基于單片機的窄帶脈沖寬度檢測_單片機課程設計

單片機課程設計————基于單片機的窄帶脈沖寬度檢測 prince

目 錄

第1節 引 言??????????????????????????1

1.1 系統概述 ????????????????????????1

1.2 設計任務 ????????????????????????1

第2節 系統硬件設計???????????????????????2

2.1 系統的硬件構成及功能???????????????????2

2.2 AT89C2051單片機及其引腳說明???????????????2

2.3 CD4511芯片說明??????????????????????3

2.4 LED數碼管顯示說明????????????????????4

2.5 硬件電路?????????????????????????6

第3節 系統軟件設計???????????????????????7

3.1 系統的主程序設計?????????????????????7

3.2 系統的源程序設計?????????????????????7

第4節 系統調試與測試結果分析??????????????????9

第5節 結束語???????????????????????????10

參考文獻?????????????????????????????11

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二○一○年十月二十日

單片機課程設計————基于單片機的窄帶脈沖寬度檢測 prince

基于單片機的窄帶脈沖寬度檢測

第1節 引 言

一般單片機能夠檢測較寬的脈沖，但很難檢測窄帶脈沖，該系統只要是用于檢測

窄帶脈沖，并顯示其寬度的功能。

1．1 系統概述

本系統使用AT89C2051單片機，利用定時器T1門控GATE的功能，測量引腳

INT1

出現的正脈沖寬度，并用LED數碼管顯示出來。 上

1．2 設計任務

設計要完成的任務有硬件設計和軟件設計。硬件方面，AT89C2051單片機的P3.3

口測試外部脈沖。P1口可以接LED數碼管。軟件方面，利用單片機的定時完成正脈

沖寬度的讀取，然后用到P1口使LED數碼管顯示。

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第2節 系統硬件設計

硬件電路關系到軟件的編程，也要有利用系統的實際應用。

2．1 系統的硬件構成及功能

本系統有以下幾個部件組成：單片機AT89C2051，CD4511芯片電源，LED數碼管

等。

單片機即單片微型計算機，是集CPU，ROM，RAM，I/O口，內部總線及中斷系統

于一體的微控制器，它體積小，重量輕，功能強，廣泛應用于智能產品及工業自動控

制上，而51單片機是各單片機最為典型和最有代表性的一種。

電源提供單片機正常工作，單片機只需+5V的電壓，可以通過220V的市電通過

變壓、整流穩壓來得到，維持系統的正常工作。

LED數碼管用于顯示所檢測外部輸入脈沖的寬度，直觀

2．2 AT89C2051單片機及其引腳說明

AT89C2051單片機是51系列單片機的一個成員，是8051單片機的簡化版。內部

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

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

結合在單個芯片中，因此，AT89C2051構成的單片機系統是具有結構最簡單、造價最

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

銷，節省了成本，提高了系統的性價比。

AT89C2051單片機是一個有20個引腳的芯片，引腳配置如圖1所示。與8051相

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

腳下，因而芯片尺寸有所減小。

圖1 AT89C2051引腳配置

AT89C2051芯片的20個引腳功能為：

VCC 電源電壓。

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GND 接地。

RST 復位輸入。當RST變為高電平并保持2個機器周期時，所有I/O引腳復位

至“1”。

XTAL1 反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。

XTAL2 來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提供內部上拉，當作為輸入并被外部

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

上拉，可用作片內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，并能直接驅動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期間，P1口也可接收編碼數據。

P3口 引腳P3.0～P3.5與P3.7為7個帶內部上拉的雙向I/0引腳。P3.6在內部已

與片內比較器輸出相連，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口同時也可為閃速存儲器編程和編程校驗接收控制信號。

2．3 CD4511芯片說明

CD4511是BCD鎖存—段碼譯碼—共陰LED驅動集成電路，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：點亮測試，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，則輸出不會隨BCD碼輸入改變

2．4 LED數碼管顯示說明

由于系統要顯示的內容比較簡單，顯示量不多，所以選用數碼管既方便又經濟。

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LED有共陰極和共陽極兩種。如圖所示。

二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，而共陽極則將發光二極管的陽

極連接在一起，接入+5V的電壓。一位顯示器由8個發光二極管組成，其中7個發光

二極管構成字型“8”的各個筆劃（段）a～g，另一個小數點為dp發光二極管。當在

某段發光二極管施加一定的正向電壓時，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。為了保護各

段LED不被損壞，需外加限流電阻。

LED數碼管結構原理圖：

g f com a b

a

f b

g

e

c

d

dp

e d com c dp

符號和引腳

共陰極 高電平驅動 共陽極 低電平驅動

LED顯示數碼管通常由硬件7段譯碼集成電路，完成從數字到顯示碼的譯碼驅

動。本系統采用軟件譯碼，以減小體積，降低成本和功耗，軟件譯碼的另一優勢還在

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于比硬件譯碼有更大的靈活性。所謂軟件譯碼，即由單片機軟件完成從數字到顯示碼

