畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的紅外計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)

1、 摘 要隨著當(dāng)今社會的飛速發(fā)展，越來越多的流水線上的產(chǎn)品和各種公共場所需要進(jìn)行自動計(jì)數(shù)。基于單片機(jī)構(gòu)成的產(chǎn)品自動計(jì)數(shù)器有直觀和計(jì)數(shù)精確的優(yōu)點(diǎn)，目前已在各種行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字計(jì)數(shù)器有多種形式，總體來說有接觸式和非接觸式兩種，在科技發(fā)展的今天，非接觸式紅外計(jì)數(shù)器得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用一對紅外發(fā)射接收管作為紅外計(jì)數(shù)器的信號檢測頭，具有價(jià)格低廉，抗干擾性好，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便等特點(diǎn)。指導(dǎo)思想是利用紅外發(fā)光管發(fā)射紅外線，紅外接收管接收此紅外線，并將其放大、整流形成低電平信號.當(dāng)有人或物擋住紅外光時(shí)，接收數(shù)碼管沒有接收到紅外信號，放大器將輸出高電平，同時(shí)將這個(gè)電平信號送入單片機(jī)進(jìn)行控制計(jì)數(shù)，并

2、且使數(shù)碼管顯示數(shù)值。這樣就得到要統(tǒng)計(jì)的人或物的數(shù)量。關(guān)鍵字：單片機(jī)；紅外對射管；led 數(shù)碼管 abstractrapid development in the pattern of todays society, more and more of the pipeline of products and a variety of business occasions need to automatically count. based on scm products constitute automatic counter has the advantages of intuitive an

3、d accurate count, now in a variety ofcommonly used in industry. this article is designed to counter radio-style method using infrared,interference immunity and high reliability.the design of the guiding idea is to use infrared emission infrared led, infrared receiver toreceive the infrared, and enla

4、rge, forming high commutation signal. when persons or blockinfrared light, the receiver does not receive infrared control signals, the amplifier the output low,while the level control signal into the microcontroller counts, and by decoding the digital displaydrive circuit values. this will be the nu

5、mber of persons or things to statistics.the at89c51 microcontroller chip design applications as a core, 4 led digital tube, the useof infrared lm324 chip count, and add the alarm function. this implementation method has theadvantage of simple circuit, reliable, real-time, simple operation, easy prog

6、ramming and so on.key words: scm; infrared shooting tube; led digital tube目 錄摘 要iabstractii1 緒論11.1 前言11.2 背景與意義11.2.1 國內(nèi)外研究的概況11.2.2 研究主要成果21.2.3 發(fā)展趨勢31.3 設(shè)計(jì)任務(wù)42 基于單片機(jī)構(gòu)成的產(chǎn)品自動計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)52.1 方案論證與選擇52.2 系統(tǒng)總體框圖和原理62.3 主控芯片簡介72.3.1 單片機(jī)的發(fā)展及趨勢72.3.2 51系列單片機(jī)的主要特點(diǎn)83 紅外線計(jì)數(shù)器硬件設(shè)計(jì)103.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)103.2 紅外線檢測電路113.2

7、.1 紅外線發(fā)射電路113.3 計(jì)數(shù)顯示部分123.4 蜂鳴器報(bào)警電路124 紅外線計(jì)數(shù)器軟件設(shè)計(jì)134.1 主程序設(shè)計(jì)134.2 子程序設(shè)計(jì)144.2.1 led顯示程序設(shè)計(jì)144.2.2 蜂鳴器報(bào)警程序設(shè)計(jì)155 系統(tǒng)調(diào)試175.1 系統(tǒng)的硬件調(diào)試175.2 軟件調(diào)試176 結(jié)論18參考文獻(xiàn)19附錄201 緒論1.1 前言在當(dāng)今社會飛速發(fā)展的格局下，廠家基本采用流水線技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)作業(yè)，而怎樣對其線上的產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)的、有效率的、精確的自動計(jì)數(shù)成為廣大生產(chǎn)廠家十分關(guān)注的問題。傳統(tǒng)的機(jī)械式或電子式計(jì)數(shù)器(主要是用數(shù)字電路集成組件組成)電路比較復(fù)雜,元器件數(shù)量較多,故障率較高,維修比較困難,而

