51单片机的脉宽测量

1、北华航天工业学院课程设计报告（论文）设计课题：单片机技术课程设计专业班级：自动化学生姓名：张玉垒指导教师：李叶紫设计时间：2010 年 4 月 25北华航天工业学院电子工程系单片机技术 课程设计任务书姓名：张玉垒专业：自动化班级：B07221指导教师：李叶紫职称：副教授课程设计题目：外部输入正脉宽度测量已知技术参数和设计要求：技术指标：1. 测量范围：4ms- 512ms2 测量信号：方波3.测量信号电压：35V4 .显示位数：6位基本要求：1 .完成单片机外部输入正脉宽度测量的综合设计2. 编程实现题目要求的基本功能，程序运行通过3. 撰写课程实践报告(设计思路、实现方法、硬件资源分配、程序

2、流程图、 运行结果分析等)所需仪器设备：伟福Lab6000综合实验/仿真系统一台套、微机一台成果验收形式：程序上机运行参考文献：1. 胡辉、李叶紫，单片机原理与应用，中国水利水电出版社，20072. Lab6000综合实验/仿真系统说明书时间 安排(1) 第八周：选题、方案设计(2) 第1次上机调试程序(3) 第2次上机课题验收(4) 第九周：上交实践报告指导教师：李叶紫教研室主任：李叶紫2010年4月25日一概 述 3二方案设计与论证 3三单元电路设计与参数计算 41. 总程序框图 42. 单元电路设计 53. 单元程序模块 74. 参数计算 9四总原理图及硬件资源分配 10五安装与调试11

3、六性能测试与分析 12七结论 12八心得体会 12九参考文献 13一、概述近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动 传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中， 单片 机往往是作为一个核心部件来使用， 仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体 硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。工程上常需要对各种机构工作的时间特性进行分析测量， 如图1给出的这种 时间特性示意图，其中t表示时间脉冲宽度，T表示一个工作循环周期。工程实 际中，影响时间特性的因素很多，因而工程中常需测量这种脉冲序列正脉冲或负 脉冲的宽度。图1脉冲波形本系统采用单片机

4、AT89C51为中心器件来设计脉冲宽度测量器，系统实用 性强、操作简单、扩展性强。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，根据所选择题目，焊接好硬件电路，正确进行元器件的测试与调试， 并在计算机上编写汇编程序调试运行，并实现参考选题中要求的设计。二、方案设计与论证1. 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。2. 将脉冲信号从P3.3脚引入。将T1设为定时器方式工作。并工作在门控 方式。初值TH1、TL1设为零。在待测脉冲高电平期间，T1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P3.3发中断，在外中断1的中

5、断服务程序中，读取TH1、 TL1的计数值，该值就是待测脉冲的脉宽。随后清零TH1和TL1，以便下一脉宽的测量。3由于T1方式1最大定时时间为131ms因此当测脉冲宽度超过131ms时, 需要进行进位处理把计4为防止在外部输入正脉冲当中启动计数而产生错误测量，要在测到是低 电平之后的下一个高电平才开始启动定时器， 再次测到低电平时停止计数， 数结果处理后送数码管显示。三、单元电路设计与参数计算1.总程序框图2 单元电路设计本设计由单片机、测量控制电路、用的电路形式及主要器件确定如下：(1)单片机部分选用89C51作为主机,同时要设计*11 ” 11 t*Wt4键盘及显示电路几个组成部分，各部分

6、采89C51单片机的晶振电路和复位电路启动计数辭】单片机部分框图VCCVCC sC ap FqH皿两n vcc口丄XC52 7 pF10 TTH T I11Pl .VCCPl .1PO.OPl 2P0.1Pl .3P0.2Pl 4P0.3Pl .5(MOSI)P0.4Pl .S(M1SQ JPO,5Pl .7(3 CK)P0.6RS TP0.7P3 .0/RXDEAVppP3.1/TKD ALE/PROGP3.2/INTOPS EMP3 .3/IN T1P2.7P3.JI/T0P2.fiP3 .5/T1P2.5 IP3 .6/WRP2.4P 3 ,7/R.DP2.3 |XTAL2P2.2ZTA

