【文章內(nèi)容簡介】 方式控制字為51H。如果單片機晶振采用12MHz，其機器周期為1，（下文介紹）。當T0開始定時計數(shù)同時，打開計數(shù)器t1，對外部脈沖技術，當T0達到定時值時，響應中斷，關計數(shù)器T1。（5）測周法測量：適用于較低頻率的信號。采用單片機內(nèi)的一個定時/計數(shù)器，以單片機內(nèi)標準機器周期作為標準時間信號，被測量信號的周期作為閘門，由程序控制開關對標準時間信號進行計數(shù)。將單片機內(nèi)定時/計數(shù)器T0定位16位定時器，對內(nèi)部機器周期計數(shù)，即方式控制字為01H。，檢測到下降沿時開定時/計數(shù)器T0，當緊接著的另一個下降沿被檢測到時關T0計數(shù)。 綜上所述，本設計測頻法與測周法相結合的方案。在被測信號頻率較高時，采用測頻法，閘門時間t可以選擇為2的整數(shù)次冪數(shù)，以簡化二進制除法的運算，提高系統(tǒng)得響應速度，為了保證測頻法的測量精度，程序中設計了一個計數(shù)門檻值,當閘門時間到時，若對信號脈沖計數(shù)值N,則進行測頻法計算；否則轉(zhuǎn)入測周法。這樣就保證了相對計數(shù)誤差小于，而且同時實現(xiàn)了由測頻法向測周法的自動轉(zhuǎn)換，這是本儀器軟件設計的關鍵之一。程序流程圖如下圖所示：中斷入口到達設定時間N保護N賦初值關定時器檢測到下降沿開計數(shù)器下一個下降沿到，關計數(shù)器保護TE TH TL值置測頻計算標志置測周計算標志中斷返回NNYY圖6 定時/計數(shù)器中斷程序流程圖4．2 程序結構由于雙路信號的測量完全獨立，所以下面以單路測量為例說明程序結構，該程序包含三大任務模塊：閘門時間控制模塊，信號脈沖計數(shù)模塊，計算顯示模塊。各任務模塊之間相互獨立，同時或交叉的執(zhí)行各自任務，三者之間的相互聯(lián)系由三個標志位完成，十分有效的利用了CPU的時間，這是軟件設計的又一關鍵之處。閘門時間控制是由定時/計數(shù)器配合軟件實現(xiàn)的，8031單片機在12MHz晶振時最大定時時間為=，為了獲得更長的閘門時間，擴展一個軟件定時/計數(shù)器TE，當硬件定時/計數(shù)器溢出中斷時，在中斷服務程序中加1，然后進行改任務模塊（閘門控制模塊）的其他各項處理。程序流程如圖5。這里需要著重說明一點，TE、TH、TL三個單元內(nèi)容的含義在測頻法和測周法中是不同的，在測頻法時。定時/計數(shù)器用于“定時”，計算時并不直接運用TE、TH、TL的內(nèi)容。而在測周法時定時/計數(shù)器用于“計數(shù)”TE、TH、TL三單元內(nèi)容將用于計算閘門時間t=（TE TH TL）/。因此在程序中有測頻法向測 周法大膽地轉(zhuǎn)換時，需對TE、TH、TL三個單元內(nèi)容作一次變動。 信號脈沖計數(shù)是由外部中斷配合軟件計數(shù)器完成的，在8031內(nèi)部RAM中開辟兩個字節(jié)作為信號脈沖軟 件計數(shù)單元。最多計數(shù)65536個脈沖信號，當傳感器信號脈沖的下降沿引起外部中斷時若處于測頻法測量，在外部中斷服務程序中對軟件計數(shù)單元加1然后返回中斷。若處在測周法測量，需要立即停止定時/計數(shù)運行，用以得到整周期的運行時間，并將定時/計數(shù)器的計算值以及信號脈沖的計數(shù)值保存起來，供測周法計算使用。程序流程如下圖所示：N入 口N+1 N測周標志=1？停定時/計時器保護N保護TE TH TL置測周計算標志重賦初值啟動定時/計數(shù)器中斷返回Y圖7 外部中斷服務程序流程圖計算顯示模塊與上兩個不同，它不是在中斷服務程序中完成的，它是通過不斷的查詢兩個計算標志來決定進行測頻計算還是測周計算。程序流程如圖8，測頻法計算相對簡單，若閘門時間t=2m秒，只須將計數(shù)值N右移或左移m位，再乘以系數(shù)（求線速度時為）初 始 化測頻計算標志=1？測周計算標志=1？清0測頻計算標志調(diào)用測頻計算子程序調(diào)用顯示子程序開 始清0測周計算標志調(diào)用測周計算子程序NNYY圖8 計算顯示模塊流程圖就可以了。而在測周法計算時，首先要測出閘門時間t，然后被N除，再乘以系數(shù)，為保證計算精度，程序采用浮點運算?？