單片機(jī)課程設(shè)計(jì)--脈沖寬度測(cè)量

1、<p><b>　　單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　設(shè)計(jì)課題：脈沖寬度測(cè)量</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。但是，實(shí)際工作中并不是任何需要計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合都要求計(jì)算機(jī)有很高的性能，一個(gè)控制電冰箱溫度

2、的計(jì)算機(jī)難道要用P4嗎？應(yīng)用的關(guān)鍵是看是否夠用，是否有很好的性能價(jià)格比。單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。自從1976年問(wèn)世以來(lái)，單片機(jī)獲得了巨大的發(fā)展?，F(xiàn)在比較流行的單片機(jī)是美國(guó)Intel的MCS51/96以及Motorola的MC系列，Zilog的Z8系列，同時(shí)還有更多新型的

3、、功能更強(qiáng)的單片機(jī)不斷出現(xiàn)。 Abstract:Twentieth century across the three “power” of the era, that the age of electricity, the electronic age and has </p><p>

4、;　　關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)，脈沖寬度，系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　脈沖寬度測(cè)量</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章    引言……………………………………………4</p><p>　　第二章 方案選擇及總體設(shè)計(jì)…………

5、………………4</p><p>　　2.1 硬件技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　2.2 方案選擇及工作原理</p><p>　　2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能</p><p>　　第三章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)…………………………5</p><p>　　3.1 系統(tǒng)模塊構(gòu)成</p><p>　　3.

6、2 系統(tǒng)工作原理圖</p><p><b>　　3.3 管腳說(shuō)明</b></p><p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)及程序………………………………8</p><p>　　4.1 軟件設(shè)計(jì)流程</p><p>　　4.2 各子程序功能描述</p><p>　　4.2.1 定時(shí)器T0中斷服務(wù)程

7、序</p><p>　　4.2.2 顯示子程序</p><p>　　4.3 系統(tǒng)總程序</p><p>　　第五章 系統(tǒng)制作與調(diào)試…………………………………11</p><p><b>　　5.1 硬件調(diào)試</b></p><p>　　5.1.1 調(diào)試方法</p><

8、;p><b>　　5.2 軟件調(diào)試</b></p><p><b>　　5.3 結(jié)果分析</b></p><p>　　第六章 總結(jié)與體會(huì) ………………………………………12</p><p>　　第七章 教材及參考書………………………………………12</p><p><b>

9、;　　第一章 引言</b></p><p>　　近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)脈沖寬度測(cè)量器，系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性

10、強(qiáng)。在現(xiàn)有的單片機(jī)仿真機(jī)系統(tǒng)上掌握相關(guān)軟硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試知識(shí)，根據(jù)所選擇題目，焊接好硬件電路，正確進(jìn)行元器件的測(cè)試與調(diào)試，并在計(jì)算機(jī)上編寫匯編程序調(diào)試運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)參考選題中要求的設(shè)計(jì)。</p><p>　　第二章 方案選擇及工作原理</p><p>　　2.1 硬件技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　脈寬測(cè)量范圍：0~9.999s</p><p>

11、　　顯示方式：四位數(shù)字顯示</p><p>　　2.2 方案選擇及工作原理</p><p>　　將脈沖信號(hào)從P3.0腳引入。將T0設(shè)為定時(shí)器方式工作。并工作在門控方式。初值TL0、TH0設(shè)為(65536-1000)MOD 256 (65536-1000)/256</p><p>　　在待測(cè)脈沖高電平期間，T0對(duì)內(nèi)部周期脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。在待測(cè)脈沖高電平結(jié)束時(shí)，其下降

12、沿向P3.0發(fā)中斷，在外中斷0的中斷服務(wù)程序中，讀取TH0、TL0的計(jì)數(shù)值，該值就是待測(cè)脈沖的脈寬。隨后清零TH0和TL0，以便下一脈寬的測(cè)量。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能</p><p>　　在電源正確接入的前提下，由手動(dòng)給矩形按鍵按一下產(chǎn)生信號(hào)從P3.0口輸入，從手動(dòng)按下到手動(dòng)停止之間進(jìn)行計(jì)數(shù)。通過(guò)數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)，其個(gè)數(shù)即為脈沖寬度。</p>&

13、lt;p>　　第三章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 系統(tǒng)模塊構(gòu)成</p><p><b>　　3.2 顯示方案</b></p><p>　　于系統(tǒng)要顯示的內(nèi)容較簡(jiǎn)單，顯示量不多，所以選用數(shù)碼管既方便又經(jīng)濟(jì)。LED有共陰極和共陽(yáng)極兩種。</p><p>　　二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰

