基于单片机脉冲宽度的测量的设计

、PWM原理2、调制器设计思想3、具体实现设计一、PWM（脉冲宽度调制Pulse Width Modulation）原理：脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比与信号的瞬时采样值成比例。

图1所示为脉冲宽度调制系统的原理框图和波形图。

该系统有一个比较器和一个周期为Ts的锯齿波发生器组成。

语音信号如果大于锯齿波信号，比较器输出正常数A，否则输出0。

因此，从图1中可以看出，比较器输出一列下降沿调制的脉冲宽度调制波。

通过图1b的分析可以看出，生成的矩形脉冲的宽度取决于脉冲下降沿时刻t k时的语音信号幅度值。

因而，采样值之间的时间间隔是非均匀的。

在系统的输入端插入一个采样保持电路可以得到均匀的采样信号，但是对于实际中tk-kTs< （1）其中，x{t}是离散化的语音信号；Ts是采样周期；是未调制宽度；m是调制指数。

然而，如果对矩形脉冲作如下近似：脉冲幅度为A，中心在t = k Ts处，在相邻脉冲间变化缓慢，则脉冲宽度调制波xp(t)可以表示为：（2）其中，。

无需作频谱分析，由式（2）可以看出脉冲宽度信号由语音信号x(t)加上一个直流成分以及相位调制波构成。

当时，相位调制部分引起的信号交迭可以忽略，因此，脉冲宽度调制波可以直接通过低通滤波器进行解调。

二、数字脉冲宽度调制器的实现：实现数字脉冲宽度调制器的基本思想参看图2。

图中，在时钟脉冲的作用下，循环计数器的5位输出逐次增大。

5位数字调制信号用一个寄存器来控制，不断于循环计数器的输出进行比较，当调制信号大于循环计数器的输出时，比较器输出高电平，否则输出低电平。

循环计数器循环一个周期后，向寄存器发出一个使能信号EN，寄存器送入下一组数据。

在每一个计数器计数周期，由于输入的调制信号的大小不同，比较器输出端输出的高电平个数不一样，因而产生出占空比不同的脉冲宽度调制波。

图3为了使矩形脉冲的中心近似在t=kTs处，计数器所产生的数字码不是由小到大或由大到小顺序变化，而是将数据分成偶数序列和奇数序列，在一个计数周期，偶数序列由小变大，直到最大值，然后变为对奇数序列计数，变化为由大到小。

一、总体设计概述本设计基于8051单片机为主控芯片，霍尔元件为测速元件， L298N为直流伺服电机的驱动芯片，利用 PWM调速方式控制直流电机转动的速度，同时可通过矩阵键盘控制电机的启动、加速、减速、反转、制动等操作，并由LCD显示速度的变化值。

二、直流电机调速原理根据直流电动机根据励磁方式不同，分为自励和它励两种类型，其机械特性曲线有所不同。

但是对于直流电动机的转速，总满足下式：式中U——电压；Ra——励磁绕组本身的内阻；——每极磁通（wb ）;Ce——电势常数；Ct——转矩常数。

由上式可知，直流电机的速度控制既可以采用电枢控制法也可以采用磁场控制法。

磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但是低速时受到磁场和磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。

电枢控制法在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上来控制电机的转速。

传统的改变电压方法是在电枢回路中串连一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低，平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。

随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制法。

如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制（PWM）调压等。

调压调速法具有平滑度高、能耗低、精度高等优点，在工业生产中广泛使用，其中PWM应用更广泛。

脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上的电压的“占空比”来改变平均电．压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。

如果电机始终接通电源是，电机转速最大为Vmax，占空比为D=t1/t，则电机的平均转速：Vd=Vmax*D，可见只要改变占空比D，就可以调整电机的速度。

平均转速Vd与占空比的函数曲线近似为直线。

电子科技大学综合课程设计报告基于单片机门控位的脉冲宽度测量与显示think2011/5/4一、 可行性分析及其原理：该项目是要实现脉冲宽度的测量，再把测量值用数码管显示。

为了实现这一功能我们大致把整个系统分为以下几个模块：1. 振荡器模块：产生某一特定振荡频率的时钟，一般要求这一频率较高，本题要求精度为10us ，所以采用100kHZ 的振荡频率即可。

