基于单片机的窄带脉冲宽度检测_单片机课程设计

单片机课程设计————基于单片机的窄带脉冲宽度检测 prince

目 录

第1节 引 言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

1.1 系统概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

1.2 设计任务 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

第2节 系统硬件设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

2.1 系统的硬件构成及功能„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

2.2 AT89C2051单片机及其引脚说明„„„„„„„„„„„„„„„2

2.3 CD4511芯片说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

2.4 LED数码管显示说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

2.5 硬件电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

第3节 系统软件设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

3.1 系统的主程序设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

3.2 系统的源程序设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

第4节 系统调试与测试结果分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

第5节 结束语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10

参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

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基于单片机的窄带脉冲宽度检测

第1节 引 言

一般单片机能够检测较宽的脉冲，但很难检测窄带脉冲，该系统只要是用于检测

窄带脉冲，并显示其宽度的功能。

1．1 系统概述

本系统使用AT89C2051单片机，利用定时器T1门控GATE的功能，测量引脚

INT1

出现的正脉冲宽度，并用LED数码管显示出来。 上

1．2 设计任务

设计要完成的任务有硬件设计和软件设计。硬件方面，AT89C2051单片机的P3.3

口测试外部脉冲。P1口可以接LED数码管。软件方面，利用单片机的定时完成正脉

冲宽度的读取，然后用到P1口使LED数码管显示。

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第2节 系统硬件设计

硬件电路关系到软件的编程，也要有利用系统的实际应用。

2．1 系统的硬件构成及功能

本系统有以下几个部件组成：单片机AT89C2051，CD4511芯片电源，LED数码管

等。

单片机即单片微型计算机，是集CPU，ROM，RAM，I/O口，内部总线及中断系统

于一体的微控制器，它体积小，重量轻，功能强，广泛应用于智能产品及工业自动控

制上，而51单片机是各单片机最为典型和最有代表性的一种。

电源提供单片机正常工作，单片机只需+5V的电压，可以通过220V的市电通过

变压、整流稳压来得到，维持系统的正常工作。

LED数码管用于显示所检测外部输入脉冲的宽度，直观

2．2 AT89C2051单片机及其引脚说明

AT89C2051单片机是51系列单片机的一个成员，是8051单片机的简化版。内部

自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压、高性能COMS八位微处理器，与Intel

MCS-51系列单片机的指令和输出管脚相兼容。由于将多功能八位CPU和闪速存储器

结合在单个芯片中，因此，AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最

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

销，节省了成本，提高了系统的性价比。

AT89C2051单片机是一个有20个引脚的芯片，引脚配置如图1所示。与8051相

比，AT89C2051减少了两个对外端口（即P0、P2口），使它最大可能地减少了对外引

脚下，因而芯片尺寸有所减小。

图1 AT89C2051引脚配置

AT89C2051芯片的20个引脚功能为：

VCC 电源电压。

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GND 接地。

RST 复位输入。当RST变为高电平并保持2个机器周期时，所有I/O引脚复位

至“1”。

XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2 来自反向振荡放大器的输出。

P1口 8位双向I/O口。引脚P1.2～P1.7提供内部上拉，当作为输入并被外部

下拉为低电平时，它们将输出电流，这是因内部上拉的缘故。P1.0和P1.1需要外部

上拉，可用作片内精确模拟比较器的正向输入（AIN0）和反向输入（AIN1），P1口输

出缓冲器能接收20mA电流，并能直接驱动LED显示器；P1口引脚写入“1” 后，可

用作输入。在闪速编程与编程校验期间，P1口也可接收编码数据。

P3口 引脚P3.0～P3.5与P3.7为7个带内部上拉的双向I/0引脚。P3.6在内部已

与片内比较器输出相连，不能作为通用I/O引脚访问。P3口的输出缓冲器能接收20mA

的灌电流；P3口写入“1”后，内部上拉，可用输入。P3口也可用作特殊功能口，其

功能见表1。P3口同时也可为闪速存储器编程和编程校验接收控制信号。

2．3 CD4511芯片说明

CD4511是BCD锁存—段码译码—共阴LED驱动集成电路，其引脚如图2所示，

各引脚功能如下：

图2 CD4511各引脚配置

V：接正电源；

CC

V：接地；

SS

A, B, C, D：BCD码输入脚（A为最低位，D为最高位）；

Qa～Qg：段码输出脚，高电平有效，最大可输出25mA电流；

BI：熄灭，接低电平则Qa～Qg全部输出低电平；

LT：点亮测试，接低电平则Qa～Qg全部输出高电平；

LE：锁存允许，接高电平锁存，则输出不会随BCD码输入改变

2．4 LED数码管显示说明

由于系统要显示的内容比较简单，显示量不多，所以选用数码管既方便又经济。

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LED有共阴极和共阳极两种。如图所示。

二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的阳

极连接在一起，接入+5V的电压。一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光

二极管构成字型“8”的各个笔划（段）a～g，另一个小数点为dp发光二极管。当在

某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。为了保护各

段LED不被损坏，需外加限流电阻。

LED数码管结构原理图：

g f com a b

a

f b

g

e

c

d

dp

e d com c dp

符号和引脚

共阴极 高电平驱动 共阳极 低电平驱动

LED显示数码管通常由硬件7段译码集成电路，完成从数字到显示码的译码驱

动。本系统采用软件译码，以减小体积，降低成本和功耗，软件译码的另一优势还在

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于比硬件译码有更大的灵活性。所谓软件译码，即由单片机软件完成从数字到显示码

