【文章內(nèi)容簡介】 方式控制字為51H。如果單片機(jī)晶振采用12MHz，其機(jī)器周期為1，（下文介紹）。當(dāng)T0開始定時計數(shù)同時，打開計數(shù)器t1，對外部脈沖技術(shù)，當(dāng)T0達(dá)到定時值時，響應(yīng)中斷，關(guān)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(jī)內(nèi)的一個定時/計數(shù)器，以單片機(jī)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器周期作為標(biāo)準(zhǔn)時間信號，被測量信號的周期作為閘門，由程序控制開關(guān)對標(biāo)準(zhǔn)時間信號進(jìn)行計數(shù)。將單片機(jī)內(nèi)定時/計數(shù)器T0定位16位定時器，對內(nèi)部機(jī)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(dāng)緊接著的另一個下降沿被檢測到時關(guān)T0計數(shù)。 綜上所述，本設(shè)計測頻法與測周法相結(jié)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(jìn)制除法的運算，提高系統(tǒng)得響應(yīng)速度，為了保證測頻法的測量精度，程序中設(shè)計了一個計數(shù)門檻值,當(dāng)閘門時間到時，若對信號脈沖計數(shù)值N,則進(jìn)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(shè)計的關(guān)鍵之一。程序流程圖如下圖所示：中斷入口到達(dá)設(shè)定時間N保護(hù)N賦初值關(guān)定時器檢測到下降沿開計數(shù)器下一個下降沿到，關(guān)計數(shù)器保護(hù)TE TH TL值置測頻計算標(biāo)志置測周計算標(biāo)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，該程序包含三大任務(wù)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(wù)模塊之間相互獨立，同時或交叉的執(zhí)行各自任務(wù)，三者之間的相互聯(lián)系由三個標(biāo)志位完成，十分有效的利用了CPU的時間，這是軟件設(shè)計的又一關(guān)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(jī)在12MHz晶振時最大定時時間為=，為了獲得更長的閘門時間，擴(kuò)展一個軟件定時/計數(shù)器TE，當(dāng)硬件定時/計數(shù)器溢出中斷時，在中斷服務(wù)程序中加1，然后進(jìn)行改任務(wù)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(dāng)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(wù)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(biāo)志=1？停定時/計時器保護(hù)N保護(hù)TE TH TL置測周計算標(biāo)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(wù)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(wù)程序中完成的，它是通過不斷的查詢兩個計算標(biāo)志來決定進(jìn)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(biāo)志=1？測周計算標(biāo)志=1？清0測頻計算標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(wù)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(yīng)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(shè)計 硬件結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：圖10 單片機(jī)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(chǔ)。 地址所存器擴(kuò)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(dāng)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(kuò)展電路圖如下： 圖11 8031地址總線擴(kuò)展電路圖 擴(kuò)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(jìn)制數(shù)）。為輸入信號。當(dāng)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(dāng)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(dāng)對EPROM編程時，由此加入編程脈沖。讀時為高電平。8031需要擴(kuò)展ROM；8051/8751片內(nèi)有4kBROM，不夠用時也需要擴(kuò)展。外部數(shù)據(jù)存儲器又稱為外部數(shù)據(jù)RAM，當(dāng)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(kuò)展外部數(shù)據(jù)RAM(擴(kuò)展方法見相關(guān)章節(jié))，其最大容量可達(dá)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(jìn)行堆棧操作。在本設(shè)計中其外部擴(kuò)展電路如下圖所示圖12 8031的外部擴(kuò)展電路圖當(dāng)803l單片機(jī)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(jìn)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(kuò)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