v觀上述三個模塊，“測頻法計算標志”建立了閘門時間控制模塊與計算顯示之間的聯(lián)系，“測周法計算標志”則建立了閘門時間可能改制模塊與信號脈沖計數(shù)模塊之間的聯(lián)系，各任務模塊之間既獨立又聯(lián)系，硬件與軟件相配合，中斷與查詢相配合，有效利用CPU時間，有利于提高系統(tǒng)得響應速度。另外，系統(tǒng)顯示部分操作比較簡單，在此，只對顯示流程圖作說明， LED采用軟件譯碼器動態(tài)掃描顯示方式。流程圖如下：開始置段、位選碼初值8155初始化位選碼 PA口查段選碼表段選碼 PB口延時1ms指向下一個單元顯示完成返回Y選擇下一位N圖9 顯示程序流程圖5 硬件設計 硬件結構圖系統(tǒng)硬件結構圖如下圖所示：圖10 單片機測量處理硬件原理框圖另外，如果要使測量精度更高，可以使用兩路信號同時測量，最后取平均值得方法。由于兩路閘門時間信號是分別產(chǎn)生的，因此兩路速度信號的測量是完全獨立且方法相同，文中不再用篇幅介紹都是以測周法和測頻法作為基礎。 地址所存器擴展電路用74LS373作為地址鎖存器，使數(shù)據(jù)和地址信號分開。74LS373是三態(tài)8D觸發(fā)器。鎖存端LE 由高變低時，輸出端8 位信息被鎖存，直到LE 端再次有效。74LS273 是8D 觸發(fā)器，當CLK 端上升沿到來時，將D 端的數(shù)據(jù)鎖存。CLR為低電平時被清0。作為地址鎖存器使用，可將ALE 反相接CLK 端，CLR接+5V。其擴展電路圖如下： 圖11 8031地址總線擴展電路圖 擴展程序存儲器電路8031片內(nèi)不帶程序存儲器ROM，使用時用戶需外接程序存儲器和一片邏輯電路373，外接的程序存儲器多為EPROM的2764系列。2764的引線：2764是一塊8K8bit的EPROM芯片A12～A0190。190。13位地址信號輸入線，說明芯片的容量為8K＝213個單元。D7～D0 190。190。8位數(shù)據(jù)，表明芯片的每個存貯單元存放一個字節(jié)（8位二進制數(shù)）。為輸入信號。當它有效低電平時，能選中該芯片，故又稱為選片信號。為輸出允許信號。當為低電平時，芯片中的數(shù)據(jù)可由D7～D0輸出。為編程脈沖輸入端。當對EPROM編程時，由此加入編程脈沖。讀時為高電平。8031需要擴展ROM；8051/8751片內(nèi)有4kBROM，不夠用時也需要擴展。外部數(shù)據(jù)存儲器又稱為外部數(shù)據(jù)RAM，當803l片內(nèi)128個字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM不能滿足數(shù)量上的要求時，可通過總線端口和其它I／O端口擴展外部數(shù)據(jù)RAM(擴展方法見相關章節(jié))，其最大容量可達64K字節(jié)。外部數(shù)據(jù)RAM與內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM的功用基本相同，但前者不能進行堆棧操作。在本設計中其外部擴展電路如下圖所示圖12 8031的外部擴展電路圖當803l單片機同時外接有程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器時，兩者的區(qū)別在于：程序存儲器只有讀操作而無寫操作，且讀操作信號由引腳PSEN直接提供；數(shù)據(jù)存儲器則有讀寫操作，且由引腳信號RD和WR選通讀寫操作。對片內(nèi)RAM和片外RAM操作的區(qū)別在于：片內(nèi)RAM操作時無讀寫信號產(chǎn)生，片外RAM操作時則有讀寫信號（RD,WR）產(chǎn)生。上面是不同的存儲器操作在硬件信號方面的區(qū)別，這些反映在符號指令上則是有著完全不同的符號形式和尋址方式.內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM的數(shù)據(jù)操作：可進行讀寫操作。按直接字節(jié)地址作直接尋址或用工作寄存器組中的R0或R1作寄存器間接尋址訪問片外程序存儲器的操作時序：訪問程序存儲器的控制信號 ALE地址鎖存信號 PSEN片外程序存儲器讀信號 EA片內(nèi)、外程序存儲器訪問選擇信號。EA=0：訪問片外；EA=1：訪問片內(nèi)。擴展8KB/16KB EPROM：（1）常用的程序存儲器芯片 EPROM紫外線擦除的可編程只讀存儲器常用的芯片有：2764（8KB，13位地址線）、27128（16KB,14位地址）、27256（3