2. 计数器模块：对振荡脉冲进行计数，用待测脉冲信号作为使能输入（或开关），这样就可以记录下脉冲有效的时间，计数值乘以10us 即为待测脉冲宽度。

3. 译码显示模块：题目中要求用数码管显示6位测量值，分别完成译码和数码管的静态显示或是动态扫描输出即可。

框图如下：二、 本次设计构思了两个方案：方案一：运用CD4518（BCD 码全加器）的级联来实现计数，CD4511七段译码，555多谐振荡器提供100kHZ 频率，待测信号输入到计数器使能。

电路连接图如下：上述方案为数码管静态显示。

优点为方案简单无需编程，只需要组合逻辑与时序逻辑即可完成。

缺点为硬件电路的连线过于复杂上容易出错且很难排除故障，另一个问题在于使用的外接振荡源精度不是很高，势必带来不小的误差。

此方案理论上可行，由于实际操作带来的不方便，我们考虑了后面一种方案。

方案二：利用单片机门控位实现脉冲宽度测量。

基本思路为：利用单片机内部定时器的GATE信号，对于定时器T0来讲，如果GATE=1，则用软件把TR0置1，且INT0为高电平时可以启动定时器T0，所以我们就把被测脉冲信号从INT0端输入，使其上升沿触发启动T0计数，下降沿停止T0计数。

定时器数值乘以机器周期即为脉冲宽度。

电路连接图如下：可以看出，电路结构由以下部分构成：1.振荡模块：12MHZ晶体振荡器，由XTAL1和XTAL2接入单片机。

2.单片机控制模块：AT89S51单片机实现控制，主要任务是对其进行必要的编程设计。

3.输出显示模块：由数码管动态扫描显示，注意P0需要外接上拉电阻。

山东科技大学电工电子实验教学中心创新性实验研究报告课程名称：单片机原理及应用实验项目名称脉冲宽度测量姓名学号_________________专业_____________ 班级____________指导教师及职称________________________开课学期2011 至2012 学年第一学期提交时间2012 年 1 月 3 日五、实验结果与分析1、实验现象、数据记录按照流程图所示，按动脉冲按钮，可以看到，显示屏显示出所测脉冲的宽度。