14、極接地，而共陽(yáng)極則將發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，接入+5V的電壓。一位顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個(gè)筆劃（段）a～g，另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為dp發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓時(shí)，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。為了保護(hù)各段LED不被損壞，需外加限流電阻。</p><p>　　圖1.1 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　眾所周知，LED顯示

15、數(shù)碼管通常由硬件7段譯碼集成電路，完成從數(shù)字到顯示碼的譯碼驅(qū)動(dòng)。本系統(tǒng)采用軟件譯碼，以減小體積，降低成本和功耗，軟件譯碼的另一優(yōu)勢(shì)還在于比硬件譯碼有更大的靈活性。所謂軟件譯碼，即由單片機(jī)軟件完成從數(shù)字到顯示碼的轉(zhuǎn)換。從LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理可知，為了顯示字符，要為L(zhǎng)ED顯示數(shù)碼管提供顯示段碼，組成一個(gè)“8”字形字符的7段，再加上1個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)8段，因此提供給LED數(shù)碼管的顯</p><p>　　示段碼為1個(gè)字節(jié)

16、。各段碼位與顯示段的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表表1.2 </p><p>　　表1.2 各段碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p>　　需說(shuō)明的是當(dāng)用數(shù)據(jù)口連接LED數(shù)碼管a～dp引腳時(shí)，不同的連接方法，各段碼位與顯示段有不同的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通常數(shù)據(jù)口的D0位與a段連接，D1位與b段連接，……D7位與dp段連接,如表1所示，表2.3為用于LED數(shù)碼管顯示的十六進(jìn)制數(shù)和空白字符與P的顯示段碼。</p>

17、<p>　　根據(jù)STC89C52RC單片機(jī)灌電流能力強(qiáng)，拉電流能力弱的特點(diǎn)，我們選用共陽(yáng)數(shù)碼管。將AT89C2051的P1.0～P1.7分別與共陽(yáng)數(shù)碼管的a～g及dp相連，高電平的位對(duì)應(yīng)的LED數(shù)碼管的段暗，低電平的位對(duì)應(yīng)的LED數(shù)碼管的段亮，這樣，當(dāng)P0口輸出不同的段碼，就可以控制數(shù)碼管顯示不同的字符。例如：當(dāng)P0口輸出的段碼為1100 0000，數(shù)碼管顯示的字符為0。</p><p>　　表1.3

18、LED顯示段碼</p><p>　　注：（1）本表所列各字符的顯示段碼均為小數(shù)點(diǎn)不亮的情況。</p><p>　?。?）“空白”字符即沒有任何顯示</p><p>　　數(shù)碼管顯示器有二種工作方式，即靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。為節(jié)省端口及降低功耗，本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。動(dòng)態(tài)掃描顯示方式需解決多位LED數(shù)碼管的“段控”和“位控”問(wèn)題，本電路的“段控”（即要顯

19、示的段碼的控制）通過(guò)P0口實(shí)現(xiàn)；而每一位的公共端，即LED數(shù)碼管的“位控”，則由P1口控制。這種連接方式由于多位字段線連在一起，因此，要想顯示不同的內(nèi)容，必然要采取輪流顯示的方式，即在某一瞬間，只讓其中的某一位的字位線處于選通狀態(tài)，其它各位的字位線處于斷開狀態(tài)，同時(shí)字段線上輸出這一位相應(yīng)要顯示字符的字段碼。在這一瞬時(shí)，只有這一位在顯示，其他幾位則暗。在本系統(tǒng)中,字位線的選通與否是通過(guò)74HC138來(lái)控制,這里74HC138的功能不再詳述

20、。</p><p>　　STC89C52RC單片機(jī)介紹</p><p>　　STC89C52RC單片機(jī)是由深圳宏晶公司代理銷售的一款MCU，是由美國(guó)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一種低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)寫的FlashROM和256bytes的RAM，2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器[5]。 </p><p>　　STC89C52單片機(jī)內(nèi)部主要包括累加器A

21、CC(有時(shí)也簡(jiǎn)稱為A)、程序狀態(tài)字PSW、地址指示器DPTR、只讀存儲(chǔ)器ROM、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM、寄存器、并行I/O接口P0~P3、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行I/O接口以及定時(shí)控制邏輯電路等。這些部件通過(guò)內(nèi)部總線聯(lián)接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。其管腳圖如圖所示。</p><p>　　STC89C52RC單片機(jī)管腳結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　3.3 管腳說(shuō)明</b