8、且設(shè)置預(yù)定數(shù)值不太方便,功能不易更改且功能過于單一,適用范圍較窄。而基于單片機(jī)為核心控制的計(jì)數(shù)器有著能夠?qū)崟r(shí)，精確，可靠，穩(wěn)定等計(jì)數(shù)優(yōu)點(diǎn)已成為廣大廠家的首選自動計(jì)數(shù)的裝置。1.2 背景與意義電子計(jì)數(shù)器到目前為止已有30 多年的發(fā)展史。早期，設(shè)計(jì)師們追求的目標(biāo)主要是擴(kuò)展計(jì)數(shù)范圍，再加上提高計(jì)數(shù)精度、穩(wěn)定度等，這些也是人們衡量電子計(jì)數(shù)器的技術(shù)水平，決定電子計(jì)數(shù)器價(jià)格高低的主要依據(jù).目前這些基本技術(shù)日臻完善，成熟.應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)可以輕松地將電子計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)上限擴(kuò)展到無限大。當(dāng)今，單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，基于單片機(jī)技術(shù)開發(fā)的計(jì)數(shù)設(shè)備和產(chǎn)品廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備促進(jìn)了生產(chǎn)技術(shù)水平的提

9、高.企業(yè)迫切需要大量熟練掌握單片機(jī)技術(shù)并能開發(fā)、應(yīng)用和維護(hù)管理這些智能化產(chǎn)品的高級工程技術(shù)人才.單片機(jī)以體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步和開發(fā)機(jī)電一體化和智能化測控產(chǎn)品的重要手段。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或者部分實(shí)現(xiàn)，但要真正完美的實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對于設(shè)計(jì)者來說，還有許多工作要做，而不是表面看來似乎發(fā)展到頭了.電子計(jì)數(shù)器是一種多功能的電子測量儀器。它利用電子學(xué)的方法測出一定時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)目，并將結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來。1.2.1 國內(nèi)外研究的概況計(jì)數(shù)器是工業(yè)生產(chǎn)流水線上重要的組成部分，其實(shí)時(shí)的、有效率的、精確的自動計(jì)數(shù)在很大程度上解決了工業(yè)生產(chǎn)的問題決定了生產(chǎn)效率成為

10、廣大廠家的首選自動計(jì)數(shù)的裝置。但計(jì)數(shù)器種類繁多，如何選擇一個(gè)方便有多功能的計(jì)數(shù)器成了廣大廠家非常關(guān)心的核心老問題，如何讓計(jì)數(shù)器超越簡單的技術(shù)功能，成為生產(chǎn)流水線上的一把利器。而基于單片機(jī)的紅外線計(jì)數(shù)器能夠滿足廣大廠家的要求，它擁有實(shí)時(shí)，精確，可靠，穩(wěn)定等技術(shù)有點(diǎn)而且體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)。利用單片機(jī)做紅外線電子計(jì)數(shù)器能夠使產(chǎn)品的穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性、功能和性價(jià)比得到大幅的提高。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是intel8031，因?yàn)楹唵慰煽慷阅懿诲e(cuò)獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了mcs51系列單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到

11、了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會集成有單片機(jī)。如今的產(chǎn)品自動計(jì)數(shù)器大多采用非接觸式的計(jì)數(shù)觸發(fā)方式。早已開發(fā)出了多種型號的專用檢測芯片.而利at89c2051 為控制單元、輔以多種外圍硬件搭配而成的計(jì)數(shù)裝置已成為現(xiàn)在自動計(jì)數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的潮流。而如何提高自動計(jì)數(shù)器的實(shí)時(shí)性，抗干擾能力、穩(wěn)定性是現(xiàn)在國內(nèi)外自動計(jì)數(shù)生產(chǎn)廠家研究的主要課題.產(chǎn)品自動計(jì)數(shù)器主要用于工廠的流水線上，往往是處于高溫，高噪聲等極度惡劣的環(huán)境當(dāng)中.而mcs-51 系列單片構(gòu)成的產(chǎn)品自動計(jì)數(shù)器在這種環(huán)境中工作時(shí)往往會出現(xiàn)誤動作（單片機(jī)程序跑飛）或死機(jī)（程序進(jìn)入死循環(huán)）

12、.這也是基于單片機(jī)構(gòu)成的產(chǎn)品自動計(jì)數(shù)器存在的致命問題1.2.2 研究主要成果通過查閱相關(guān)德文獻(xiàn)期刊書籍，對對紅外線德一些研究成果如下：在作者王送德，朱小龍的對射式紅外線計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)文章中把紅外線發(fā)射、接收模塊作計(jì)數(shù)傳感器代替了傳統(tǒng)的光電傳感器、紅外線傳感器。經(jīng)作者實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，該方法在數(shù)據(jù)采集這方面它的抗干擾能力強(qiáng)，且在該設(shè)計(jì)中還使用了加密、解碼技術(shù)，故工作穩(wěn)定，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，但是該實(shí)驗(yàn)是采用對射式的，所以發(fā)射管和接受管的方向一定要對正，這在現(xiàn)實(shí)中可能會造成不必要的麻煩。在作者謝洪的用單片機(jī)控制紅外編碼探測障礙物文章中采用由單片機(jī)控制發(fā)射一定意義的紅外編碼脈沖串，同時(shí)，單片機(jī)接收該脈沖串。如果接受

