基于單片機(jī)的窄帶脈沖寬度檢測(cè)_單片機(jī)課程設(shè)計(jì)

單片機(jī)課程設(shè)計(jì)————基于單片機(jī)的窄帶脈沖寬度檢測(cè) prince

目 錄

第1節(jié) 引 言??????????????????????????1

1.1 系統(tǒng)概述 ????????????????????????1

1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) ????????????????????????1

第2節(jié) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)???????????????????????2

2.1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能???????????????????2

2.2 AT89C2051單片機(jī)及其引腳說(shuō)明???????????????2

2.3 CD4511芯片說(shuō)明??????????????????????3

2.4 LED數(shù)碼管顯示說(shuō)明????????????????????4

2.5 硬件電路?????????????????????????6

第3節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)???????????????????????7

3.1 系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)?????????????????????7

3.2 系統(tǒng)的源程序設(shè)計(jì)?????????????????????7

第4節(jié) 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析??????????????????9

第5節(jié) 結(jié)束語(yǔ)???????????????????????????10

參考文獻(xiàn)?????????????????????????????11

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基于單片機(jī)的窄帶脈沖寬度檢測(cè)

第1節(jié) 引 言

一般單片機(jī)能夠檢測(cè)較寬的脈沖，但很難檢測(cè)窄帶脈沖，該系統(tǒng)只要是用于檢測(cè)

窄帶脈沖，并顯示其寬度的功能。

1．1 系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)使用AT89C2051單片機(jī)，利用定時(shí)器T1門控GATE的功能，測(cè)量引腳

INT1

出現(xiàn)的正脈沖寬度，并用LED數(shù)碼管顯示出來(lái)。 上

1．2 設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)要完成的任務(wù)有硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件方面，AT89C2051單片機(jī)的P3.3

口測(cè)試外部脈沖。P1口可以接LED數(shù)碼管。軟件方面，利用單片機(jī)的定時(shí)完成正脈

沖寬度的讀取，然后用到P1口使LED數(shù)碼管顯示。

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第2節(jié) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件電路關(guān)系到軟件的編程，也要有利用系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。

2．1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能

本系統(tǒng)有以下幾個(gè)部件組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89C2051，CD4511芯片電源，LED數(shù)碼管

等。

單片機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)，是集CPU，ROM，RAM，I/O口，內(nèi)部總線及中斷系統(tǒng)

于一體的微控制器，它體積小，重量輕，功能強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于智能產(chǎn)品及工業(yè)自動(dòng)控

制上，而51單片機(jī)是各單片機(jī)最為典型和最有代表性的一種。

電源提供單片機(jī)正常工作，單片機(jī)只需+5V的電壓，可以通過220V的市電通過

變壓、整流穩(wěn)壓來(lái)得到，維持系統(tǒng)的正常工作。

LED數(shù)碼管用于顯示所檢測(cè)外部輸入脈沖的寬度，直觀

2．2 AT89C2051單片機(jī)及其引腳說(shuō)明

AT89C2051單片機(jī)是51系列單片機(jī)的一個(gè)成員，是8051單片機(jī)的簡(jiǎn)化版。內(nèi)部

自帶2K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能COMS八位微處理器，與Intel

MCS-51系列單片機(jī)的指令和輸出管腳相兼容。由于將多功能八位CPU和閃速存儲(chǔ)器

結(jié)合在單個(gè)芯片中，因此，AT89C2051構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)是具有結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、造價(jià)最

低廉、效率最高的微控制系統(tǒng)，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，減少了硬件開

銷，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。

AT89C2051單片機(jī)是一個(gè)有20個(gè)引腳的芯片，引腳配置如圖1所示。與8051相

比，AT89C2051減少了兩個(gè)對(duì)外端口（即P0、P2口），使它最大可能地減少了對(duì)外引

腳下，因而芯片尺寸有所減小。

圖1 AT89C2051引腳配置

AT89C2051芯片的20個(gè)引腳功能為：

VCC 電源電壓。

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GND 接地。

RST 復(fù)位輸入。當(dāng)RST變?yōu)楦唠娖讲⒈３?/span>2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，所有I/O引腳復(fù)位

至“1”。

XTAL1 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。

XTAL2 來(lái)自反向振蕩放大器的輸出。

P1口 8位雙向I/O口。引腳P1.2～P1.7提供內(nèi)部上拉，當(dāng)作為輸入并被外部

下拉為低電平時(shí)，它們將輸出電流，這是因內(nèi)部上拉的緣故。P1.0和P1.1需要外部

上拉，可用作片內(nèi)精確模擬比較器的正向輸入（AIN0）和反向輸入（AIN1），P1口輸

出緩沖器能接收20mA電流，并能直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器；P1口引腳寫入“1” 后，可

