單片機原理與應用課程設(shè)計（脈沖寬度的測量）

1、<p><b>　　單片機原理與應用</b></p><p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　院 系： 電氣信息工程學院 </p><p>　　班 級： 11測控2班 </p><p>　　學 號：

2、 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　序言 ……………………………………………………………………2</p><p>　　一

3、． 設(shè)計內(nèi)容與技術(shù)指標 …………………………………………</p><p>　　1.1設(shè)計內(nèi)容 …………………………………………………………</p><p>　　1.2技術(shù)指標 …………………………………………………………</p><p>　　二．工作原理及設(shè)計方案</p><p>　　2.1工作原理 ……………………………………………

4、…………</p><p>　　2.1.1信號源的產(chǎn)生</p><p><b>　　2．1.2晶振電路</b></p><p>　　2.1.3數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　2.2系統(tǒng)設(shè)計方案 …………………………………………………</p><p>　　2.2.1電路原理圖 ……………………

5、……………………………</p><p>　　2.2.2硬件焊接圖 …………………………………………………</p><p>　　2.2.3軟件設(shè)計流程圖………………………………………………</p><p>　　2.2.4程序清單 ……………………………………………………</p><p>　　三．系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 …………………………………

6、………</p><p>　　3.1硬件調(diào)試 ………………………………………………………</p><p>　　3.2軟件調(diào)試 ………………………………………………………</p><p>　　3.3結(jié)果分析 ………………………………………………………</p><p><b>　　四、誤差分析</b></p>

7、<p>　　五. 注意事項 ………………………………………………………</p><p>　　六. 心得體會 ………………………………………………………</p><p>　　七．參考文獻　………………………………………………………</p><p>　　基于89C51單片機脈沖寬度的測量設(shè)計</p><p><b>　

8、　序言：</b></p><p>　　近年來隨著科技的飛速發(fā)展,單片機的應用正在不斷地走向深入同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。單片機誕生30多年以來，其品種、功能和應用技術(shù)都得到飛速的發(fā)展，單片機的應用已深入國民經(jīng)濟和日常生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理等。</p>

9、<p>　　本次課程設(shè)計目的主要是培養(yǎng)學生綜合運用所學的知識，完成一個單片機應用系統(tǒng)設(shè)計。主要任務(wù)是通過解決一些實際問題，鞏固和加深課程中所學的理論知識和實驗能力，基本掌握單片機應用電路的一般設(shè)計方法，提高電子電路的設(shè)計和實驗能力。加深對單片機軟件硬件知識的理解，獲得初步的應用經(jīng)驗，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。</p><p>　　本系統(tǒng)采用單片機AT89C51為中心器件來設(shè)計脈沖寬度測量

10、器，系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展性強。在現(xiàn)有的單片機仿真機系統(tǒng)上掌握相關(guān)軟硬件設(shè)計與調(diào)試知識，根據(jù)所選擇題目，焊接好硬件電路，正確進行元器件的測試與調(diào)試，并在計算機上編寫匯編程序調(diào)試運行，并實現(xiàn)參考選題中要求的設(shè)計。</p><p>　　一．設(shè)計內(nèi)容與技術(shù)指標</p><p><b>　　1.1設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　利用單片機及

11、4位LED數(shù)碼管做成四位脈寬顯示 ，在一個脈寬期間對內(nèi)部周期進行計數(shù)，得到的一個高電平脈沖內(nèi)的計數(shù)值顯示在四位數(shù)碼管上，并達到相應的技術(shù)指標要求。 </p><p><b>　　1.2技術(shù)指標</b></p><p>　　輸入脈沖幅度：0-5V</p><p>　　脈寬測量范圍：0.1-50ms </p><p><

12、;b>　　測量精度：±1%</b></p><p>　　顯示方式：四位數(shù)字顯示</p><p>　　二．工作原理及設(shè)計方案</p><p><b>　　2.1工作原理</b></p><p>　　把脈沖信號從P3.2腳引入，T0設(shè)為定時器方式工作，并工作在門控方式（GATE=1）。在待測信號高