13、到的信號和發(fā)射的信號基本一致，才判斷為有障礙物的存在。經(jīng)作者實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，這種方法能夠較強(qiáng)的降低虛警率，具有較強(qiáng)的抗干擾性。作者在該文章中提到3種編碼的方案：（1）發(fā)送較短的編碼串(1016 位)，判斷時(shí)間約610 ms。在接收過程中，不能有一位的誤碼，否則認(rèn)為是干擾，要等待下一次的障礙檢測。這種方案在檢測過程中，不能存在干擾。（2）發(fā)送大于16 位的編碼串(1632 位)，判斷時(shí)問約1020 ms。對接收“0”和“1”的編碼誤碼統(tǒng)計(jì)，其中可以根據(jù)應(yīng)用場合的需要，存在12 位“0”的誤碼和13 位“1”的誤碼，這樣能有效提高抗干擾能力。（3）發(fā)送大于32 位編碼串，判斷時(shí)間20 ms。根據(jù)實(shí)際

14、情況來分析接收的編碼，以判斷障礙的存在。且這三種方案都在該實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證。在作者王松德，梁會琴，王丹的紅外線計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與制作文章中采用一體化紅外線傳感器tx05d，由于tx05d 使用了調(diào)制技術(shù)和采用帶補(bǔ)償?shù)目垢蓴_器件，在一定程度上解決了抗干擾問題，使白天黑夜的靈敏度基本保持一致。計(jì)數(shù)部分使用十進(jìn)制計(jì)數(shù)7段譯碼器二合一集成電路cd4033 可直接驅(qū)動led 數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)高亮度數(shù)字顯示電源部分使用變壓器降壓集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓可確保電路工作更穩(wěn)定使用更安全。該設(shè)計(jì)電路和控制方案簡潔明了，容易實(shí)現(xiàn)，具有應(yīng)用推廣價(jià)值。在作者戴培山，馮成德，劉棟的基于keil+c51 的紅外遙控器解碼設(shè)計(jì)文章中采用hs90

15、12 芯片，它是一塊用于紅外遙控系統(tǒng)中的專用發(fā)射集成電路，功耗低，外圍元件少。它的發(fā)射碼采用脈沖位相調(diào)制方式(ppm)進(jìn)行編碼，效率高，抗干擾性能好。hs9012的振蕩頻率為fesc=455kh，高電平脈沖的寬度(即內(nèi)部工作時(shí)鐘周期)tm=256lose=0.56ms。根據(jù)計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)器t0 的數(shù)值來判斷脈沖的間隔，進(jìn)而判斷一位二進(jìn)制遙控碼是“0”，“1”，還是“引導(dǎo)碼”或是干擾碼。這樣用兩個(gè)中斷可以提高解碼效率，節(jié)省解碼時(shí)間。該設(shè)計(jì)接受裝置簡單明了，設(shè)計(jì)的keilc51 程序通用性好，編寫效率高，可以方便的移植到其它微控制器上，可靠性好，不受其他遙控器碼的干擾。在作者王禮廣、胡解生、熊東平、肖

16、秀如的基于rs-485 的靜脈注射網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)文章中采用rs-485收發(fā)器，該收發(fā)器采用平衡驅(qū)動和差分接收，具有抑制共模干擾的能力，rs-485接受器靈敏度可以達(dá)到4-200 mv，在100 kbits速率下電纜長度可以達(dá)到l200 m，如果通信距離縮短，最大速率可達(dá)10 mbits。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、安全可靠、操控直觀方便。1.2.3 發(fā)展趨勢電子計(jì)數(shù)器到目前為止已有30多年的發(fā)展史。早期，設(shè)計(jì)師門追求的目標(biāo)主要是擴(kuò)展計(jì)數(shù)范圍，再加上提高計(jì)數(shù)精度、穩(wěn)定度等，這些也是人們衡量電子技術(shù)器的技術(shù)水平，決定電子計(jì)數(shù)器價(jià)格高低的主要依據(jù)，目前這些基本技術(shù)日臻完善，成熟。應(yīng)用現(xiàn)代化技術(shù)可以輕松

