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1、精品毕业设计 数理与信息工程学院系 统 设 计题 目： 基于单片机的窄带脉冲宽度检测 专 业： 计算机科学与技术（专升本） 班 级： 专升本056班 姓 名： 葛尧鼎 学号： 05191134 完稿时间： 2006.6 指导老师： 余水宝 成 绩： ( 2006.6 )精品毕业设计目 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22.1 系统的硬件构成及功能22.2 AT89C2051单片机及其引脚说明22.3 CD4511芯片说明32.4 LED数码管显示说明42.5 硬件电路6第3节 系统软件设计73.1 系统的主程序设计73.2 系统的源程序设计7
2、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。11 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 上 出现的正脉冲宽度，并用LED数码管显示出来。12 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。第2节 系统硬件设计硬件电路关系到
3、软件的编程，也要有利用系统的实际应用。21 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22 AT89C2051单片机及其引脚说明AT89C2051单片机是5
4、1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
5、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。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P1.2P1.7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
6、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P3.0P3.5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。23 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VCC：接正电源；VSS：接地；A, B, C, D：BC
7、D码输入脚（A为最低位，D为最高位）；QaQg：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QaQg全部输出低电平；LT：点亮测试，接低电平则QaQg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24 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。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）ag，另一个小数点为dp发光二极管
8、。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 f eddpcbage 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
9、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：各段码位的对应关系段码位D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0显示段dpgfedcba 当用数据口连接LED数码管adp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。LED显示段码字型共阳极段共阴极段字型共阳极段共阴极段0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA
10、1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71H7F8H07H空白FFH00H880H7FHP8CH73H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D7D6D5D4D3D2D1D0显示段dpbafgcde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P1.0P1.7分别与共阳数码管的ag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
11、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
12、。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。25 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。AT89C2051RST VCC P1.7 P1.6 P1.5 P1.4P3.3 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0GND+5VDVcc LT QaC CD4511 .B .A . Vss LE Qg+5VDVcc LT QaC CD4511 .B .A . Vss LE Qg+5V图3
13、 系统电路图第3节 系统的软件设计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。31 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计数器的值并显示。图4 脉冲源假设我们使用的脉冲源如图4所示。32 系统源程序设计ORG 0000HAJMP STARTORG 1000HSTART:MOV TMOD,#90H；对定时器初始化MOV TL1,#00HMOV TH1,#00HWAIT1:JB P3.3，WAIT1；等待 变低SETB TR1；启动T1计数WAIT2：JNB P3.
14、3，WAIT2；等待 升高WAIT3：JB P3.3，WAIT3；等待 变低CLR TR1；停止T1计数MOV A，TL1；读出TL1的计数值CLR CSUBB A，#30HSWAP AMOV 40H，A；暂存A的内容MOV A，TH1CLR CSUBB A，#30HANL A，40HMOV DPTR，#TABMOV A，A+DPTRMOV P1，A；输出数字MOV R7, #200 DLY1： MOV R6, #123 ；延时程序 DLY2： DJNZ R6, DLY2 DLY2： NOP DJNZ R7，DLY1TAB：DB C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H DB 92H，82
15、H，0F8H，80H，90H END第4节 系统调试与测试结果分析略第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
16、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。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