中断，对脉冲信号的频率计数，计数值存入COUNT和COUNT+1单元，计数值通过6位动态数码管显示出来。第三章 硬件设计3.1 80C51单片机内部引脚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。MCS51系列单片机，其结构及内部引脚图如下图3.1 MCS51单片机内部引脚结构图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数码管显示。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。 地址 70H 06H 最低位 71H 05H 72H 04H 73H 03H 74H02H 最高位 75H 01H图3.2 显示程序缓冲区示意图 3.2 LED数码管结构及连线图3.3 LED数码管外部接线用6位LED数码管动态显示测量值。动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为动态扫描。由P0端口送字形代码；各位LED显示器的位选线（COM端）由P1端口控制。采用共阴极LED，75452反相器驱动相应的LED位发光。3.3 硬件电路连接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。硬件电路实际连线图如下： 图3.4 硬件电路实际连线图第四章 软件设计4.1 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。流程图如下 图4.1 测量脉冲宽度的程序流程图4.2 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。 图4.2测量频率的程序流程图4.3 LED显示模块设计 对所测数据采用移位显示，由6位LED数码管依次点亮显示出来，流程图如下： 图4.3 LED显示流程图心得体会通过一个星期的单片机课程设计，我对教材中所学知识有了更深的理解和认识，教材中的基本程序和基本原理对我的设计起到了很好的指导作用，同时了解了绘图软件和仿真软件Proteus，并能熟练运用其基本功能。我觉得近一周的课程设计对我来说，它不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，更重要的是同学间的团结，课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到毕业以后从学校到踏上社会的一个过程。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。这也让我对以前的内容有了更加综合的掌握。由于首次进行应用单片机的设计，很多知识还未做到灵活运用的程度，如果以后有机会，我会继续锻炼自己的能力。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1汇编源程序代码 第 16 页 共 16 页ORG 0000HLJMP startORG 000BH LJMP T0INTORG 001BHLJMP T1INTORG 0040HCOUNT EQU 40H ORG 0070HDISBUF EQU 70HSTART: MOV SP , #40H;主程序 MOV TMOD , #90H AGAIN: MOV TH1 , #00H MOV TL1 , #00HWAIT0: JB P3.3 , WAIT0 SETB TR1 WAIT1: JNB P3.3 , WAIT1 WAIT2: 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, A CLR C MOV A , R7 RLC A MOV R7 , A MOV A , R6 RLC A MOV R6 , A MOV A , COUNT+2 RLC A MOV COUNT+2, A LCALL WDISBUF LCALL DISPLAY LJMP AGAIN1T1INT: 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+2 HB2: 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 RET TAB: 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 MOV TMOD , #51H MOV TH0 , #3CH MOV TL0 , #0B0H MOV TH1 , #00H MOV TL1 , #00H SETB TR0 S