17、地將電子計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)上限擴(kuò)展到無限大。隨著單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展，基于單片機(jī)技術(shù)開發(fā)的計(jì)數(shù)設(shè)備和產(chǎn)品廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備促進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)水平的提高。企業(yè)迫切需要大量熟練掌握單片機(jī)技術(shù)并能開發(fā)、應(yīng)用和維護(hù)管理這些智能化產(chǎn)品的高級工程技術(shù)人才，單片機(jī)以體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或部分實(shí)現(xiàn)，但要真正完美的實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對于設(shè)計(jì)者來說，還有許多工作要做，而不是表面看來似乎發(fā)展到頭了。紅外線電子計(jì)數(shù)器是一種多功能的電子測量儀器。它利用紅外線發(fā)射器發(fā)射紅外線，接收器接收由物體阻擋或直射的紅外線，把接受到的紅外線信號轉(zhuǎn)換為電脈沖，并由放大電路進(jìn)行多級放大，通過計(jì)數(shù)

18、芯片分析，計(jì)算出遮攔的次數(shù)，再由數(shù)碼譯碼器翻譯，通過動態(tài)數(shù)字顯示方式顯示被測物體遮擋的次數(shù)從而進(jìn)行計(jì)數(shù)。隨著紅外技術(shù)的提高，在軍事、醫(yī)學(xué)等多種領(lǐng)域得到應(yīng)用，在軍事上可以用來防止敵人的侵入，在醫(yī)學(xué)上可以查看病人的病情等。紅外線電子計(jì)數(shù)器作為工業(yè)生產(chǎn)流水線上的重要組成部分，對任何一個(gè)大型乃至中、小型企業(yè)都是不可或缺的。它能夠快速準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品的數(shù)量提高生產(chǎn)的效率，節(jié)約大量的人力資源，提高廠家的競爭力。并且隨著紅外計(jì)數(shù)器的不斷改進(jìn)，抗干擾能力增強(qiáng)，可以在許多惡劣的地方代替科研人員進(jìn)行科學(xué)工作。1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是以單片機(jī)為主控芯片來進(jìn)行軟件控制，能正常進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)?；趩纹瑱C(jī)構(gòu)成的產(chǎn)品自

19、動計(jì)數(shù)器研究的主要內(nèi)容包括：如果構(gòu)成檢測電路、mcs-51 單片機(jī)用何種方式對外部計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示控制、led 顯示驅(qū)動模塊的選擇、mcs-51 單片機(jī)的擴(kuò)展。在這個(gè)設(shè)計(jì)中主要需要解決的問題便是如何提高mcs-51單片機(jī)的抗干擾能力以及穩(wěn)定性。主要技術(shù)指標(biāo)：（1）顯示并能計(jì)數(shù)；（2）具有報(bào)警功能；（3）具有較強(qiáng)的抗干擾性。2 基于單片機(jī)構(gòu)成的產(chǎn)品自動計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)2.1 方案論證與選擇方案一、如圖1所示：圖1 方案一原理闡述：專業(yè)檢測芯片形成計(jì)數(shù)后送入控制單元at89c51單片機(jī)，通過對它片內(nèi)計(jì)數(shù)、顯示編程。74ls245是led驅(qū)動芯片，可以同時(shí)驅(qū)動4個(gè)7段數(shù)碼管，at24c02是eepr

20、om模塊，可以保存單片機(jī)運(yùn)算時(shí)的中間有用結(jié)果的芯片，是突然掉電，關(guān)斷電源或瞬間電源電壓不穩(wěn)定時(shí)，不會造成數(shù)據(jù)丟失或數(shù)據(jù)誤寫，也可以在上電后從中讀出其保存的數(shù)據(jù)內(nèi)容，大大增強(qiáng)了抗干擾的能力。方案二 如圖2所示：紅外計(jì)數(shù)stc89c52mcu數(shù)碼管顯示蜂鳴器圖2 方案二原理闡述：紅外發(fā)射電路和紅外接收電路（由lm324為核心）構(gòu)成紅外檢測單元及形成計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)顯示部分使用了使用共陰數(shù)碼管。當(dāng)紅外線被阻擋時(shí)，p32口由高電平變?yōu)榈碗娖?，形成下降沿，單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并在數(shù)碼管上顯示。方案三 如圖3所示：圖3 方案三原理闡述：利用紅外接收發(fā)射管的特性（即紅外接收頭在有紅外光電阻原理分壓）可取基準(zhǔn)電壓，

21、然后通過電壓比較器可輸出高低電平，當(dāng)有紅外光照射的時(shí)候，紅外接收管串聯(lián)的電阻分得的電壓很大，可使電壓比較器lm324輸出為低電平；當(dāng)無紅外光照射的時(shí)候，紅外接收頭串聯(lián)電阻分得的電壓很小，可使電壓比較器lm324輸出為高電平，然后通過單片機(jī)處理，可使輸出精準(zhǔn)的計(jì)數(shù)值。以上三個(gè)方案各有自己的優(yōu)點(diǎn)：方案一既可完美的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品自動計(jì)數(shù)功能且能讓系統(tǒng)處于異常狀態(tài)和抗干擾時(shí)通過外圍專用芯片到非常好的解決，外圍電路架設(shè)相對簡單、在市場上屬于高端自動計(jì)數(shù)產(chǎn)品。同時(shí)它也暴露出一個(gè)重大問題；由于成本太貴的原因此類產(chǎn)品并沒有得到普及。如果用此方案進(jìn)行設(shè)計(jì)只需要了解各專用芯片的引腳功能以及外圍連接方法就可以實(shí)現(xiàn)自動計(jì)數(shù)