的轮换。从LED数码管结构原理图可知，为了显示字符，要为LED显示数码管提供

显示段码，组成一个“8”字形字符的7段，再加上1个小数点位，共计8段，因此

提供给LED数码管的显示段码为1个字节。各段码位与显示段的对应关系如表：

段码位

显示段

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

dp g f e d c b a

各段码位的对应关系

当用数据口连接LED数码管a～dp引脚时，不同的连接方法，各段码位与显示

段有不同的对应关系。通常数据口的D0位与a段连接，D1位与b段连接，„„D7

位与dp段连接，如上表所示，LED数码管显示的十六制数和空白字符与P的显示段

码。

字型 共阳极段 共阴极段 字型 共阳极段 共阴极段

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显示段码

在该系统中，根据由于硬件连线的不同，各段码的关系如下：

段码位

显示段

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

dp b a f g c d e

因此在该系统中所出现的LED数码管显示的十六进制数和空白字符与P的显示段

码也要根据此修改。

根据AT89C2051单片机灌电流能力强，拉电流能力弱的特点，选用共阳数码管。

将AT89C2051的P1.0～P1.7分别与共阳数码管的a～g及dp相连，高电平的位对应

的LED数码管的段暗，低电平的位对应的LED数码管的段亮，这样，当P0口输出

不同的段码，就可以控制数码管显示不同的字符。例如：当P0口输出的段码为

11000000，数码管显示的字符为0。

数码管显示器有两种工作方式，即静态显示方式和动态扫描显示方式。为节省端

口及降低功耗，本系统采用动态扫描显示方式。动态扫描显示方式需要解决多位LED

数码管的“段控”和“位控”问题，本电路的通过P1口实现：而每一位的公共端，

即LED数码管的“位控”，则由P3口控制。这种连接方式由于多位字段线连在一起，

因此，要想显示不同的内容，必然要采取轮流显示的方式，即在某一瞬间，只让其中

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的某一位的字位线处于选通状态，其它各位的字位线处于断开状态，同时字段线上输

出这一位相应要显示字符的字段码。在这一瞬时，只有这一位在显示，其他几位则暗。

在本系统中，字位线的选通与否是通过PNP三极管的导通与截止来控制，即三极管

处于“开头”状态。

2．5 硬件电路

单片机的P3.3引脚接外部的脉冲源，通过内部的定时器控制计算脉冲个数，这

与单片机的晶振频率有关。通过2片CD4511芯片输出2个4位BCD码，再输出到

LED数码管显示。其具体的系统电路图参见图3所示。

图3 系统电路图

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节 系统的软件设计

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本系统的软件设计主要是通过定时器计脉冲个数，然后显示在LED数码管上。

3．1 系统主程序设计

通过外部脉冲输入到P3.3口。当 引脚上出现高电平时，定时器T1即开始

INT1

对12分频时钟周期计数，直到 引脚变低电平为止，然后读出T1计数器的值并

INT1

显示。

图4 脉冲源

假设我们使用的脉冲源如图4所示。

3．2 系统源程序设计

ORG 0000H

AJMP START

ORG 1000H

；对定时器初始化 START:MOV TMOD,#90H

MOV TL1,#00H

MOV TH1,#00H

WAIT1:JB P3.3，WAIT1 ；等待 变低

SETB TR1 ；启动T1计数

升高 ；等待 WAIT2：JNB P3.3，WAIT2

变低 ；等待 WAIT3：JB P3.3，WAIT3

CLR TR1 ；停止T1计数

MOV A，TL1 ；读出TL1的计数值

CLR C

SUBB A，#30H

SWAP A

MOV 40H，A ；暂存A的内容

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 ；输出数字

MOV R7, #200

： MOV R6, #123 ；延时程序 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节 系统调试与测试结果分析

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略

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第4节 结 束 语

初学单片机，对所学知识掌握不够全面，这次的系统设计有点粗糙，正所谓困难

重重，刚好有个电子钟的课程设计，就按照它的设计过程的思想作为参考，本想把所

学知识全应用起来，做一个带创新的思路的系统设计，但是还是没有头绪。结合老师

上课所讲的，就决定做这个窄带脉冲宽度检测，因为这个对我来说比较容易理解，设

计思路比较清晰。

虽然这个设计没有经过实物器件的调试，但是我体会到了，单片机设计的整个过

程。它需要系统整体设计，硬件设计，软件设计，和调试测试等等步骤。软件设计要

和硬件设计相结合，他们是有相互联系的。在本系统中，难免有些错误，希望老师批

评指正。

《单片机》是一门实用型课程，学好这单片机对今后的工作是很有帮助的，虽然

课程已经学完，但不能把所学知识给忘了，而应该继续学习，更深层次的学习，在此

感谢在学习中给予帮助的老师和同学，把单片机学的更好，把创新应用在实践中。

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参考文献

[1] 贾金玲，《单片机原理及应用——理论、实验、课程设计》，电子科技大学出版社，2005年

[2] 徐永龙，《单片机原理及应用》，机械工业出版社，2004年

[3] 韩太林，《单片机原理及应用》，电子工业出版社，2004年

[4] 付晓光，《单片机原理与实用技术》，清华大学出版社，2004年

[5] 胡汉才，《单片机原理及系统设计》，清华大学出版社，2002年1月

[6] 余水宝，《单片机课程设计》，数理与信息学院，2006年6月

[7] 杨西明，朱骐，《单片机编程与应用入门》，机械工业出版社，2004年

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