用作輸入。在閃速編程與編程校驗(yàn)期間，P1口也可接收編碼數(shù)據(jù)。

P3口 引腳P3.0～P3.5與P3.7為7個(gè)帶內(nèi)部上拉的雙向I/0引腳。P3.6在內(nèi)部已

與片內(nèi)比較器輸出相連，不能作為通用I/O引腳訪問。P3口的輸出緩沖器能接收20mA

的灌電流；P3口寫入“1”后，內(nèi)部上拉，可用輸入。P3口也可用作特殊功能口，其

功能見表1。P3口同時(shí)也可為閃速存儲(chǔ)器編程和編程校驗(yàn)接收控制信號(hào)。

2．3 CD4511芯片說(shuō)明

CD4511是BCD鎖存—段碼譯碼—共陰LED驅(qū)動(dòng)集成電路，其引腳如圖2所示，

各引腳功能如下：

圖2 CD4511各引腳配置

V：接正電源；

CC

V：接地；

SS

A, B, C, D：BCD碼輸入腳（A為最低位，D為最高位）；

Qa～Qg：段碼輸出腳，高電平有效，最大可輸出25mA電流；

BI：熄滅，接低電平則Qa～Qg全部輸出低電平；

LT：點(diǎn)亮測(cè)試，接低電平則Qa～Qg全部輸出高電平；

LE：鎖存允許，接高電平鎖存，則輸出不會(huì)隨BCD碼輸入改變

2．4 LED數(shù)碼管顯示說(shuō)明

由于系統(tǒng)要顯示的內(nèi)容比較簡(jiǎn)單，顯示量不多，所以選用數(shù)碼管既方便又經(jīng)濟(jì)。

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LED有共陰極和共陽(yáng)極兩種。如圖所示。

二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，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。

LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理圖：

g f com a b

a

f b

g

e

c

d

dp

e d com c dp

符號(hào)和引腳

共陰極 高電平驅(qū)動(dòng) 共陽(yáng)極 低電平驅(qū)動(dòng)

LED顯示數(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

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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

的輪換。從LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理圖可知，為了顯示字符，要為LED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)碼管的顯示段碼為1個(gè)字節(jié)。各段碼位與顯示段的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表：

段碼位

顯示段

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

dp g f e d c b a

各段碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系

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，如上表所示，LED數(shù)碼管顯示的十六制數(shù)和空白字符與P的顯示段

碼。

字型 共陽(yáng)極段 共陰極段 字型 共陽(yáng)極段 共陰極段

0 C0H 3FH 9 90H 6FH

1 F9H 06H A 88H 77H

2 A4H 5BH B 83H 7CH

3 B0H 4FH C C6H 39H

4 99H 66H D A1H 5EH

5 92H 6DH E 86H 79H

6 82H 7DH F 84H 71H

7 F8H 07H 空白 FFH 00H

8 80H 7FH P 8CH 73H

LED顯示段碼

在該系統(tǒng)中，根據(jù)由于硬件連線的不同，各段碼的關(guān)系如下：

段碼位

顯示段

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

dp b a f g c d e

因此在該系統(tǒng)中所出現(xiàn)的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

碼也要根據(jù)此修改。

根據(jù)AT89C2051單片機(jī)灌電流能力強(qiáng)，拉電流能力弱的特點(diǎn)，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

11000000，數(shù)碼管顯示的字符為0。

數(shù)碼管顯示器有兩種工作方式，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)掃描顯示方式需要解決多位LED

數(shù)碼管的“段控”和“位控”問題，本電路的通過P1口實(shí)現(xiàn)：而每一位的公共端，

即LED數(shù)碼管的“位控”，則由P3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

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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PNP三極管的導(dǎo)通與截止來(lái)控制，即三極管

處于“開頭”狀態(tài)。

2．5 硬件電路

單片機(jī)的P3.3引腳接外部的脈沖源，通過內(nèi)部的定時(shí)器控制計(jì)算脈沖個(gè)數(shù)，這

與單片機(jī)的晶振頻率有關(guān)。通過2片CD4511芯片輸出2個(gè)4位BCD碼，再輸出到

LED數(shù)碼管顯示。其具體的系統(tǒng)電路圖參見圖3所示。

圖3 系統(tǒng)電路圖

AT89C2051

RSTVCC

P1.7

P1.6

P1.5

P1.4

P3.3

P1.3

P1.2

P1.1

P1.0

GND

+5V

+5V

D

VLT Q

cca

C CD4511 .

B .

A .

Q

V LE

ss

g

+5V

D

VLT Q

cca

C CD4511 .

B .

A .