22、，并沒有很好的達(dá)到我人做畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的，故雖然這個(gè)方案最完美的一個(gè)方案也只有舍棄。方案二是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)用的方案，該方案價(jià)格低廉、計(jì)數(shù)精確，且在系統(tǒng)處于異常狀態(tài)時(shí)，工作也十分穩(wěn)定，也是屬于現(xiàn)在產(chǎn)品自動計(jì)數(shù)市場上的熱銷產(chǎn)品，可用于在計(jì)數(shù)要求比較高的場合中。方案三涉及的知識面廣也能達(dá)到精確、穩(wěn)定的自動計(jì)數(shù)，但也有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾力較弱，系統(tǒng)掉電后不能保存數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)牌異常狀態(tài)時(shí)容易出現(xiàn)誤操作或死機(jī)，故不考慮。2.2 系統(tǒng)總體框圖和原理系統(tǒng)總體框圖如圖4所示：圖4 系統(tǒng)總體框圖原理：電路的指導(dǎo)思想是紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外接收管接收紅外線，并且接收管當(dāng)有紅外線照射的時(shí)候，電阻比較小，

23、當(dāng)無線外線照射的時(shí)候電阻比較大，這樣就可以通過一個(gè)電壓比較器和一個(gè)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行對比，當(dāng)有光照的時(shí)候，紅外接收管電阻比較小，那么和其串聯(lián)的電壓分壓就會增大，所以電壓比較器將會輸出一高電平；當(dāng)無光照射的時(shí)候，紅外接收管的電阻比較大，這樣電壓比較器就會輸出一個(gè)低電平。這個(gè)便是外部計(jì)數(shù)電平信號，這個(gè)電平信號送入at89c51單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)控制，在經(jīng)過擴(kuò)展、顯示驅(qū)動完成最后的顯示過程。2.3 主控芯片簡介2.3.1 單片機(jī)的發(fā)展及趨勢在計(jì)算機(jī)應(yīng)用控制領(lǐng)域上，如工業(yè)控制、汽車、家電等很多控制場合，對控制系統(tǒng)的要求都比較苛刻。例如需要智能高、體積小、成本低、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)和可靠性高。不僅傳統(tǒng)電氣設(shè)備無

24、能為力，一般應(yīng)用性pc 機(jī)也不能勝任。在這個(gè)背景下，單片機(jī)的設(shè)想才逐漸成型。單片機(jī)就是將計(jì)算機(jī)的幾個(gè)基本組成部分集成在單一的芯片上，體積相對較小，很好地滿足了對控制系統(tǒng)體積的要求。自從1975 年美國德克薩斯公司開發(fā)生產(chǎn)出第一臺單片機(jī)tms-1000以來，單片機(jī)經(jīng)歷4位8位16位32位的發(fā)展過程。最有代表性的intel公司先后推出了三個(gè)系列：mcs-48系列8位單片機(jī)、mcs-51系列高檔8位單片機(jī)、mcs-96/98系列16位單片機(jī)。很多控制場合并不需要單片機(jī)去完成復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，因此單片機(jī)在生產(chǎn)工藝上進(jìn)行了簡化，降低了制造成本。同時(shí)采用大批量生產(chǎn)，成本進(jìn)一步降低。從目前市場上來看，其價(jià)格一

25、般都在幾元到幾十元之間。未來單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢將以8位單片機(jī)主流，并大力發(fā)展專用單片機(jī)。很多單片機(jī)生產(chǎn)廠家充分考慮到用戶的需求，將一些常用的功能部件，如adc（模/數(shù)轉(zhuǎn)換器）、dac（數(shù)/模轉(zhuǎn)換器）、pwn（脈沖產(chǎn)生器）以及l(fā)cd（液晶）驅(qū)動器等集成到芯片內(nèi)部、盡量做到單片化；同時(shí)，用戶還可以提出要求，由廠家為其量身定做（soc 設(shè)計(jì)）或自主設(shè)計(jì)。另外，隨著科技發(fā)展，程序存儲器容量將進(jìn)一步擴(kuò)大。當(dāng)存儲空間足夠大時(shí)，可嵌入一些軟件（如平臺軟件、虛擬外設(shè)軟件、系統(tǒng)診斷管理軟件等）以提高系統(tǒng)開發(fā)率。2.3.2 51 系列單片機(jī)的主要特點(diǎn)圖5單片機(jī)引腳排列at89s52單片機(jī)引腳排列如圖5（1）vc