22、></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收

23、，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地</p><p>　　“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址

24、信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　P3口也可作為89C51的一些特殊功能口，在本次課程設(shè)計(jì)中用到的P3口如下所示：</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　3.4 仿真分析圖：</p><p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)及程序</p><p>　　4.1 軟件設(shè)計(jì)流程</

25、p><p><b>　　. .</b></p><p>　　4.2 各子程序功能描述：</p><p>　　4.2.1 定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序:</p><p>　　通過(guò)對(duì)方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON的編程來(lái)選擇T0的工作方式。TMOD設(shè)為09H，表示門控方式為1，16位定時(shí)器。TCON的低四位為外部中

26、斷的觸發(fā)方式控制位和外部中斷請(qǐng)求標(biāo)志，設(shè)為13H，門控位為1時(shí)，僅當(dāng)TR0等于1且P3.0輸入為高電平時(shí)T0才計(jì)數(shù)，TR0為0或P3.0輸入低電平時(shí)都禁止計(jì)數(shù)，以此來(lái)判斷輸入脈沖高電平的開始和結(jié)束。</p><p>　　4.2.2顯示子程序：</p><p>　　時(shí)間顯示子程序每次顯示4個(gè)連續(xù)單元的十進(jìn)制數(shù)。顯示時(shí),先取出內(nèi)存地址中的數(shù)據(jù),然后從P2.4、P2.5、P2.6、P2.7口依次

27、由低位到高位顯示，在顯示過(guò)程中通過(guò)延時(shí)程序控制四個(gè)數(shù)碼管的顯示時(shí)間長(zhǎng)度，以達(dá)到可以清晰讀出四位數(shù)。</p><p>　　4.3 系統(tǒng)總程序</p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p><b>　　LJMP MAIN</b></p><p>　　ORG 000BH ;//

28、設(shè)置定時(shí)器T0入口為000BH</p><p>　　LJMP FORT0</p><p><b>　　ORG 0050H</b></p><p><b>　　MAIN:</b></p><p>　　MOV P3,#0FFH;//P3.0接外部獨(dú)立按鍵</p><p>　　MO

29、V IE,#82H;//開中斷并且設(shè)置T0初值</p><p>　　MOV TMOD,#01H</p><p>　　MOV TL0,#(65536-1000)MOD 256</p><p>　　MOV TH0,#(65536-1000)/256</p><p>　　M0: LCALL DISPLAY</p><p>

30、　　JB P3.0,M0;//判斷按鍵是否按下，按下即開始計(jì)時(shí)</p><p><b>　　MOV R0,#0</b></p><p><b>　　MOV R1,#0</b></p><p><b>　　MOV R2,#0</b></p><p><b>　　MOV

31、R3,#0</b></p><p><b>　　SETB TR0</b></p><p>　　JNB P3.0,$;//按鍵抬起后定時(shí)結(jié)束</p><p><b>　　CLR TR0</b></p><p>　　LCALL DISPLAY;//在數(shù)碼管顯示脈沖寬度</p>

32、<p><b>　　SJMP M0</b></p><p>　　FORT0: MOV TL0,#(65536-1000)MOD 256;//定時(shí)器中斷子程序</p><p>　　MOV TH0,#(65536-1000)/256</p><p><b>　　INC R0</b></p><p

33、>　　CJNE R0,#10,M2</p><p><b>　　MOV R0,#0</b></p><p><b>　　INC R1</b></p><p>　　CJNE R1,#10,M2</p><p><b>　　MOV R1,#0</b></p>

34、<p><b>　　INC R2</b></p><p>　　CJNE R2,#10,M2</p><p><b>　　MOV R2,#0</b></p><p><b>　　INC R3</b></p><p><b>　　M2: RETI</b&

35、gt;</p><p>　　DISPLAY:MOV P2,#3;//顯示子程序</p><p><b>　　MOV A,R0</b></p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　MOV P0,A</b

36、></p><p>　　LCALL DELAY</p><p><b>　　MOV P2,#2</b></p><p><b>　　MOV A,R1</b></p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p&g

37、t;<p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　LCALL DELAY</p><p><b>　　MOV P2,#1</b></p><p><b>　　MOV A,R2</b></p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p&