7、L1P2.1GHDP2.0U 1AT89C512K单片机部分原理图(2)测量电路部分直接利用单片机内部的定时/计数器实现频率的测量。(3)显示部分具体电路显示部分框图数据总线段码输出(Ox004H)位选通信号(Ox002H)显示部分原理图START: MOV SP ,#50HMOVTMOD ,#90H:设置定时器1的工作方式为1, GEAE置 1MOVTH1 ,#00HMOVTL1 ,#00H ;定时器时间初值置零MOVIE ,#81H ;开外部中断 0CALLLED ;调显示LJMPSTARTEND（2）中断服务子程序（ 启动定时功能）3单元程序模块（1）主程序关中断INT_0: CLR E

8、X0MOV DATC ,#00HMOV 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启动定时器 1，但不计数等待正脉冲 计数没溢出，跳转装入初值启动定时器判断正脉冲是否结束停止计数3）显示子程序LEDMAP:DB 3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h, 6dh, 7dh,

9、07h DB 7fh, 6fh, 77h, 7ch, 39h, 5eh, 79h, 71hMOV A ,#0 MOVX DPTR,AMOV A ,R0MOV DPTR ,#8004H MOVX DPTR,AMOV DPTR ,#8002HMOV A ,R2 MOVX DPTR,AMOV R6 ,#1MOV R7 ,#0L: DJNZ R7 ,LDJNZ R6 ,LMOV A ,R2RR AMOV R2, AINC R0DJNZ R1 ,LoopRET关所有八段管显示一位八段管显示下一位LED: MOV R0 ,#LEDBufMOV R1 ,#6 ;共 6 个八段管MOV R2 ,#001000

10、00b ;从左边开始显示Loop: MOV DPTR ,#8002H4参数计算计算脉宽：d=1/f （输入信号频率） *2测量脉宽：d=计数值x TC （机器周期）（卩s）, d （卩s）- 1000- d （ms）四、总原理图及硬件资源分配1总原理图rJ_B rjh JL BJL- r4L - V50 nHU 0330*874LS07AAAAAApO. O-pO. 789c51P3.3 P3.2 XTAL1 XTAL22 硬件资源分配表存储单兀、寄存器用途备注30H:存放计数低8位31H存放计数咼8位32H存放计数进位位33H-38H显示缓冲区50H堆栈区R0存放显示缓冲区指针R1:存放用于

11、显示的数码管数R2点亮数码管的位选量R3暂存处理计数压缩BCD码形式的小数后百分位、 千分位R4暂存处理计数压缩BCD码形式的个位、小数后十 分位R5暂存处理计数压缩BCD码形式的百位、十位R6:用于延时程序R7用于延时程序五、安装与调试1硬件连线：单片机外部中断 1 接信号发生器来引入所测量的外部脉冲，外部中断 0 接负 脉冲发生器作为单片机的中断控制， 显示部分按照试验箱上实验十六 （八段数码 管的显示）的连线连接。2 在调试过程中遇到的问题及调试解决方法： （1）程序开始调试时总报错，程序无法运行调试。检查了保存情况，程序 保存后缀名正确。 仔细排查后发现， 在输入程序时为了输入注释汉字

12、， 大部分情 况下中英文输入法混淆切换使用， 使得程序中逗号分隔符有些是在中文输入状态 下输入的，导致程序无法运行。 修正方法： 将程序中所有逗号在英文输入状态下 重新输入。再次运行成功，进入正常调试。（2）在同一个外部正脉冲的情况下，多次测量却得到不同的数值。思考后 认为问题应该出在计数算时间部分， 检查推敲计数算时间程序段， 原来是计数开 始时刻选取的不对，原程序为SETB TR1JB P3.3 ,$JNB P3.3 ,$这样的话，如果相应外部中断的时候外部信号正好是高电平， 则定时器开始 计数，得到了不正确的计数结果， 由于每次加外部中断的时刻不同， 导致了同一 个信号测得多个数值。修改

