智能儀表綜合課程設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的紅外脈沖計(jì)數(shù)器

1、摘 要計(jì)數(shù)是一種簡(jiǎn)單的基本運(yùn)算，計(jì)數(shù)器就是實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)算的邏輯電路。計(jì)數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對(duì)脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量、計(jì)數(shù)和控制的功能。同時(shí)兼有分頻功能，計(jì)數(shù)器是由基本的計(jì)數(shù)單元和一些控制門(mén)所組成，計(jì)數(shù)單元?jiǎng)t是由基本的計(jì)數(shù)單元和一些控制門(mén)組成，計(jì)數(shù)單元?jiǎng)t是由一系列具有存儲(chǔ)信息功能的各類(lèi)觸發(fā)器構(gòu)成。還有的計(jì)數(shù)器是通過(guò)一些復(fù)雜的集成單元比如單片機(jī)以及外設(shè)構(gòu)成，以完成顯示、控制等一些復(fù)雜的功能帶有傳感器的計(jì)數(shù)器應(yīng)用范圍遍布印刷、紡織、印染、針織、電纜、電訊、軍工、輕工、機(jī)械、開(kāi)關(guān)、斷路器、礦山、實(shí)行多班制的紡織行業(yè)的織布機(jī)、織帶機(jī)、制線、制帶、造紙、制革、薄膜、高壓開(kāi)關(guān)電器產(chǎn)品、試驗(yàn)設(shè)備，印刷

2、設(shè)備、短路器、醫(yī)療、紡織、機(jī)械、倉(cāng)庫(kù)和碼頭的貨運(yùn)、行人及車(chē)輛過(guò)往的數(shù)量計(jì)數(shù)、冶金、食品、國(guó)防、包裝、配料、石油、化工、發(fā)電、機(jī)床、儀表、自動(dòng)化控制等行業(yè)。關(guān)鍵詞：紅外脈沖計(jì)數(shù)；1838；at89c51目錄1 紅外脈沖計(jì)數(shù)器的簡(jiǎn)介11.1紅外脈沖計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介11.2紅外計(jì)數(shù)器的作用11.3本課題的背景和意義12 系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介22.1 紅外脈沖計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介22.2 設(shè)計(jì)要求22.3 設(shè)計(jì)方案論證22.4 硬件設(shè)計(jì)電路33.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53.1主控制器選擇53.2顯示電路53.3紅外傳感器簡(jiǎn)介63.41838紅外傳感器與單片機(jī)的接口電路73.6時(shí)鐘電路83.7復(fù)位電路83.8系統(tǒng)總體電路圖94 設(shè)計(jì)語(yǔ)言

3、及軟件介紹104.1 c語(yǔ)言介紹104.2 keilc51軟件介紹115 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)125.1 概述125.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)模塊125.2.1主程序125.2.2顯示子程序125.2.3中斷子程序125.3 控制源程序135.3.1 c程序135.3.2程序清單155.4 調(diào)試及仿真15結(jié) 論18參考文獻(xiàn)191 紅外脈沖計(jì)數(shù)器的簡(jiǎn)介1.1紅外脈沖計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介計(jì)數(shù)是一種簡(jiǎn)單的基本運(yùn)算，計(jì)數(shù)器就是實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)算的邏輯電路。計(jì)數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對(duì)脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量、計(jì)數(shù)和控制的功能。同時(shí)兼有分頻功能，計(jì)數(shù)器是由基本的計(jì)數(shù)單元和一些控制門(mén)所組成，計(jì)數(shù)單元?jiǎng)t是由基本的計(jì)數(shù)單元和一些控制門(mén)組

4、成，計(jì)數(shù)單元?jiǎng)t是由一系列具有存儲(chǔ)信息功能的各類(lèi)觸發(fā)器構(gòu)成。還有的計(jì)數(shù)器是通過(guò)一些復(fù)雜的集成單元比如單片機(jī)以及外設(shè)構(gòu)成，以完成顯示、控制等一些復(fù)雜的功能。1.2紅外計(jì)數(shù)器的作用計(jì)數(shù)器的應(yīng)用范圍也遍布印刷、紡織、印染、針織、電纜、電訊、軍工、輕工、機(jī)械、開(kāi)關(guān)、斷路器、礦山、實(shí)行多班制的紡織行業(yè)的織布機(jī)、織帶機(jī)、制線、制帶、造紙、制革、薄膜、高壓開(kāi)關(guān)電器產(chǎn)品、試驗(yàn)設(shè)備，印刷設(shè)備、短路器、醫(yī)療、紡織、機(jī)械、倉(cāng)庫(kù)和碼頭的貨運(yùn)、行人及車(chē)輛過(guò)往的數(shù)量計(jì)數(shù)、冶金、食品、國(guó)防、包裝、配料、石油、化工、發(fā)電、機(jī)床、儀表、自動(dòng)化控制等行業(yè)。本次設(shè)計(jì)的目的就是讓我們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中，制作一