38、gt;<p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　LCALL DELAY</p><p><b>　　MOV P2,#0</b></p><p><b>　　MOV A,R3</b></

39、p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　LCALL DELAY</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　

40、DELAY: MOV R6,#5;//延時(shí)子程序</p><p>　　DL0: MOV R7,#250</p><p><b>　　DJNZ R7,$</b></p><p>　　DJNZ R6,DL0</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　T

41、AB: ;//字型碼查詢表</p><p>　　DB 03FH,006H,05BH,04FH</p><p>　　DB 066H,06DH,07DH,007H</p><p>　　DB 07FH,06FH,077H,07CH</p><p>　　DB 039H,05EH,079H,071H</p><p><b&

42、gt;　　END</b></p><p>　　第五章 系統(tǒng)制作與調(diào)試</p><p><b>　　5.1 硬件調(diào)試</b></p><p>　　5.1.1 調(diào)試方法</p><p>　　硬件調(diào)試是利用基本測(cè)試儀器（萬(wàn)用表、示波器等），檢查系統(tǒng)硬件中存在的故障。</p><p>　

43、　第一步：目測(cè)。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點(diǎn)。</p><p>　　第二步：用萬(wàn)用表測(cè)試。先用萬(wàn)用表復(fù)核目測(cè)中有疑問(wèn)的連接點(diǎn)，再檢測(cè)各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。</p><p>　　第三步：加電檢測(cè)。給系統(tǒng)加電，檢測(cè)所有器件的電源端是否符合要求。</p><p>　　（1）取穩(wěn)壓電源打開電源，檢查電源的輸出電壓是否為5V，可通過(guò)觀察電源的量程及指針

44、的讀數(shù)來(lái)判斷或用萬(wàn)用表測(cè)量。（2）在確定輸出電壓正確的情況下，接好電路，用一根導(dǎo)線從地引出，接到P3.2口；再用另一根線從地引出分別接到P2.4、P2.5、P2.6、P2.7口，觀察數(shù)碼管的亮滅情況。</p><p>　　5.2 軟件調(diào)試：</p><p>　　軟件調(diào)試是通過(guò)對(duì)程序的匯編、連接、執(zhí)行來(lái)發(fā)現(xiàn)程序中存在的語(yǔ)法錯(cuò)誤與邏輯錯(cuò)誤并加以排除糾正的過(guò)程。在keil編譯器下進(jìn)行程序編譯，

45、檢查程序是否有語(yǔ)法錯(cuò)誤。接好仿真機(jī)判斷接口。以子程序?yàn)閱挝恢饌€(gè)進(jìn)行仿真，最后結(jié)合硬件實(shí)時(shí)調(diào)試。</p><p>　　將上述各編譯好的子程序結(jié)合為總程序編譯后加載到單片機(jī)芯片中進(jìn)行仿真，結(jié)果并不是出現(xiàn)穩(wěn)定的四位數(shù)字，閃的頻率比較快，調(diào)整延時(shí)時(shí)間后問(wèn)題解決。</p><p><b>　　調(diào)試前：</b></p><p><b>　　調(diào)試后

46、：</b></p><p><b>　　5.3 結(jié)果分析</b></p><p>　　通過(guò)測(cè)試我們一般的手動(dòng)按下按鈕再停止一般時(shí)間為165~225ms，比較符合事實(shí)情況，成功完成實(shí)驗(yàn)要求。</p><p>　　第六章 總結(jié)與體會(huì)</p><p>　　本系統(tǒng)是以單片機(jī)89C52芯片為核心部件，通過(guò)89C52

47、芯片內(nèi)部軟件計(jì)數(shù)來(lái)測(cè)量脈沖寬度的功能。此次在軟件上是花費(fèi)時(shí)間最多的，我們上網(wǎng)找資料，上圖書館，盡可能的了解有關(guān)于脈沖寬度測(cè)量這方面的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)合過(guò)程，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧（特別是匯編語(yǔ)言C51語(yǔ)言）的掌握方面都能向前邁了一大步。 </p><p>　　第七章 教材

48、及參考書</p><p>　　[1] 胡漢才，單片機(jī)原理及其接口技術(shù)，清華大學(xué)出版社</p><p>　　[2] 鄒逢興，微型計(jì)算機(jī)接口原理與技術(shù)，國(guó)防科技大學(xué)出版社</p><p>　　[3] 閻凱，微型計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)原理分析與維修，科學(xué)出版社</p><p>　　[4] 何立民，MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)，北京航