13、電平期間，T0對內(nèi)部周期脈沖進行計數(shù)（周期為1us）。在待測脈沖高電平結(jié)束時，其下降沿向P3.2發(fā)中斷，在外部中斷0的中斷服務(wù)程序中，讀取TH0、TL0的計數(shù)值，該值就是待測脈沖的脈寬（單位us）。隨后，清零TH0和TL0，以便下一個脈寬的測量。</p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)原理框圖</b></p><p>　　2.1.1信號源的產(chǎn)生</p>

14、<p>　　被測信號源用的是帶RC電路的環(huán)形振蕩器電路圖</p><p><b>　　P38頁</b></p><p><b>　　圖2信號源產(chǎn)生電路</b></p><p>　　信號源電路由RC振蕩器構(gòu)成，電阻選510歐姆，電容選擇4.7uF，產(chǎn)生矩形波后通過非門整形，非門由與非門74LS00構(gòu)成，實際電路中用

15、到四個與非門，使得整形更好，波形更穩(wěn)定。根據(jù)公式T=2.2*RC,計算可得周期為5.27ms。脈沖寬度（高電平時間）T1=1.26*RC,計算的脈寬為3.02ms。</p><p><b>　　2.1.2晶振電路</b></p><p>　　晶振和C1、C2組成振蕩器，使單片機內(nèi)部產(chǎn)生周期為1us的脈沖信號。</p><p><b>

16、　　P38頁</b></p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　2.1.3數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　采用的是共陰極，P0口用來送段選信號，P0口內(nèi)部沒有帶上拉電阻，在接收數(shù)碼管時需要在兩者之間加一排阻，降低電流來保護P0口。利用了P2.0~P2.3來送位選信號即哪一個數(shù)碼管來亮，且送低電平時有效，數(shù)碼管

17、用動態(tài)顯示的方式來顯示測量的脈沖值。</p><p><b>　　手機截圖</b></p><p><b>　　圖4</b></p><p><b>　　手機截圖</b></p><p><b>　　圖5</b></p><p>　

18、　在單片機與數(shù)碼管之間采用了74LS07來驅(qū)動，74LS07為6輸入高壓緩沖器。</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)設(shè)計方案</b></p><p>　　2.2.1電路原理圖</p><p><b>　　圖6電路原理圖</b></p><p>　　2.2.2硬件焊接圖</p>&l

19、t;p><b>　　圖7 硬件焊接圖</b></p><p>　　采用動態(tài)掃描法實現(xiàn)LED數(shù)碼管顯示。</p><p>　　共陰7段LED顯示器顯示原理：</p><p>　　該電路采用AT89C51單片機最小化應用，采用共陰7段LED數(shù)碼管顯示器，P3.2口引入脈沖信號，P2.0至p2.3口作為列掃描輸出，P0口輸出段碼數(shù)據(jù)，采用12M

20、hz晶振，可提高計數(shù)的精確度。</p><p>　　10μf電容作用：上電復位；</p><p>　　7407作用：同相緩沖器，驅(qū)動數(shù)碼管；</p><p>　　12M晶振和兩個電容組成晶體振蕩器。</p><p>　　2.2.3軟件設(shè)計流程圖</p><p><b>　　1.主程序流程圖</b>

21、</p><p>　　圖8主程序流程圖 </p><p>　　2.外部中斷0服務(wù)程序流程圖</p><p>　　圖9 外中斷0服務(wù)程序流程圖</p><p>　　3.二進制轉(zhuǎn)化為十進制流程圖</p><p><b>　　手機截圖</b></p><p>

22、<b>　　圖10</b></p><p>　　4.壓縮BCD碼轉(zhuǎn)化為非壓縮BCD碼流程圖</p><p><b>　　手機截圖</b></p><p><b>　　圖11</b></p><p>　　5.數(shù)碼管顯示流程圖</p><p><b&g