26、c：電源電壓+5v。 （2）gnd：接地。（3）p0口：p0口是8位漏極開路型雙向i/o口，其既可作為地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，又可作為通用i/o口使用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時(shí)，該口分時(shí)轉(zhuǎn)換低8位地址和數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在作為通用i/o口使用時(shí)：作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動8個(gè)ttl邏輯門電路，在驅(qū)動nmos電路時(shí),需外接上拉電阻。作為輸入端口用時(shí)，要先向鎖存器寫l，這時(shí)輸出級2個(gè)fet均截止,可用作可作為高阻抗輸入。（4）p1口：pl是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，pl的輸出緩沖級可驅(qū)動（接收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門電路。對端口寫“l(fā)”，通過內(nèi)部的上拉電

27、阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流。（5）p2口：p2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，該口的輸出緩沖級可驅(qū)動4個(gè)ttl邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流（iil）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行movx a,dptr指令）時(shí)，p2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行movx a,ri指令）時(shí)，p2口線上的內(nèi)容在整個(gè)訪問期間不改變。 （6）

28、p3口：p3口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。p3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門電路。對p3口寫入“l(fā)”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端口時(shí)，被外部拉低的p3口將用上拉電阻輸出電流（iil）。p3口除了作為一般的i/o口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：端口引腳第二功能p3.0 rxd 串行輸入口p3.1 txd 串行輸出口p3.2 int0 外部中斷0p3.3 int1 外部中斷1p3.4 t0 定時(shí)計(jì)數(shù)器0外部輸入p3.5 t1 定時(shí)計(jì)數(shù)器1外部輸入p3.6 wr 寫選通p3.6 rd 讀選通（7）ea/vpp：外部訪問允許端

29、。ea端保持低電平時(shí)，cpu訪問外部程序存儲器；ea端保持高電平時(shí)，cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。f1ash存儲器編程時(shí)，該引腳加上+12v的編程電壓vpp。（8）rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。（9）aleprog：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ale（地址鎖存允許）用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ale仍以時(shí)鐘振蕩頻率的16輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)將跳過一個(gè)ale脈沖。(10)xtal1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。(11) xtal2：

30、振蕩器反相放大器的輸出端。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容c1、c2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容c1、c2沒有十分嚴(yán)格的要求，如果使用石英晶體，推薦電容值為30pf10pf。3 紅外線計(jì)數(shù)器硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖6 電源供電電路如圖6所示電源供電部分采用變壓器降壓、橋式整流、電容器濾波、三端穩(wěn)壓器7805穩(wěn)壓后供電。電源用220v 市電經(jīng)變壓器t1降壓成12v交流電，然后經(jīng)四個(gè)整流二極管（d1d4）組成的橋式整流變成直流電壓，經(jīng)c1濾波后送入7805 芯片穩(wěn)壓成5v直流電源供紅外線發(fā)射、接收電路、at89c51等供電。c1和c2的作用都是起到對輸出電壓的

31、濾波作用。stc89c51單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖7，8所示。. 圖7 時(shí)鐘電路 圖8 復(fù)位電路51單片機(jī)的最小系統(tǒng)由單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路和p0的上拉電阻組成。其介紹如下：時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路（圖6）是由電容c4、c5和12mhz的晶振組成，接在單片機(jī)的第18和19腳(即xtal1和xtal2端)。因其采用的是振蕩頻率12mhz的晶振，所以其軟件的一個(gè)機(jī)器周期為1us。復(fù)位電路：c1和r2構(gòu)成了復(fù)位電路。剛開始上電時(shí)時(shí)，c1瞬間相當(dāng)于短路，c1 兩端保持0v電壓，vcc的電源電壓就都加在了r2上，因此在單片機(jī)9腳rst上變成了高電平，此后c1上逐漸充電，即在c1上出現(xiàn)電壓，r2上的電壓開始

32、下降，最后單片機(jī)9腳rst上變成了低電平。在此過程中只要滿足單片機(jī)9腳rst上的高電平持續(xù)24個(gè)振蕩周期即可使單片機(jī)復(fù)位。3.2、紅外線檢測電路3.2.1 紅外線發(fā)射電路 圖9 紅外線檢測部分如圖9所示，紅外線檢測部分采用一對紅外發(fā)送接收管完成，當(dāng)電路正常工作時(shí)，無障礙物遮擋，紅外接收頭有紅外線照射，這時(shí)，紅外接收頭的電阻很小，大部分電壓都加在r3上，這正是電壓比較器lm324的正向輸入電壓，而負(fù)向輸入電壓由r4和r5分壓得到，而r3分得的電壓要大于此基準(zhǔn)電壓值，故這時(shí)電壓比較器lm324輸出高電平；當(dāng)在紅外發(fā)射接收管間有一不透光的障礙物時(shí)，紅外接收頭無紅外線照射，這時(shí)紅外接收頭的電阻很大，大

