单片机技术课程设计外部输入正脉宽度测量

1、仅用于学习和交流北 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： 指导教师： 设计时间： 2010年4月25日 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：4ms512ms2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

2、分配、程序流程图、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，2007 2lab6000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 日目 录一 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 5 3. 单元程序模块 74. 参数计算 9四 总原理图及硬件资源分配

3、 10五 安装与调试 11六 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

4、脉冲波形本系统采用单片机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。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

5、的中断服务程序中，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。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，把计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、键盘及显示电路几个组成部分，各部分采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89c51单片机的晶振电路和复位

6、电路。单片机部分框图单片机部分原理图（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。测量电路框图（3）显示部分具体电路显示部分框图显示部分原理图3单元程序模块（1）主程序start: mov sp ,#50h mov tmod ,#90h ;设置定时器1的工作方式为1，geae置1 mov th1 ,#00h mov tl1 ,#00h ;定时器时间初值置零 mov ie ,#81h ;开外部中断0 call led ;调显示 ljmp start end（2）中断服务子程序 (启动定时功能）int_0: clr ex0 ;关中断 mov datc ,#00h mov th1

7、 ,#00h mov tl1 ,#00h setb tr1 ;启动定时器1，但不计数 jnb p3.3,$ ;等待正脉冲ch0: jnb tf1 ,ch1 ;计数没溢出，跳转 inc datc clr tf1 mov th1 ,#00h ;装入初值 mov tl1 ,#00h setb tr1 ;启动定时器ch1: jb p3.3 ,ch0 ;判断正脉冲是否结束 clr tr1 ;停止计数 mov a ,tl1 mov datl ,a mov a ,th1 mov dath ,a（3）显示子程序ledmap:db 3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h, 6dh, 7dh, 07h d

8、b 7fh, 6fh, 77h, 7ch, 39h, 5eh, 79h, 71hled: mov r0 ,#ledbuf mov r1 ,#6 ; 共6个八段管 mov r2 ,#00100000b ; 从左边开始显示loop: mov dptr ,#8002h mov a ,#0 movx dptr,a ; 关所有八段管 mov a ,r0 mov dptr ,#8004h movx dptr,a mov dptr ,#8002h mov a ,r2 movx dptr,a ; 显示一位八段管 mov r6 ,#1 mov r7 ,#0l: djnz r7 ,l djnz r6 ,l mov

9、 a ,r2 ; 显示下一位 rr a mov r2, a inc r0 djnz r1 ,loop ret4参数计算 计算脉宽：d=1/f（输入信号频率）*2测量脉宽：d=计数值tc（机器周期）（s），d（s）1000d（ms）四、总原理图及硬件资源分配1总原理图 2硬件资源分配表存储单元、寄存器用途备注30h存放计数低8位31h存放计数高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

10、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，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。

11、（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

12、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

13、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4ms512ms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

14、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

15、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，2007 2