23、t;　　2.2.4程序清單</b></p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p><b>　　AJMP MAIN</b></p><p>　　ORG 0003H</p><p>　　AJMP SOLVE ;外部中斷低電平觸發(fā)處理</p>

24、<p><b>　　ORG 0033H</b></p><p>　　MAIN:MOV SP,#60H</p><p>　　MOV TMOD,#09H ;計數(shù)器T0工作在方式1，門控信號為1 </p><p>　　MOV TL0,#00H ;計數(shù)器TO清零</p>

25、<p>　　MOV IE,#81H ;開放定時器中斷和總中斷和外部中斷0</p><p>　　MOV TCON,#11H </p><p>　　MOV R5,#05H ;T0當外部中斷輸入為高時計數(shù),外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式,下降沿有效</p><p>　　LOOP:ACALL BCD ;十六位二進制轉(zhuǎn)十進制</p&

26、gt;<p>　　ACALL UBCD ;壓縮BCD碼，轉(zhuǎn)非壓縮BCD碼</p><p>　　LOOP1: ACALL DISP ;顯示程序</p><p>　　ACALL POST</p><p>　　DJNZ R5,LOOP1</p><p>　　MOV R5,08H </p><

27、p>　　AJMP LOOP ;循環(huán)處理顯示計數(shù)器T0采集得數(shù) </p><p>　　SOLVE: MOV 41H,TH0</p><p>　　MOV 40H,TL0 ;將計數(shù)器T0中的數(shù)轉(zhuǎn)移到40H，41H中</p><p>　　MOV TH0,#00H</p><p>　　MOV TL0,#00H;重新將定時

28、器T0清零</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　BCD: CLR A; 將41H，42H中的數(shù)值轉(zhuǎn)換成BCD碼分別按高低存儲在34H35H36H中</p><p>　　MOV 38H,41H</p><p>　　MOV 37H,40H</p><p><

29、b>　　MOV 34H,A</b></p><p><b>　　MOV 35H,A</b></p><p><b>　　MOV 36H,A</b></p><p>　　MOV R7,#10H</p><p>　　LOOP2: CLR C</p><p>&l

30、t;b>　　MOV A,37H</b></p><p><b>　　RLC A</b></p><p><b>　　MOV 37H,A</b></p><p><b>　　MOV A,38H</b></p><p><b>　　RLC A</b

31、></p><p><b>　　MOV 38H,A</b></p><p><b>　　MOV A,36H</b></p><p>　　ADDC A,36H</p><p><b>　　DA A</b></p><p><b>　　MOV

32、 36H,A</b></p><p><b>　　MOV A,35H</b></p><p>　　ADDC A,35H</p><p><b>　　DA A</b></p><p><b>　　MOV 35H,A</b></p><p>&l

33、t;b>　　MOV A,34H</b></p><p>　　ADDC A,34H</p><p><b>　　DA A</b></p><p><b>　　MOV 34H,A</b></p><p>　　DJNZ R7,LOOP2</p><p><b

34、>　　RET </b></p><p>　　UBCD: MOV A,34H</p><p>　　CJNE A,#00H,CHOOSE ;第5位數(shù)值是否為0,為0則按4位有效值處理,不為0按5位有效值處理</p><p>　　MOV R1,#35H ;當有4位有效效值時,取后4位顯示,小數(shù)點加在第1位</p><p&

35、gt;　　MOV R0,#36H</p><p>　　MOV A,#00H</p><p>　　XCHD A,@R0 </p><p><b>　　MOV 30H,A</b></p><p><b>　　MOV A,@R0</b></p><p>

36、;<b>　　SWAP A</b></p><p><b>　　MOV 31H,A</b></p><p>　　MOV A,#00H</p><p>　　XCHD A,@R1</p><p><b>　　MOV 32H,A</b></p><p>　　M

