檢測NE555脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的頻率

一、前言

1.1 功能介紹

在許多工業(yè)應(yīng)用、機械控制以及實驗設(shè)備中，準(zhǔn)確測量和監(jiān)控信號的頻率或轉(zhuǎn)速是確保系統(tǒng)正常運行、提高生產(chǎn)效率以及實現(xiàn)精確控制的關(guān)鍵。頻率作為信號的基本參數(shù)之一，直接反映了信號的變化速率，而轉(zhuǎn)速則通常通過測量旋轉(zhuǎn)物體的頻率來間接獲得。

為了實現(xiàn)對頻率和轉(zhuǎn)速的精確測量，本項目采用了STC90C51微控制器，結(jié)合定時器和外部中斷技術(shù)，檢測NE555脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號頻率。NE555作為一種廣泛使用的模擬定時器芯片，能夠通過配置外部電阻和電容參數(shù)產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號，其頻率可根據(jù)需要進行調(diào)整。因此，利用NE555脈沖發(fā)生器可以模擬不同頻率的輸入信號，用于測試STC90C51的頻率測量功能。

在項目中，STC90C51微控制器通過定時器設(shè)置合適的計時周期，并利用外部中斷捕捉NE555脈沖信號的上升沿或下降沿。通過記錄定時器計數(shù)值和中斷觸發(fā)次數(shù)，可以計算出輸入信號的頻率。此外，根據(jù)項目需求，還可以進一步將頻率信息轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速值，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的精確測量和監(jiān)控。

本項目的開發(fā)背景體現(xiàn)了對精確頻率測量和轉(zhuǎn)速監(jiān)控技術(shù)的迫切需求。通過結(jié)合STC90C51微控制器和NE555脈沖發(fā)生器的技術(shù)優(yōu)勢，本項目實現(xiàn)一種高效、精確的頻率和轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以用于工業(yè)生產(chǎn)和機械控制等領(lǐng)域，還可以為科學(xué)實驗和教學(xué)提供有力的支持。同時，本項目的實施還將促進微控制器和定時器技術(shù)在信號處理和控制領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

1.2 NE555介紹

NE555是一款經(jīng)典的集成電路，屬于555系列定時器芯片的一種型號，在1971年由Signetics Corporation發(fā)布。作為一款多功能的定時器芯片，NE555在電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，包括脈沖信號發(fā)生、定時控制、波形產(chǎn)生等場景。

1. 基本功能
   • NE555可以作為一個脈沖發(fā)生器，通過外部電阻和電容的配置，產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號。
   • 它還廣泛應(yīng)用于定時器、頻率計、脈寬調(diào)制（PWM）等電子電路中。
2. 主要特點
   • 設(shè)計簡單：NE555的設(shè)計使其易于使用，且具備穩(wěn)定可靠的性能。
   • 操作電源范圍廣：操作電源范圍極大，可以與TTL、CMOS等邏輯電路配合，輸出電平及輸入觸發(fā)電平，均能與這些系列邏輯電路的高、低電平匹配。
   • 高精度與穩(wěn)定性：計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。
   • 強輸出能力：輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負載。
3. 工作原理
   • NE555的工作原理主要涉及到兩個階段：充電和放電階段。通過內(nèi)部的電壓比較器和控制放大器，以及RS觸發(fā)器，根據(jù)觸發(fā)閾值和復(fù)位閾值的比較結(jié)果，使觸發(fā)器內(nèi)部的RS鎖存器和復(fù)位觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生變化，從而改變輸出電平。
   • 在充放電過程中，電容的充電和放電時間可以根據(jù)外部電路的設(shè)計進行控制，從而實現(xiàn)不同的計時和脈沖頻率。
4. 引腳功能
   • NE555是8腳時基集成電路，各引腳功能包括地線、觸發(fā)點、輸出、重置、控制、重置鎖定、放電和正電源電壓端。這些引腳允許用戶通過外部電路配置來實現(xiàn)各種功能。
5. 市場應(yīng)用由于其穩(wěn)定度高、精度高、溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點，NE555在市場上非常受歡迎。主流品牌如TI、ST等都有生產(chǎn)，并且廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。

NE555是一款功能強大、設(shè)計簡單、穩(wěn)定可靠的集成電路芯片，其作為脈沖發(fā)生器在電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，特別是在需要精確控制時間、頻率和脈沖寬度的場景中。

二、代碼實現(xiàn)

2.1 main.c

#include <reg51.h>
#include <INTRINS.H>
#include "delay.h"
#include "type.h"
#include "uart.h"
#include "ds1302.h"
#include "pcf8591.h"
//#include "key.h"
//#include "led.h"
#include "timer.h"
//#include "exti.h"
//#include "infrared.h"
//#include "ds18b20.h"
//#include "at24c02.h"

u32 time1_cnt=0; //記錄計數(shù)器1收到的外部脈沖數(shù)量
u32 time0_cnt=0; //記錄定時器0的超時時間次數(shù)
u32 Freq=0;
int main()
{
    Timer0_16bit_Init(50000); //初始化定時器0，定時50ms一次
    Timer1_16bit_CntMode_Init(); //初始化計數(shù)器1
    while(1)
    {
        if(TR0==0) //當(dāng)定時器0停止時，表示1秒鐘時間到達
        {
            Freq=time1_cnt+(TH1<<8|TL1); //得到1秒鐘內(nèi)計算的脈沖數(shù)
            time1_cnt=0;//清除脈沖計數(shù)
            TH1=0; //將計數(shù)器的值清零
			TL1=0;
            TR0=1; //開啟定時器0
            TR1=1; //開啟計數(shù)器1
        }
        LED_DisplayNumber(Freq);
    }
}