Q

V LE

ss

g

?

?

?

?

第3節(jié) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

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本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是通過定時(shí)器計(jì)脈沖個(gè)數(shù)，然后顯示在LED數(shù)碼管上。

3．1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

通過外部脈沖輸入到P3.3口。當(dāng) 引腳上出現(xiàn)高電平時(shí)，定時(shí)器T1即開始

INT1

對(duì)12分頻時(shí)鐘周期計(jì)數(shù)，直到 引腳變低電平為止，然后讀出T1計(jì)數(shù)器的值并

INT1

顯示。

圖4 脈沖源

假設(shè)我們使用的脈沖源如圖4所示。

3．2 系統(tǒng)源程序設(shè)計(jì)

ORG 0000H

AJMP START

ORG 1000H

；對(duì)定時(shí)器初始化 START:MOV TMOD,#90H

MOV TL1,#00H

MOV TH1,#00H

WAIT1:JB P3.3，WAIT1 ；等待 變低

SETB TR1 ；啟動(dòng)T1計(jì)數(shù)

升高 ；等待 WAIT2：JNB P3.3，WAIT2

變低 ；等待 WAIT3：JB P3.3，WAIT3

CLR TR1 ；停止T1計(jì)數(shù)

MOV A，TL1 ；讀出TL1的計(jì)數(shù)值

CLR C

SUBB A，#30H

SWAP A

MOV 40H，A ；暫存A的內(nèi)容

MOV A，TH1

INT1

INT1

INT1

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CLR C

SUBB A，#30H

ANL A，40H

MOV DPTR，#TAB

MOV A，@A+DPTR

MOV P1，A ；輸出數(shù)字

MOV R7, #200

： MOV R6, #123 ；延時(shí)程序 DLY1

： DJNZ R6, DLY2 DLY2

： DLY2

NOP

DJNZ R7，DLY1

TAB：DB C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H

DB 92H，82H，0F8H，80H，90H

END

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第4節(jié) 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析

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略

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第4節(jié) 結(jié) 束 語(yǔ)

初學(xué)單片機(jī)，對(duì)所學(xué)知識(shí)掌握不夠全面，這次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有點(diǎn)粗糙，正所謂困難

重重，剛好有個(gè)電子鐘的課程設(shè)計(jì)，就按照它的設(shè)計(jì)過程的思想作為參考，本想把所

學(xué)知識(shí)全應(yīng)用起來(lái)，做一個(gè)帶創(chuàng)新的思路的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但是還是沒有頭緒。結(jié)合老師

上課所講的，就決定做這個(gè)窄帶脈沖寬度檢測(cè)，因?yàn)檫@個(gè)對(duì)我來(lái)說(shuō)比較容易理解，設(shè)

計(jì)思路比較清晰。

雖然這個(gè)設(shè)計(jì)沒有經(jīng)過實(shí)物器件的調(diào)試，但是我體會(huì)到了，單片機(jī)設(shè)計(jì)的整個(gè)過

程。它需要系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)，和調(diào)試測(cè)試等等步驟。軟件設(shè)計(jì)要

和硬件設(shè)計(jì)相結(jié)合，他們是有相互聯(lián)系的。在本系統(tǒng)中，難免有些錯(cuò)誤，希望老師批

評(píng)指正。

《單片機(jī)》是一門實(shí)用型課程，學(xué)好這單片機(jī)對(duì)今后的工作是很有幫助的，雖然

課程已經(jīng)學(xué)完，但不能把所學(xué)知識(shí)給忘了，而應(yīng)該繼續(xù)學(xué)習(xí)，更深層次的學(xué)習(xí)，在此

感謝在學(xué)習(xí)中給予幫助的老師和同學(xué)，把單片機(jī)學(xué)的更好，把創(chuàng)新應(yīng)用在實(shí)踐中。

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參考文獻(xiàn)

[1] 賈金玲，《單片機(jī)原理及應(yīng)用——理論、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)》，電子科技大學(xué)出版社，2005年

[2] 徐永龍，《單片機(jī)原理及應(yīng)用》，機(jī)械工業(yè)出版社，2004年

[3] 韓太林，《單片機(jī)原理及應(yīng)用》，電子工業(yè)出版社，2004年

[4] 付曉光，《單片機(jī)原理與實(shí)用技術(shù)》，清華大學(xué)出版社，2004年

[5] 胡漢才，《單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，清華大學(xué)出版社，2002年1月

[6] 余水寶，《單片機(jī)課程設(shè)計(jì)》，數(shù)理與信息學(xué)院，2006年6月

[7] 楊西明，朱騏，《單片機(jī)編程與應(yīng)用入門》，機(jī)械工業(yè)出版社，2004年

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