37、OV A,@R1 </p><p><b>　　SWAP A</b></p><p>　　ADD A,#0AH ;加小數(shù)點顯示</p><p><b>　　MOV 33H,A</b></p><p><b>　　RET </b></p><p>　

38、　CHOOSE:MOV R1,#34H ;有5位有效值時取前4位顯示,小數(shù)點加在第2位</p><p>　　MOV R0,#35H</p><p>　　MOV A,#00H</p><p>　　XCHD A,@R0</p><p><b>　　MOV 31H,A</b></p><p>&

39、lt;b>　　MOV A,@R0</b></p><p><b>　　SWAP A</b></p><p>　　ADD A,#0AH ;加小數(shù)點顯示</p><p><b>　　MOV 32H,A</b></p><p>　　MOV A,#00H</p><

40、;p>　　XCHD A,@R1</p><p><b>　　MOV 33H,A</b></p><p><b>　　MOV A,@R1</b></p><p><b>　　SWAP A </b></p><p>　　ANL 36H,#0F0H</p>&l

41、t;p><b>　　MOV A,36H</b></p><p><b>　　SWAP A</b></p><p><b>　　MOV 30H,A</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DISP: MOV DPTR,

42、#TAB ;顯示第一位</p><p><b>　　MOV A,33H</b></p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV P0,A</p><p>　　MOV A,#0F7H ;位選信號一</p><p><b>　　MOV P2,

43、A</b></p><p>　　ACALL POST </p><p>　　MOV DPTR,#TAB ;顯示第二位</p><p><b>　　MOV A,32H</b></p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　MOV P0,A&

44、lt;/b></p><p>　　MOV A,#0FBH ;位選信號二</p><p><b>　　MOV P2,A</b></p><p>　　ACALL POST</p><p>　　MOV DPTR,#TAB ;顯示第三位</p><p><b>　　MOV A

45、,31H</b></p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　MOV A,#0FDH ;位選信號三</p><p><b>　　MOV P2,A</b></p><p>　　A

46、CALL POST</p><p>　　MOV DPTR,#TAB ;顯示第四位</p><p><b>　　MOV A,30H</b></p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　MOV

47、A,#0FEH ;位選信號四</p><p><b>　　MOV P2,A</b></p><p>　　ACALL POST</p><p><b>　　RET </b></p><p>　　POST: MOV R7,#15H ;延時程序</p><p

48、>　　POST1: MOV R6,#50H</p><p><b>　　DJNZ R6,$</b></p><p>　　DJNZ R7,POST1</p><p><b>　　RET </b></p><p>　　TAB: DB 3F, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DH, 7D

49、H,07H, 7FH, 6FH</p><p>　　DB 0BFH, 86H,0DBH,0CFH, 0E6H,0EDH,0FDH,87H,0FFH,0EFH </p><p><b>　　END </b></p><p>　　三.系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析</p><p><b>　　3．1 硬件調(diào)試</b>

50、;</p><p>　　硬件電路板中器件連接好后，先用萬用表測試電路中有無虛焊短接之處，測試無誤后，將板子通電，進行靜態(tài)調(diào)試。</p><p>　　取好兩跟短的導線，一根導線的其中一端接地，另一端接P2.3~P2.0口中的一個口，若數(shù)碼管亮，再用另一根導線，其中異端接地，另一端與P0.0~P0.7依次接觸，看數(shù)碼管各段的亮滅情況，從而判斷每個數(shù)碼管各段的好壞及電路的是否正確。</p&

51、gt;<p><b>　　3.2 軟件調(diào)試</b></p><p>　　在LCA51編譯器下進行匯編程序的編寫，以子程序為單位調(diào)試，一段一段的編譯與訪真，最后結(jié)合電路板，進行整機聯(lián)調(diào)。</p><p>　　3.3結(jié)果分析 </p><p>　　因為從設(shè)計程序分析，LED顯示器動態(tài)到秒的頻率約為幾百赫茲，

