一 概述 單片機又稱微控制器（microcontroller）是將中央處理器（CPU）存儲器、定時器/計數(shù)器、IO接口電路等部件集成在一塊芯片上的微型計算機。目前，單片機技術飛速發(fā)展，在各種場合被廣泛應用。單片機做為控制核心，與傳感器、執(zhí)行機構等結合可以組成自動化的檢測控制系統(tǒng)，本文結合單片機的定時/計數(shù)器的端口功能，開發(fā)一種實用的檢測裝置。 二 單片機組成原理 MCS51是由美國INTEL公司生產(chǎn)的系列單片機，其中以8051最為典型，由內(nèi)部總線將邏輯運算器ALU、累加器A、程序計數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、控制邏輯PLA、存儲器、輸入輸出口聯(lián)結成統(tǒng)一的整體，以實現(xiàn)其功能。8051單片機是8位機32根I/O線 即4個并口分別記做P0.P1.P2.P3，集成128K的片內(nèi)RAM和4K片外ROM，其具有的兩個16位定時計數(shù)可通過編程實現(xiàn)4種工作模式。 三計數(shù)功能的結構與原理 MCS-51的單片機內(nèi)有兩個16位可編程的定時/計數(shù)器T0和T1，它們具有四種工作方式，分別為模式0、1、2、3。其控制字和狀態(tài)均在相應的特殊功能寄存器中，通過對控制寄存器的編程，就可方便地選擇適當?shù)墓ぷ鞣绞?。MCS-51單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器的結構如下圖所示，定時器T0特性功能寄存器TL0（低8位）和TH0（高8位）構成，定時器T1由特性功能寄存器TL1（低8位）和TH1（高8位）構成。特殊功能寄存器TMOD控制定時寄存器的工作方式，TCON則用于控制定時器T0和T1的啟動和停止計數(shù)，同時管理定時器T0和T1的溢出標志等。程序開始時需對TL0、TH0、TL1和TH1進行初始化編程，以定義它們的工作方式和控制T0和T1的計數(shù)。 由程序設置M0，M1的值以選擇單片機的工作方式，如M1=0、M0=1時，工作在工作模式1此時T0、T1的功能時相同的，用戶可以任意選擇。工作模式1與0的區(qū)別時計數(shù)器的位數(shù)不同。工作模式0時13位計數(shù)器，工作模式1是16位計數(shù)器，TLX（8位）、THX（8位）作為16位寄存器，計數(shù)值從0開始，計到0FFFFH后，再加1，計數(shù)器則被溢出復位，并將溢出標志位TFX置1。 四 應用研究 周期的測量 因為，周期＝脈沖數(shù)/時間 ，為了計算出單位時間的脈沖數(shù)，首先要有一個時間基準。如果用單片機的定時器進行定時則直接接入單片機內(nèi)的信號的最高頻率取決于晶振頻率，由于所測信號的每一個脈沖的高低電平要持續(xù)至少一個機器周期，即它的周期不得高于2倍的機器周期；另一方面，一個機器周期等于6個狀態(tài)周期，一個狀態(tài)周期等于2個晶振周期。故有： T待測<=24*T晶振。 （1）低頻信號周期的測量 接線示意圖如圖1，前端屬于信號調(diào)理電路，工作原理是：用一個計數(shù)器，一個定時器，在設定的時間內(nèi)對脈沖數(shù)進行累加；另一方法是一個定時器一個中斷口，中斷為下降沿觸發(fā)，在中斷程序中計數(shù)。很明顯，該方法所得計數(shù)值會受到定時誤差的影響；在精度要求高的場合可以用外接精密脈沖源的方法來規(guī)避此誤差。即：使用外部脈沖進行比較計數(shù)時沒有定時原因造成的誤差。如圖2。此時會有如下的關系式： F待測*COUNT標準=F標準 *CONNT待測 （2） 高頻信號周期的測量，圖3是一個典型的電路 這個電路中各部分的功能說明如下：AD9686：將非TTL電平信號轉變?yōu)門TL電平,屬于前向調(diào)理電路 累加器：是二進制計數(shù)器，目的是對信號進行分頻，MR為清零端。此處用了兩種不同性能的計數(shù)器，即74LS197和74LS93。其中LS197是四位二進制計數(shù)器，最高計數(shù)頻率100MHz，它可以進行16分頻，如果根據(jù)單片機的主頻計算分頻后的頻率仍然高于可測頻則需繼續(xù)分頻，當然對后面的分頻芯片的最高工作頻率的要求可以降低。各管腳的輸出為： 74LS197的輸出： 74LS93的輸出： Q1:Fin的2分頻 Q2:Fin的4分頻 Q1:Fin的32分頻 Q2:Fin的64分頻 Q3:Fin的8分頻 Q1:Fin的16分頻 Q3:Fin的128分頻 Q1:Fin的256分頻 本電路采用硬件控制方式，門控位置“1”時，74LS00打開，待測脈沖與基準脈沖同時進入外部硬件計數(shù)器計數(shù)，延時一定時間后，門控位置0，停止計數(shù)，根據(jù)此時的計數(shù)值我們有如下關式 COUNT待測/F待測＝COUNT基準/F基準 根據(jù)需要可只將相應的分頻管腳接入單片機內(nèi)計數(shù)，也可采用I/O口全部讀入各位分頻腳的方法，該種電路的結構具有模塊化的優(yōu)點。 五結語 單片機以其集成度高、功能強大、功耗低、擴展方便、開發(fā)周期短等優(yōu)點而被廣泛應用，尤其在工業(yè)控制，智能儀表、家用電器、信息通信等領域。本文只是粗略的介紹了單片機的一個應用，還有很多不足，依據(jù)該方法可以方便的組成周期檢測系統(tǒng)，具有一定的應用價值，希望大家可以共同研究，開發(fā)出更好的應用系統(tǒng)。