的輪換。從LED數碼管結構原理圖可知，為了顯示字符，要為LED顯示數碼管提供

顯示段碼，組成一個“8”字形字符的7段，再加上1個小數點位，共計8段，因此

提供給LED數碼管的顯示段碼為1個字節。各段碼位與顯示段的對應關系如表：

段碼位

顯示段

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

dp g f e d c b a

各段碼位的對應關系

當用數據口連接LED數碼管a～dp引腳時，不同的連接方法，各段碼位與顯示

段有不同的對應關系。通常數據口的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數碼管顯示的十六制數和空白字符與P的顯示段

碼。

字型 共陽極段 共陰極段 字型 共陽極段 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

在該系統中，根據由于硬件連線的不同，各段碼的關系如下：

段碼位

顯示段

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

dp b a f g c d e

因此在該系統中所出現的LED數碼管顯示的十六進制數和空白字符與P的顯示段

碼也要根據此修改。

根據AT89C2051單片機灌電流能力強，拉電流能力弱的特點，選用共陽數碼管。

將AT89C2051的P1.0～P1.7分別與共陽數碼管的a～g及dp相連，高電平的位對應

的LED數碼管的段暗，低電平的位對應的LED數碼管的段亮，這樣，當P0口輸出

不同的段碼，就可以控制數碼管顯示不同的字符。例如：當P0口輸出的段碼為

11000000，數碼管顯示的字符為0。

數碼管顯示器有兩種工作方式，即靜態顯示方式和動態掃描顯示方式。為節省端

口及降低功耗，本系統采用動態掃描顯示方式。動態掃描顯示方式需要解決多位LED

數碼管的“段控”和“位控”問題，本電路的通過P1口實現：而每一位的公共端，

即LED數碼管的“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，其它各位的字位線處于斷開狀態，同時字段線上輸

出這一位相應要顯示字符的字段碼。在這一瞬時，只有這一位在顯示，其他幾位則暗。

在本系統中，字位線的選通與否是通過PNP三極管的導通與截止來控制，即三極管

處于“開頭”狀態。

2．5 硬件電路

單片機的P3.3引腳接外部的脈沖源，通過內部的定時器控制計算脈沖個數，這

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

LED數碼管顯示。其具體的系統電路圖參見圖3所示。

圖3 系統電路圖

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 系統的軟件設計

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本系統的軟件設計主要是通過定時器計脈沖個數，然后顯示在LED數碼管上。

3．1 系統主程序設計

通過外部脈沖輸入到P3.3口。當 引腳上出現高電平時，定時器T1即開始

INT1

對12分頻時鐘周期計數，直到 引腳變低電平為止，然后讀出T1計數器的值并

INT1

顯示。

圖4 脈沖源

假設我們使用的脈沖源如圖4所示。

3．2 系統源程序設計

ORG 0000H

AJMP START

ORG 1000H

；對定時器初始化 START:MOV TMOD,#90H

MOV TL1,#00H

MOV TH1,#00H

WAIT1:JB P3.3，WAIT1 ；等待 變低

SETB TR1 ；啟動T1計數

升高 ；等待 WAIT2：JNB P3.3，WAIT2

變低 ；等待 WAIT3：JB P3.3，WAIT3

CLR TR1 ；停止T1計數

MOV A，TL1 ；讀出TL1的計數值

CLR C

SUBB A，#30H

SWAP A

MOV 40H，A ；暫存A的內容

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 ；輸出數字

MOV R7, #200

： MOV R6, #123 ；延時程序 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 系統調試與測試結果分析

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略

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第4節 結 束 語

初學單片機，對所學知識掌握不夠全面，這次的系統設計有點粗糙，正所謂困難

重重，剛好有個電子鐘的課程設計，就按照它的設計過程的思想作為參考，本想把所

學知識全應用起來，做一個帶創新的思路的系統設計，但是還是沒有頭緒。結合老師

上課所講的，就決定做這個窄帶脈沖寬度檢測，因為這個對我來說比較容易理解，設

計思路比較清晰。

雖然這個設計沒有經過實物器件的調試，但是我體會到了，單片機設計的整個過

程。它需要系統整體設計，硬件設計，軟件設計，和調試測試等等步驟。軟件設計要

和硬件設計相結合，他們是有相互聯系的。在本系統中，難免有些錯誤，希望老師批

評指正。

《單片機》是一門實用型課程，學好這單片機對今后的工作是很有幫助的，雖然

課程已經學完，但不能把所學知識給忘了，而應該繼續學習，更深層次的學習，在此

感謝在學習中給予幫助的老師和同學，把單片機學的更好，把創新應用在實踐中。

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參考文獻

[1] 賈金玲，《單片機原理及應用——理論、實驗、課程設計》，電子科技大學出版社，2005年

[2] 徐永龍，《單片機原理及應用》，機械工業出版社，2004年

[3] 韓太林，《單片機原理及應用》，電子工業出版社，2004年

[4] 付曉光，《單片機原理與實用技術》，清華大學出版社，2004年

[5] 胡漢才，《單片機原理及系統設計》，清華大學出版社，2002年1月

[6] 余水寶，《單片機課程設計》，數理與信息學院，2006年6月

[7] 楊西明，朱騏，《單片機編程與應用入門》，機械工業出版社，2004年

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