13、办法：将程序调整为JB P3.3 ,$SETB TR1JNB P3.3 ,$如此，当外部信号是高电平时等待， 低电平来时等待， 再次是高电平时才开 始计数，低电平时结束计数，得到了正确的计数结果。3、数码管高位起第二位总是显示数字 7 而不是应有的结果。 此处错误较为 隐秘，先是检查了硬件试验箱是否损坏， 调用了实验数码管显示程序， 数码管可 以正常显示，说明是程序错误；检查了程序整个的逻辑，没问题；应该是显示程 序段的错误， 但多次仔细检查了数值转化及显示程序段并未发现错误； 排除了是逻辑错误， 应该是非逻辑错误， 最后查找相关资料并向老师请教， 才明白错误是 字型码表放错了位置，误把其放在

14、了将数值转换成非压缩的BCD码的程序段前面，字型码表的第一个3FH可能是某条指令的机器码，当程序执行到这时，发生 了错误的指令执行， 导致了错误的显示。 修正方法： 将字型码表调整到整个程序 段的末尾或主程序开始前。再次运行得出了正确的结果。六、性能测试与分析完成调试后运行程序，在单片机外部中断 1 加外部脉冲信号，用单片机外 部中断 0 控制中断，数码管能准确显示外部方波信号正脉冲宽度， 根据输入脉冲 信号的频率，计算输入脉冲的宽度与测量结果对照，是否符合设计要求。七、结论本系统采用单片机AT89C51为中心器件来设计脉冲宽度测量器，系统实用性 强、操作简单、扩展性强。该系统测量 4ms-

15、512ms的方波，共显示6位数，精 确到0.001ms。通过该系统的测量结果和理论值的对比，系统误差小，能很好的 实现系统要求。八、设计总结经过一个学期的单片机的学习， 我有机会又学到了一种新的机器语言。 经过 老师详细讲解我已对单片机的各个指令功能， 寻址方式， 程序设计方法有了初步 了解。但毕竟课本上的只是理论。 这次课设我分到的任务是外部输入正脉冲宽度 的测量，科设的题目综合性很强，用到了外部中断 0，定时器 T1 的方式 1，数制 转换，数码管显示等。 平时学习时我们都学到了各子模块的程序， 到真正将他们 综合起来去控制实验箱还是第一次。首先在编写程序时我们就遇到了很大的困 难， 编写

16、程序需要有一个冷静的头脑，心浮气躁是不行的。遇到困难时更是要 心平气和， 细致思考。 幸运的是在我们小组激烈讨论， 老师细心指导下我们顺利 完成了课设。最终的程序由主程序，中断服务子程序 （ 启动定时功能 ），显示子 程序，计数值*机器周期，数制转换，压缩 BCD码转换成非压缩BCD码六个模块 组成。在对程序的宏观理解基础上，细微处理决定成败。课设让我对单片机软件与硬件结合有了一定的了解， 也激发了我学习这门课 的热情，同时我也认识到现在知道的单片机知识远远不够， 要想要将所学运用到 实际工作中还需刻苦努力钻研， 大量实践。 在以后的学习中我一定注意这方面的 练习。本系统是以单片机 89C51 芯片为核心部件，通过 89C51 芯片内部软件计数 来测量脉冲宽度的功能。 此次在软件上是花费时间最多的， 我们上网找资料， 上 图书馆，尽可能的了解有关于脉冲宽度测量这方面的知识。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。九、参考文献1胡辉、李叶紫，单片机原理与应用，中国水利水电出版社