52、實際使用觀察時完全沒有閃爍，由于計時中斷程序中加了中斷延時誤差處理，所以，實際設(shè)計時精度非常的高。</p><p><b>　　四、誤差分析</b></p><p>　　通過實驗測量測得的脈沖寬度為4.2ms左右，周期為7.28ms。而通過計算公式脈沖寬度=1.26RC,周期T=2.2RC,計算得到的脈寬理論值為3.02ms,周期為5.27ms。另外用示波器測量得到的

53、脈寬為4.2ms,周期為7.3ms。將實驗測得結(jié)果與理論值和示波器測得值相比較，發(fā)現(xiàn)測得值存在一定的誤差。誤差存在原因如下：</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　(3)</b></p><p>&l

54、t;b>　　五．注意事項</b></p><p>　　1.焊接之前，應事先畫好硬件原理圖，細化到每一根接線，以及芯片內(nèi)部的各個引腳，合理布局好元器件。這樣才能使硬件電路板布線美觀。焊接時要注意防止虛焊的產(chǎn)生，在兩個較近的焊點之間要注意不要短接。</p><p>　　2.焊接時要注意焊接工藝，由于是通用板，質(zhì)量不是太高，如果不注意，上面的小銅片很容易損壞，容易導致虛焊。焊完

55、后，要用萬用表檢測，以免出現(xiàn)虛焊漏焊，短接等現(xiàn)象。檢查無誤后再通電檢測。焊接完一部分后，最好先觀察一下該部分的波形是否正確，若有錯誤，可以方便修改。</p><p>　　3.板子及仿真機接電源時，要注意正負極，以免損壞板子或仿真機。</p><p>　　4.仿真機一旦與計算機進行連接之后，就不要經(jīng)常再拔下，以確保正常通信。</p><p>　　5.編寫程序時，要注意

56、各指令的合理應用。若程序過長，可以先編寫子程序，再將其進行組合。以免出現(xiàn)不必要的錯誤和困擾。</p><p>　　6.在插拔器件以及接線過程中，為避免儀器損壞應該在斷電的前提下操作。</p><p><b>　　六.心得體會</b></p><p>　　通過幾天的課程設(shè)計，我對單片機原理與應用技術(shù)等知識都有了一定的了解。這次課程設(shè)計中，我們采用

57、層次化的設(shè)計方法來實現(xiàn)了這個電路。在程序編寫結(jié)束后，我們還對該程序進行了調(diào)試，能按預期的效果進行脈寬測試功能，并設(shè)計了動態(tài)顯示被測信號脈寬的硬件電路。</p><p>　　課程設(shè)計對學生而言是其對所學課程內(nèi)容掌握情況的一次自我驗證，從而有著極其重要的意義。通過課程設(shè)計，能提高學生對所學知識的綜合應用能力，能全面檢查并掌握所學內(nèi)容，在這次的課程設(shè)計中，收獲知識的同時，我們還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中。我們通

58、過查找資料，請教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，而且大大加強了團隊合作以及設(shè)計能力。更重要的是，我們學會了一些學習的方法，而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。</p><p>　　這次課程設(shè)計雖然結(jié)束了，相信以后我們會以更加積極的態(tài)度對待我們的學習、對待我們的生活。我們的激情永遠不會結(jié)束，相反，我們會更加努力，努力的去彌補自己的缺點，發(fā)展自己的優(yōu)點，去充實自己，只有在了解充分認識到自己的

59、不足，我們才會更加珍惜擁有的，更加努力的去完善它。今后在剩余不到一年的大學生活里，我會盡力充實自己，為日后走上工作崗位打下堅實的基礎(chǔ)。要面對千千萬萬的挑戰(zhàn)，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。</p><p><b>　　七．參考文獻：</b></p><p>　　1.《單片微機原理與應用》羅印升．機械工業(yè)出版社</p><p>　　2.《單