33、部分電壓都加在紅外接收頭上，這也是電壓比較器lm324的正向輸入電壓，而負(fù)向輸入電壓也是由r4和r5分壓得到，和原來電壓一樣，這時(shí)，r3分得的電壓要小于此基準(zhǔn)電壓值，故這時(shí)電壓比較器lm324輸出低電平。3.3 計(jì)數(shù)顯示部分計(jì)數(shù)顯示部分由單片機(jī)at89c51控制完成?；驹頌楫?dāng)紅外檢測部分檢測到有產(chǎn)品經(jīng)過時(shí)，紅外接收電路lm567 芯片的8輸出口將產(chǎn)生一個(gè)低電平信號，這個(gè)信號將供給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)控制；顯示部分是通8 位led數(shù)碼顯示管顯示。計(jì)數(shù)控制部分是將計(jì)數(shù)脈沖（負(fù)脈沖有效）送入單片機(jī)at89c51兩個(gè)中斷入口的int0入口，經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部對這個(gè)中斷信號進(jìn)行計(jì)數(shù)編程構(gòu)成.at89c51與m

34、cs-51 指令系統(tǒng)完全兼容。提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)flash 閃爍存儲器、128字節(jié)內(nèi)部ram、32個(gè)i/o口線、兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、一個(gè)5 向量兩級中斷、一個(gè)全雙工串行通信口、片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)at89c51可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩個(gè)軟件的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu 的工作，但是允許ram、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電后保存ram中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件。3.4 蜂鳴器報(bào)警電路本設(shè)計(jì)采軟件處理報(bào)警，利用有源蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警輸出，采用直流供電。當(dāng)所測溫度超過獲低于所預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，數(shù)據(jù)口相應(yīng)拉高電平，報(bào)警

35、輸出。（也可采用發(fā)光二級管報(bào)警電路，如過需要報(bào)警，則只需將相應(yīng)位置1，當(dāng)參數(shù)判斷完畢后，再看報(bào)警模型單元alarm 的內(nèi)容是否與預(yù)設(shè)一樣，如不一樣，則發(fā)光報(bào)警）報(bào)警電路硬件連接見下圖10。圖10 蜂鳴器電路連接圖4 紅外線計(jì)數(shù)器軟件設(shè)計(jì)stc89c52rc 單片機(jī)可以用匯編語言和c語言進(jìn)行編程。匯編語言與機(jī)器指令一一對應(yīng)，所以用匯編語言編寫的程序在單片機(jī)里運(yùn)行起來效率較高，而且對于紅外計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)的讀寫上，所用到的語句比較簡單易懂。而c語言程序可讀性高，更便于理解。本設(shè)計(jì)使用c語言編程。4.1 主程序設(shè)計(jì)第一次開機(jī)，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，led顯示51芯片的初始數(shù)字，并開始運(yùn)行。如果這個(gè)時(shí)候按下s2鍵

36、，則led數(shù)碼管的前兩位則累加，該數(shù)字作為本次實(shí)驗(yàn)的報(bào)警觸發(fā)數(shù)據(jù)，后兩位數(shù)碼管則位紅外線當(dāng)前的計(jì)數(shù)，當(dāng)顯示數(shù)據(jù)達(dá)到觸發(fā)數(shù)據(jù)則蜂鳴器報(bào)警。當(dāng)此時(shí)按下s1鍵，則蜂鳴器報(bào)警停止且后兩位數(shù)碼管數(shù)據(jù)清零，重新進(jìn)行計(jì)數(shù)。主程序流程圖如圖11所示：圖11 主程序流程圖void main()et0=1;it0=1;ex0=1;ea=1;beep=1;num=10;while(1)keyclear();keyset();bj();process(count);display();設(shè)定左邊兩位校對數(shù)碼管初始值e=10，設(shè)定右邊兩位計(jì)數(shù)數(shù)碼管初始值n=0。4.2 子程序設(shè)計(jì)4.2.1 led 顯示程序設(shè)計(jì)用npn

