单片机中的脉冲计数与速度测量技巧

引言

在单片机开发中，脉冲计数和速度测量是一项常见的任务。无论是用于测量物体的旋转速度、流体的流速，还是用于检测两个物体之间的距离，脉冲计数和速度测量都是十分有用的功能。本文将介绍几种常见的脉冲计数与速度测量技巧，并给出相应的代码实现。

脉冲计数技巧

1. 外部中断计数

单片机通常具有外部中断功能，可以通过设置外部中断触发的方式来进行脉冲计数。当外部引脚检测到信号变化时，触发外部中断，通过中断服务程序进行计数。

以下是基于Arduino开发板的代码示例：

// 定义计数变量
volatile unsigned long count = 0;

void setup() {
  // 将计数引脚设置为输入
  pinMode(2, INPUT);
  
  // 设置外部中断
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), countPulse, RISING);
  
  // 启用串口用于输出结果
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // 输出计数结果
  Serial.print("Count: ");
  Serial.println(count);
}

// 外部中断服务程序
void countPulse() {
  count++;
}

2. 软件计数

在一些特殊的应用场景中，如果没有外部中断功能或者需要更高的计数精度，可以使用软件计数的方式。通过不断地轮询输入引脚的状态来进行计数。

以下是基于Arduino开发板的代码示例：

// 定义计数变量
volatile unsigned long count = 0;

void setup() {
  // 将计数引脚设置为输入
  pinMode(2, INPUT);
  
  // 启用串口用于输出结果
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // 轮询计数引脚状态
  if (digitalRead(2) == HIGH) {
    count++;
  }
  
  // 输出计数结果
  Serial.print("Count: ");
  Serial.println(count);
}

速度测量技巧

1. 计时器测量

单片机中通常配有计时器模块，可以通过计时器测量脉冲信号的频率来得到速度。利用计时器的计数值和预设的时间间隔，可以计算出脉冲的频率，从而得到速度。

以下是基于Arduino开发板的代码示例：

// 定义计时器计数值
volatile unsigned long count = 0;

void setup() {
  // 设置计时器
  TCCR1A = 0;
  TCCR1B = 0;
  TCNT1 = 0;
  
  // 配置计时器为外部输入捕获模式
  TCCR1B |= (1 << ICES1);  // 选择上升沿触发
  TCCR1B |= (1 << CS12);   // 分频系数为256
  
  // 启用输入捕获中断
  TIMSK1 |= (1 << ICIE1);
  
  // 启用串口用于输出结果
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // 输出速度结果
  Serial.print("Speed: ");
  Serial.print(16e6 / (256 * count));  // 假设Arduino主频为16MHz
  Serial.println(" Hz");
  
  count = 0;  // 清零计数值
  delay(1000);  // 等待1秒钟
}

// 输入捕获中断服务程序
ISR(TIMER1_CAPT_vect) {
  count = ICR1;  // 保存捕获的计数值
}

2. 脉宽测量

在某些情况下，可以通过测量脉冲信号的脉宽来得到速度。例如，当测量物体的旋转速度时，可以使用光电传感器来检测物体的每次通过的时间，然后根据旋转周期计算出速度。

以下是基于Arduino开发板的代码示例：

// 定义脉冲开始和结束的时间变量
volatile unsigned long start_time = 0;
volatile unsigned long end_time = 0;

void setup() {
  // 将脉冲引脚设置为输入
  pinMode(2, INPUT);
  
  // 启用外部中断
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), pulseStart, RISING);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), pulseEnd, FALLING);
  
  // 启用串口用于输出结果
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // 计算脉冲宽度
  unsigned long pulse_width = end_time - start_time;
  
  // 输出速度结果
  Serial.print("Speed: ");
  Serial.print(1e6 / pulse_width);  // 输出速度单位为 us/脉冲
  Serial.println(" pulse/us");
  
  delay(1000);  // 等待1秒钟
}

// 外部中断服务程序，记录脉冲开始时间
void pulseStart() {
  start_time = micros();
}

// 外部中断服务程序，记录脉冲结束时间
void pulseEnd() {
  end_time = micros();
}

结语

脉冲计数和速度测量是单片机开发中一项常见的任务。本文介绍了几种常见的脉冲计数和速度测量技巧，并给出了相应的代码示例。通过合理选择计数方法和测量技巧，可以有效地满足各类应用场景的需求。希望本文对您在单片机开发中的脉冲计数和速度测量任务有所帮助。

本文来自极简博客，作者：天空之翼，转载请注明原文链接：单片机中的脉冲计数与速度测量技巧