5、個(gè)以單片機(jī)為mcu的計(jì)數(shù)顯示器件。并使我們了解電子設(shè)備在工業(yè)中的實(shí)際運(yùn)用，以及工程設(shè)計(jì)的相關(guān)程序。1.3本課題的背景和意義將紅外脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以顯示出來(lái)的數(shù)值，然后通過(guò)顯示單元，如led、lcd或者電腦屏幕等顯示出來(lái)給人觀察。這樣就完成了紅外脈沖計(jì)數(shù)器的基本計(jì)數(shù)功能。隨著計(jì)數(shù)器技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，計(jì)數(shù)器的種類(lèi)越來(lái)越多，應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣，隨之而來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈。過(guò)硬的技術(shù)也成為眾多生產(chǎn)廠商競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。廠商為了在競(jìng)爭(zhēng)中處于不敗之地，從而不斷地改進(jìn)技術(shù)，增加產(chǎn)品的種類(lèi)。現(xiàn)計(jì)數(shù)器的種類(lèi)以增加到：電磁計(jì)數(shù)器、電子計(jì)數(shù)器、機(jī)械計(jì)數(shù)器（拉動(dòng)機(jī)械計(jì)數(shù)器、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械計(jì)數(shù)器、按動(dòng)機(jī)械計(jì)數(shù)器、測(cè)長(zhǎng)機(jī)械計(jì)

6、數(shù)器）、液晶計(jì)數(shù)器等。本課題以設(shè)計(jì)紅外脈沖計(jì)數(shù)器為目標(biāo)，采用1838紅外接受管作為傳感器，由單片機(jī)對(duì)其輸出信號(hào)做處理并顯示。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介2.1 紅外脈沖計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介紅外脈沖計(jì)數(shù)器就是對(duì)紅外脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并對(duì)當(dāng)前值進(jìn)行檢測(cè)并作出相應(yīng)的處理。紅外脈沖計(jì)數(shù)器具有良好的抗干擾性及穩(wěn)定性，在生產(chǎn)生活中尤其是在工業(yè)自動(dòng)控制方面具有相當(dāng)重要的作用。應(yīng)用范圍也遍布印刷、紡織、印染、針織、電纜、電訊、軍工、輕工、機(jī)械、開(kāi)關(guān)、斷路器、礦山、儀表、自動(dòng)化控制等行業(yè)。2.2 設(shè)計(jì)要求1、將計(jì)數(shù)值準(zhǔn)確通過(guò)led數(shù)碼管顯示出來(lái)2、測(cè)量范圍為00-99。2.3 設(shè)計(jì)方案論證方案一：采用多種數(shù)字邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯控制、主門(mén)

7、、門(mén)控、計(jì)數(shù)單元的設(shè)計(jì)要求，這樣設(shè)計(jì)的電路整體比較復(fù)雜，而且不宜完成發(fā)揮部分的功能要求。所以方案一不采用。方案二：可以采用fpga來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯控制、主門(mén)、門(mén)控、計(jì)數(shù)單元的設(shè)計(jì)要求，并且設(shè)計(jì)方便，但由于對(duì)fpga的技術(shù)原理掌握不夠熟練，所以放棄方案二。方案三：系統(tǒng)采用8051為核心的單片機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)原理圖中的邏輯控制、主門(mén)、門(mén)控、計(jì)數(shù)的設(shè)計(jì)要求單片機(jī)計(jì)數(shù)器的方式控制寄存器tmod中的gate位=1時(shí)，可以很方便的進(jìn)行int0引腳的外部輸入信號(hào)的時(shí)間間隔測(cè)量。且單片機(jī)的控制電路很容易實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，比如語(yǔ)音模塊、測(cè)溫i2c模塊、時(shí)鐘模塊、a/d模塊等。故采用方案三。整體設(shè)計(jì)框圖如圖.所示。at89c5

8、1主控制器顯示電路時(shí)鐘電路信號(hào)接受電路復(fù)位電路 圖2.3 脈沖計(jì)數(shù)器總體電路結(jié)構(gòu)框圖2.4 硬件設(shè)計(jì)電路在at89s51單片機(jī)的p32引腳，即外部中斷0的入口引腳外接1838的output腳，作為計(jì)數(shù)的輸入口，用單片機(jī)的p0.0p0.7接一個(gè)共陰數(shù)碼管的段選，作為09的數(shù)字顯示，用單片機(jī)的p2.0作為共陰數(shù)碼管的位選，控制計(jì)數(shù)器的個(gè)位數(shù)顯示，用p2.1作為共陰數(shù)碼管的位選，控制計(jì)數(shù)器的十位顯示；硬件電路圖如圖2.所示： 圖2.4 數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)電路圖3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1主控制器選擇圖3-1at89c51引腳圖vcc：電源電壓； gnd：地；51單片機(jī)是對(duì)所有兼容intel 8031指令系統(tǒng)的