再次按动，可以清楚地观察到所示的示数变化。

每次显示的示数，都根据所按按钮的时间长短，即高电平的脉宽长度。

第一张图为T0工作方式，第二张图为T2捕捉方式。

六、实验结论七、指导老师评语及得分：附件：源程序等。

T0门控方式：ORG 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP T0_INTORG 0030H MAIN: MOV TMOD,#09HMOV TL0,#0FCHMOV TH0,#17HMOV R4,#00HMOV R3,#00HJB ,$SETB ET0SETB EAIOC: SETB TR0JNB ,$MOV R3,#00HMOV R4,#00HJB ,$CLR TR0MOV 34H,R4MOV 35H,R3LCALL BCDLCALL UBCD DIS: LCALL DISPJB ,IOCSJMP DIST0_INT:INC R3CJNE R3,#00H,NEXTINC R4NEXT: MOV TH0,#0FCHMOV TL0,#17HRETIBCD: MOV R7,#16CLR AMOV 47h,AMOV 46h,AMOV 45h,ABCD1:CLR CMOV A,35HRLC AMOV 35H,AMOV A,34HRLC AMOV 34H,AMOV A,47HADDC A,47HDA AMOV 47H,AMOV A,46HADDC A,46HDA AMOV 46H,AMOV A,45HADDC A,45HDA AMOV 45H,ADJNZ R7,BCD1RETUBCD:MOV A,45HANL A,#0F0HSWAP AMOV 50H,AMOV A,45HANL A,#0FHMOV 51H,AMOV A,46HANL A,#0F0HSWAP AMOV 52H,AMOV A,46HANL A,#0FHMOV 53H,AMOV A,47HANL A,#0F0HSWAP AMOV 54H,AMOV A,47HANL A,#0FHMOV 55H,ARETDISP:MOV R0,#55HMOV R2,#20HMOV A,#0FFHMOV P0,AACALL DIPMOV R0,#54H MOV R2,#10H ACALL DIPMOV R0,#53H MOV R2,#08H ACALL DIPMOV R0,#52H MOV R2,#04H MOV A,R2MOV P2,AMOV A,@R0MOV DPTR,#TABLE MOVC A,@A+DPTR ANL A,#7FHMOV P0,AACALL DELAY MOV R0,#51H MOV R2,#02H ACALL DIPMOV R0,#50HMOV R2,#01HACALL DIPRETDIP:MOV A,R2MOV P2,AMOV A,@R0MOV DPTR,#TABLEMOVC A,@A+DPTRMOV P0,AACALL DELAYRETDELAY:MOV R5,#9FHDJNZ R5,$RETTABLE:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H ,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH ENDT2捕捉方式：T2CON EQU 0C8HTH2 EQU 0CDHTL2 EQU 0CCHRCAP2H EQU 0CBHRCAP2L EQU 0CAHTR2 BIT 0CAHORG 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP T0_INTORG 0030H MAIN: MOV TMOD, #01HMOV T2CON,#0FHJB ,$STR: MOV TL0, #17HMOV TH0, #0FCHMOV TH2, #00MOV TL2 ,#00MOV 50H,#00HMOV 51H,50HCLRSETB EASETB ET0JNB , $SETB TR0SETB TR2JB , $CLR TR0MOV 50H,RCAP2LMOV 51H,RCAP2HLCALL ZHUANHUAN LOOP1: LCALL DISPJB ,STRAJMP LOOP1T0_INT: MOV TL0, #17HMOV TH0, #0FCHSETBNOPNOPCLRRETI ZHUANHUAN: CLR A百度文库- 好好学习，天天向上-9 MOV 38H,51H MOV 37H,50H MOV 34H,#0 MOV 35H,#0 MOV 36H,#0 MOV R7,#16LOOP2: CLR CMOV A,37HRLC AMOV 37H ,AMOV A,38HRLC AMOV 38H ,AMOV A,36HADDC A,36HDA AMOV 36H,AMOV A,35HADDC A,35HDA AMOV 35H,AMOV A,34HADDC A,34HDA AMOV 34H,ADJNZ R7 ,LOOP2MOV R1,#35HMOV R0,#36HMOV A,#00XCHD A,@R0MOV 58H,AMOV A,@R0SWAP AMOV 57H,AMOV A,#00XCHD A,@R1MOV 56H,AMOV A,@R1SWAP AMOV 55H,AMOV A,#00MOV R0,#34HXCHD A,@R0MOV 54H,AMOV A,@R0SWAP AMOV 53H,ARETDISP: MOV R0,#53HMOV R2,#01HLOP11: MOV A,#0FFHMOV P0,AMOV A,R2MOV P2,AMOV A,@R0MOV DPTR,#TABMOVC A,@A+DPTRCJNE R0,#55H,LOP21ANL A,#7FHLOP21: MOV P0,AACALL DELAYINC R0MOV A,R2JB ,EXIT1RL AMOV R2,AAJMP LOP11EXIT1: RETDELAY: MOV R7,#0FEHLOOP: MOV R6,#70HDJNZ R7,LOOPRETTAB:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8 H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH END。

基于单片机的脉冲信号采集与处理分析单片机应用系统是通过核心CPU设备来显示工业领域各个设备环节的系统。

单片机的应用程序比较复杂，现代经济的发展对单片机的应用提出了更高的要求，特别在当下机械加工、化工和石油工程等多个领域，对单片机的各种性能要求十分高。

而在我省工业自动化控制领域中，缺乏相应的单片机技术体系，难以满足当下工程的数据采集、计算机处理应用、数据通信等方面的需要。

为了确保工业自动化控制模式的正常开展，实现机械应用与计算机应用技术的协调发展，可通过优化单片机内部结构程序或使用内部倍频技术和琐相环技术等，达到提升其运算和内部总线速度的目的。