2.2 timer.c

#include "timer.h"
/*
配置定時器0工作在16位定時器模式
51單片機標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)下一個機器周期是 12個時鐘周期，也就是12/11059200秒。(11.059200是晶振頻率)
定時器每過一個機器周期的時間，也就是12/11059200秒，計數(shù)器自動加1。
通過計算得知，定時器+1的時間: 12/11.059200=1.085069us
如果定時器工作在16位模式下,最大值可以存放:0~65535
那么最大的定時時間就可以得知:65535*1.085069=71,109.996915us=71.109996915ms
如果要定時1000us,那么公式:x*1.085069=1000 ->1000/1.085069=921  ,
通過公式，計算出定時器需要+921次剛好得到1000us。
但是單片機工作在16位模式情況下,需要加滿65535才能溢出，所以需要給定時器賦初值。
65535-921=64614,這樣定時器就可以從64614開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到65535時，定時器就會溢出，
TF0就會置1，這時剛好經(jīng)過1000us時間。
那么定時器就可以這樣賦值:
u16 t0_data=64614;
TH0=t0_data>>8;
TL0=t0_data;
*/
u16 T0_Update_data;//定時器0的初始值
void Timer0_16bit_Init(u16 us)
{   
    //當(dāng)前實驗板上的晶振實際頻率為: 12MHZ
    u16 val=us/(12/12); //得到計數(shù)的時間,只要整數(shù)部分
    T0_Update_data=65535-val; //得到重裝載值
    TMOD&=0xF0;		//清除配置
    TMOD|=0x01;     //配置定時器0工作在16位定時器模式
    TH0=T0_Update_data>>8; //定時器0高位重裝值
    TL0=T0_Update_data;    //定時器0低位重裝值
    EA=1;                  //開啟總中斷
    ET0=1;                 //開啟定時器0溢出中斷
    TR0=1;                 //開啟定時器0
}

//定時器0的重裝值更新函數(shù)
void Timer0_Update(void)
{
    TH0=T0_Update_data>>8; //定時器0高位重裝值
    TL0=T0_Update_data;    //定時器0低位重裝值
}

u16 T1_Update_data;//定時器1的初始值
void Timer1_16bit_Init(u16 us)
{   
    //當(dāng)前實驗板上的晶振實際頻率為: 11.956MHZ
    u16 val=us/(12/11.956); //得到計數(shù)的時間,只要整數(shù)部分
    T1_Update_data=65535-val; //得到重裝載值
    TMOD&=0x0F;		       //清除配置
    TMOD|=0x10;            //配置定時器1工作在16位定時器模式
    TH1=T1_Update_data>>8; //定時器1高位重裝值
    TL1=T1_Update_data;    //定時器1低位重裝值
    EA=1;                   //開啟總中斷
    ET1=1;                  //開啟定時器1溢出中斷
    TR1=1;                 //啟動定時器1
}

//定時器1的重裝值更新函數(shù)
void Timer1_Update(void)
{
    TH1=T1_Update_data>>8; //定時器1高位重裝值
    TL1=T1_Update_data;    //定時器1低位重裝值
}

/*
配置定時器0工作在8位自動重裝載模式
注意,時間不能超過定時器最大時間
255*(12/11.059200)=276us
*/
void Timer0_8bit_Init(u16 us)
{   
    //當(dāng)前實驗板上的晶振實際頻率為: 11.956MHZ
    u16 val=us/(12/11.956); //得到計數(shù)的時間,只要整數(shù)部分
    TMOD&=0xF0;		//清除配置
    TMOD|=0x02;     //配置定時器0工作在8位自動重載模式
    TL0=TH0=255-val;//得到重裝載值;
    EA=1;           //開啟總中斷
    ET0=1;          //開啟定時器0溢出中斷
    TR0=1;          //啟動定時器0
}


/*
配置定時器1初始化為16位計數(shù)器模式
*/
void Timer1_16bit_CntMode_Init(void)
{   
    //當(dāng)前實驗板上的晶振實際頻率為: 12MHZ
    TMOD&=0x0F; //清除配置
    TMOD|=0x50; //配置定時器1工作在16位計數(shù)器模式
    EA=1;       //開啟總中斷
    ET1=1;      //開啟定時器1溢出中斷
    TR1=1;      //啟動定時器1
}

extern u32 time1_cnt; //記錄計數(shù)器1收到的外部脈沖數(shù)量
extern u32 time0_cnt; //記錄定時器0的超時時間次數(shù)

/*
定時器0的中斷服務(wù)函數(shù)
*/
void TIM0_IRQHandler(void) interrupt 1
{
    time0_cnt++;
    //定時器0配置50ms超時一次，超時次數(shù)到達20次表示1秒鐘時間到達
    if(time0_cnt==20)
    {
        time0_cnt=0;
        TR0=0; //關(guān)閉定時器0
		TR1=0; //關(guān)閉計數(shù)器1
    }
    Timer0_Update(); //定時器0的重裝載
}

/*
定時器1的中斷服務(wù)函數(shù)
*/
void TIM1_IRQHandler(void) interrupt 3  //定時器1
{
    //當(dāng)前計數(shù)器配置為16位模式，進入一次中斷就表示計數(shù)了65536次
    time1_cnt+=65536; 
}

2.3 timer.h

#ifndef TIMER_H
#define TIMER_H
#include <reg51.h>
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "type.h"
#include "led.h"
#include "uart.h"
void Timer0_16bit_Init(u16 us);
void Timer0_Update(void);
void Timer1_16bit_Init(u16 us);
void Timer1_Update(void);
void Timer0_8bit_Init(u16 us);
void Timer1_16bit_CntMode_Init(void);
#endif