37、三極管驅(qū)動led數(shù)碼管動態(tài)顯示電路，編程就是利用人視覺的暫留性，不斷地輪流輸出每個(gè)數(shù)碼管位的數(shù)據(jù)，達(dá)到不閃爍的效果，編程上還是比較簡單的。其難點(diǎn)就在把4 位一體共陰數(shù)碼管分成兩部分并且能夠進(jìn)行0999的計(jì)數(shù)，這么做是為了能夠清楚的反映實(shí)驗(yàn)的效果，左邊的兩位為給定的數(shù)據(jù)并且能夠通過按鍵s2進(jìn)行累加達(dá)到改變數(shù)據(jù)而不用通過修改程序來改變的效果，后兩位則是紅外對管所測得遮擋的次數(shù)。另外，就是顯示中閃爍的功能。常用的方法是利用單片機(jī)的中斷產(chǎn)生方波來達(dá)閃爍的功能，而本次設(shè)計(jì)則采用不斷調(diào)用幾個(gè)顯示子程序來達(dá)到閃爍的效果，如當(dāng)要閃爍秒位時(shí)，則調(diào)用完整的顯示子程序一段時(shí)間，然后再調(diào)用缺少秒位的顯示子程序一段時(shí)間

38、，這樣就達(dá)到了閃爍的效果。而整個(gè)閃爍程序是通過掃描一個(gè)標(biāo)志位來實(shí)現(xiàn)的，標(biāo)志位則是由鍵控制。void process(uint i)dat0=num/10;dat1=num%10;dat2=i/10;dat3=i%10;把4 位led 數(shù)碼管分成兩部分并賦予不同功能。void keyset()if(key2=0)delayms(10);if(key2=0)num+;while(!key2)process(count);display();通過按鍵s2可以改變校對數(shù)碼管的初始值進(jìn)行累加。加強(qiáng)可操控性。4.2.2 蜂鳴器報(bào)警程序設(shè)計(jì)void bj()if(count=num)beep=0;elseb

39、eep=1;當(dāng)后兩位數(shù)碼管的數(shù)據(jù)大于等于給定的數(shù)字則蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警，當(dāng)按下s1 按鈕，則后兩位數(shù)據(jù)清零進(jìn)行新一輪的計(jì)數(shù)且蜂鳴器停止報(bào)警，從而達(dá)到計(jì)數(shù)的意義。5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 系統(tǒng)的硬件調(diào)試調(diào)試工作可分硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩個(gè)部分，調(diào)試方法如下：首先，硬件調(diào)試主要是先制作硬件電路板，然后用萬用表等工具對電路檢查，最后應(yīng)用程序進(jìn)行功能調(diào)試。硬件調(diào)試比較費(fèi)時(shí)，需要細(xì)心和耐心，也需要熟練掌握電路原理。然后，用仿真軟件進(jìn)行軟件調(diào)試，比如單片機(jī)c51編輯軟件keil，該軟件提供一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境uvision，它包括c編輯器、宏編輯器、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器。通過編譯、運(yùn)行，可以檢查程序錯(cuò)

40、誤。但應(yīng)用此方法，仍需要十分了解所使用元器件的工作方式和管腳連接方式。5.2 軟件調(diào)試本次設(shè)計(jì)則是直接完成電路的硬件設(shè)計(jì)，出現(xiàn)的硬件問題幾乎沒有，主要在軟件的程序上進(jìn)行調(diào)試。在軟件調(diào)試過程中，曾遇到以下問題：當(dāng)硬件初次開機(jī)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)led亮度不夠均勻。進(jìn)行分析，是程序設(shè)里面對顯示程序的延時(shí)不夠造成的。在調(diào)試按鍵的時(shí)候，當(dāng)一按下任意一個(gè)按鍵，系統(tǒng)顯示的就處于定格狀態(tài)，再按下按鍵則沒有任何反應(yīng)。查詢程序，由于在延時(shí)和循環(huán)程序里，對rx寄存器重復(fù)使用造成的，經(jīng)過合理分配使用，問題解決。由于本硬件設(shè)計(jì)中，對p0是復(fù)用的狀態(tài)，顯示程序的段碼和時(shí)鐘芯片的數(shù)據(jù)，都是通過p0傳輸?shù)?。在編程中，忽略了關(guān)閉另個(gè)數(shù)據(jù)的通信，導(dǎo)致顯示有余光的狀態(tài)。6 結(jié)論在研究這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中曾經(jīng)讓我遇到了許多小麻煩：在檢測單元的選擇上是選擇光電傳感器還是紅外對射式曾經(jīng)讓我迷茫.在mcs-51單片機(jī)的選擇上是選擇內(nèi)部具有4kb字節(jié)的閃爍存儲器的at89c51 還是選擇內(nèi)部具有8kb 字節(jié)的閃爍存儲器的at89c2051 曾經(jīng)也讓我困惑不已（其實(shí)任選一款都可以實(shí)現(xiàn)）。而最讓我感到迷茫的是否利用8155 進(jìn)行i/o 口的擴(kuò)展，其實(shí)通過設(shè)計(jì)要求可以看出不難看出根