1单片机脉冲信号采集1.1单片机模拟信号采集单片机系统采集器的信号有模拟电压信号、PWM信号和数字逻辑信号等，其中，应用较广泛的是模拟信号采集。

模拟信号指的是电压和电流，采用的处理技术主要有模拟量的放大和选通、信号滤波等。

因为单片机测控系统有时需要采集和控制多路参数，如果对每条路都单独采用一个较为复杂且成本较高的回路，就会对系统的校准造成较大影响，几乎不能实现。

因此，可以选用多路模拟开关，方便多种情况下共用。

但在选择多路模拟开关时，要注意考虑通道数量、数漏电流设计、切换速度、通导电阻、器件封装、开关参数的漂移性和每路电阻的一致性这几点。

信号滤波是为了减少或消除工作过程中的噪声信号，滤波常用的有模拟滤波电路和数字滤波技术，后者在单片机系统中发展较快。

1.2随机脉冲信号采集卡的设计随机脉冲信号采集卡的硬件组成主要有输入输出接口、单片机运行和控制、复读采集和控制、信号重放和主机接口控制这五个电路模块。

该系统的主要硬件电路包括单片机主系统中的随机脉冲放大和限幅电路、脉冲幅度、脉冲宽度测量电路、高速信号采集、存储电路以及由EPLD等构成的控制信号电路等。

单片机除了负责随机脉冲信号的采集以外，还要将相关的数据与随机脉冲数据组织成一个完整的信号数据结构。

1.3单片机脉冲信号采集优化模式单片机脉冲信号的采集应用必须要做好相关软硬件的应用、采集模式等的剖析准备工作。

单片机原理与应用课程设计报告院系：电气信息工程学院班级： 08测控2班学号： 08314237姓名：董亮合作者：虞波指导教师：黄阳2011年09月25日基于89C51单片机脉冲宽度的测量设计序言：近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断地走向深入同时带动传统控制检测日新月益更新。

单片机诞生30多年以来，其品种、功能和应用技术都得到飞速的发展，单片机的应用已深入国民经济和日常生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理等。

本次课程设计目的主要是培养学生综合运用所学的知识，完成一个单片机应用系统设计。

主要任务是通过解决一些实际问题，巩固和加深课程中所学的理论知识和实验能力，基本掌握单片机应用电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力。

加深对单片机软件硬件知识的理解，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。

本系统采用单片机AT89C51为中心器件来设计脉冲宽度测量器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。

在现有的单片机仿真机系统上掌握相关软硬件设计与调试知识，根据所选择题目，焊接好硬件电路，正确进行元器件的测试与调试，并在计算机上编写汇编程序调试运行，并实现参考选题中要求的设计。

一．设计内容与技术指标1.1设计内容利用单片机及4位LED数码管做成四位脉宽显示，在一个脉宽期间对内部周期进行计数，得到的一个高电平脉冲内的计数值显示在四位数码管上，并达到相应的技术指标要求。

1.2技术指标（1）输入脉冲幅度：0-5V（2）脉宽测量范围：0.1-50ms（3）测量精度：±1%（4）显示方式：四位数字显示二．工作原理及设计方案2.1工作原理把脉冲信号从P3.2脚引入，T0设为定时器方式工作，并工作在门控方式（GATE=1）。

在待测信号高电平期间，T0对内部周期脉冲进行计数（周期为1us）。

单片机中的计数器与脉冲宽度测量计数器和脉冲宽度测量是单片机中常用的功能模块之一。

计数器可以用于对信号的计数和计时，而脉冲宽度测量可以用于测量信号的高电平或低电平脉冲宽度。

本文将介绍计数器的原理和应用，以及脉冲宽度测量的方法和技巧。

一、计数器的原理与应用计数器是一种用于计数和计时的电子器件，广泛应用于单片机系统中。

单片机中常用的计数器有定时器/计数器模块，可以通过编程来控制计数器的功能和工作方式。

计数器的原理是基于时钟信号进行计数。

时钟信号可以是外部信号源，也可以是内部时钟源。

计数器在每次接收到时钟信号时，根据设定的计数方式进行计数。

计数可以是递增也可以是递减，根据具体应用的需求进行选择。

计数器的应用非常广泛，常见的应用场景包括：1. 频率测量：通过计数器来测量信号的频率。

2. 周期测量：通过计数器来测量信号的周期。

3. 脉冲宽度测量：通过计数器来测量信号的高电平或低电平脉冲宽度。

4. 脉冲个数测量：通过计数器来测量信号的脉冲个数。

5. 定时器：通过计数器来实现精确的定时功能。

二、脉冲宽度测量的方法和技巧脉冲宽度测量是单片机中常用的应用之一，可以用于测量信号的高电平或低电平脉冲宽度。

下面介绍两种常用的脉冲宽度测量方法和技巧。

1. 利用捕获/比较模式：现代的单片机通常会配备捕获/比较模块，可以用于测量信号的脉冲宽度。

通过设置定时器的计数方式和捕获/比较模式，可以实现对信号脉冲宽度的测量。

2. 利用外部中断：单片机通常具有外部中断功能，可以用于检测外部信号的边沿触发。

通过设置外部中断的触发方式和中断服务程序，可以实现对信号脉冲宽度的测量。

中断服务程序可以在触发边沿时开始计时，直到下一个触发边沿时停止计时，得到信号的脉冲宽度。

脉冲宽度测量的技巧包括：1. 选择适当的计数精度：计数器的精度越高，脉冲宽度测量的准确性越高。

根据具体应用需求，选择适当的计数精度。

2. 注意信号的稳定性：脉冲宽度测量需要信号稳定，避免信号发生抖动或干扰。