单片机脉冲信号测量

南京理工大学泰州科技学院 机电一体化技术与系统

课程设计

指导者： 王荣林

评阅者：

2011.10

姓 名:

赵旻晟 学 号： 0801010450 学院（系）:

机械工程学院 专 业:

机械工程及自动化 题 目:

基于单片机的脉冲信号测试仪设计

摘要：脉冲信号测量仪是一种常用的设备，它可以测量脉冲信号的脉冲宽度，频率等参数，并用十进制数字显示出来。利用定时器的门控信号GATE进行控制可以实现脉冲宽度的测量。在单片机应用系统中，为了便于对LED显示器进行管理，需要建立一个显示缓冲区。本文介绍了基于单片机AT89C51的脉冲信号参数测量仪的设计。该设计可以对脉冲信号的宽度，频率等参数进行测量。

关键词：脉冲信号，频率，宽度，单片机AT89C51

目录

一、引言 (4)

二、设计方案及原理 (5)

三、硬件设计任务 (5)

3.1基于AT89C51脉冲信号测量系统硬件设计详细分析 (6)

3.1.1 AT89C51单片机工作电路 (6)

3.1.2基于AT89C51脉冲信号测量系统复位电路 (7)

3.1.3基于AT89C51脉冲信号测量系统时钟电路 (8)

3.1.4基于AT89C51脉冲信号测量系统按键电路 (9)

3.1.5基于AT89C51脉冲信号测量系统显示电路 (10)

四、收获与感谢 (15)

五、参考文献 (15)

六、附录 (16)

6.1脉冲信号宽度测量设计程序 (16)

6.2脉冲信号频率测量设计程序 (18)

1、引言

单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。由于单片机稳定可靠、物美价廉、功耗低，所以单片机的应用日益广泛深入，涉及到各行各业，如工业自动化、智能仪表与集成智能传感器、家用电器等领域。单片机应用的意义绝不仅限于它的广阔范围以及带来的经济效益，更重要的意义在于，单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统的设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在使用单片机通过软件就能实现了。随着单片机应用的推广普及，单片机控制技术将不断发展，日益完善。因此，本课程设计旨在巩固所学的关于单片机的软件及硬件方面的知识，激发广大学生对单片机的兴趣，提高学生的创造能力，动手能力和将所学知识运用于实践的能力。

中断功能是一种应用比较广泛的功能，它指的是当CPU正在处理某件事情的时候，外部发生了某一件事（如一个电平的变化，一个脉冲沿的发生或定时器计数溢出等）请求CPU迅速去处理，于是，CPU暂时终止当前的工作，转去处理所发生的事件。中断服务处理完该事件以后，再回到原来被中止的地方继续原来的工作，这样的过程称为中断。本文中用到了定时器T0溢出中断，以实现软件延时。脉冲信号测量仪是一种常用的设备，它可以测量脉冲信号的脉冲宽度，脉冲频率等参数。

2、设计方案及原理

系统框图

图中给出了整个系统设计的系统框图，系统主要由三个主要部分组成，单片机和晶振电路设计，显示电路设计，复位电路设计。

3、硬件设计任务

AT89C51基本工作电路设计：使单片机正常工作；

时钟电路：为单片机提供时钟信号；

复位电路：为单片机提供高电平复位信号；

显示电路：显示当前测量脉冲宽度；

按键电路：开始测量脉冲信号；

3.1基于AT89C51脉冲信号测量系统硬件设计详细分析

3.1.1 AT89C51单片机工作电路

本设计的核心是单片机电路，考虑到需要一个中断输入，存储容量、外部接口对单片机端口的需要以及兼顾到节约成本的原则，选用了常用的AT89C51单片机。AT89C51是低功耗、高性能、经济的8位CMOS微处理器，工作频率为0—24MHz，内置4K字节可编程只读闪存，128x8位的内部RAM，16位可编程I／O总线。它采用Atmel公司的非易储器制造技术，与MCS51的指令设置和芯片引脚可兼容。AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。AT89C51工作的最简单的电路是其外围接一个晶振和一个复位电路，给单片机接上电源和地，单片机就可以工作了。其最简单的工作原理图如下图。

AT89C51单片机工作电路

3.1.2基于AT89C51脉冲信号测量系统复位电路

MCS-51的复位是由外部的复位电路来实现的。MCS-51单片机片内复位，复位引脚RST通过一个斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。

复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经电阻与电源Vcc接通而实现的。按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的。

上电复位电路

上图兼有上电复位和按钮复位的电路。在单片机设计中，若有外部扩展的I/O 接口电路需初始复位，如果它们的复位端和MCS-51单片机的复位端相连，复位电路中的R、C参数要受到影响，这时复位电路中的R、C参数要统一考虑以保证可靠的复位。如果单片机MCS-51单片机与外围I/O接口电路的复位电路和复位时间不完全一致，使单片机初始化程序不能正常运行，外围I/O接口电路的复位也可以不和MCS-51单片机复位端相连，仅采用独立的上电复位电路。一般来说，单片机的复位速度比外围I/O快些。若RC上电复位电路接MCS-51单片机和外围电路复位端，则能使系统可靠地同步复位。为保证系统可靠复位，在初始化程序中应用到一定的复位延迟时间。

复位电路软件程序跑飞或者硬件发生错误的时候产生一个复位信号，控制MCS-51单片机从0000H单元开始执行程序，重新执行软件程序。此电路的输出端RESET接在单片机的复位引脚。

3.1.3基于AT89C51脉冲信号测量系统时钟电路