9、單片機(jī)的統(tǒng)稱。該系列單片機(jī)的始祖是intel的8031單片機(jī)，后來(lái)隨著flash rom計(jì)數(shù)的發(fā)展，成為應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一。其代表型號(hào)是atmel公司的at89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)之中。本課程設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)是stc89c52rc，完全兼容8031指令系統(tǒng)，并具有更大的flash rom。其良好的穩(wěn)定性及性價(jià)比使得它占據(jù)著國(guó)內(nèi)51單片機(jī)較大的市場(chǎng)。3.2顯示電路在本任務(wù)中用2位數(shù)碼管顯示當(dāng)前數(shù)值的十位、個(gè)位，由于數(shù)碼管個(gè)數(shù)多，如采用靜態(tài)顯示方式，則占用單片機(jī)的i/o口線太多，如果用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的串行移位寄存器工作方式及外接串入并出移位寄存器74ls164的方式，則電路復(fù)雜。

10、所以，在數(shù)碼管個(gè)數(shù)較多時(shí)，常采用動(dòng)態(tài)顯示方式。位數(shù)碼管的相同段并聯(lián)在一起，由一個(gè)6位i/o（p1口）輸出字形碼控制顯示某一字形，每個(gè)數(shù)碼管的公共端由另外一個(gè)i/o口（p0口)輸出的字位碼控制，即數(shù)碼管顯示的字形是由單片機(jī)i/o口輸出的字形碼確定，而哪個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮是由單片機(jī)i/o口輸出的字位碼確定的。個(gè)數(shù)碼管分時(shí)輪流循環(huán)點(diǎn)亮，在同一時(shí)刻只有1個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮，但由于數(shù)碼管具有余輝特性及人眼具有視覺(jué)暫留特性，所以適當(dāng)?shù)剡x取循環(huán)掃描頻率，看上去所有數(shù)碼管是同時(shí)點(diǎn)亮的，察覺(jué)不出閃爍現(xiàn)象。動(dòng)態(tài)顯示方式所接數(shù)碼管不能太多，否則會(huì)因每個(gè)數(shù)碼管所分配的實(shí)際導(dǎo)通時(shí)間太少，使得數(shù)碼管的亮度不足。在本任務(wù)中，為了簡(jiǎn)便，

11、字形碼和字位碼都沒(méi)由加驅(qū)動(dòng)電路，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)加驅(qū)動(dòng)電路。如圖所示：圖3-2顯示電路3.3紅外傳感器簡(jiǎn)介紅外接收電路通常被廠家集成在一個(gè)元件中，成為一體化紅外接收頭。 內(nèi)部電路包括紅外監(jiān)測(cè)二極管，放大器，限副器，帶通濾波器，積分電路，比較器等。紅外監(jiān)測(cè)二極管監(jiān)測(cè)到紅外信號(hào)， 然后把信號(hào)送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠(yuǎn)近。交流信號(hào)進(jìn)入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過(guò)30khz到60khz的負(fù)載波，通過(guò)解調(diào)電路和積分電路進(jìn)入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號(hào)波形。注意輸出的高低電平和發(fā)射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏度。

12、一體化紅外接收頭，如圖-所示： 圖- 紅外接收頭紅外接收頭的種類(lèi)很多，引腳定義也不相同，一般都有三個(gè)引腳，包括供電腳，接地和信號(hào)輸出腳。根據(jù)發(fā)射端調(diào)制 載波的不同應(yīng)選用相應(yīng)解調(diào)頻率的接收頭。 3.4 紅外傳感器與單片機(jī)的接口電路 ds18b20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)ds18b20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，單片機(jī)端口接單線總線， 本次采用電源供電方式如圖3-4所示：圖3-4 1838紅外感器與單片機(jī)的接口電路3.6時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路用來(lái)提供單片機(jī)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)。圖3-5時(shí)鐘電路3.7復(fù)位電路 復(fù)位電路是單片機(jī)的片內(nèi)電路初始

13、化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開(kāi)始運(yùn)行。復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位、開(kāi)關(guān)復(fù)位。此處選擇上電復(fù)位，該操作要求接通電源后自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。電容上電后使rst持續(xù)一段高電平時(shí)間，此處電解電容c3設(shè)定參數(shù)為10uf，如圖所示：圖3-6復(fù)位電路3.8系統(tǒng)總體電路圖 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖如圖3-7所示,控制器使用單片機(jī)at89c51,溫度計(jì)傳感器使用1838紅外接收管,用led實(shí)現(xiàn)溫度顯示。本溫度計(jì)大體分三個(gè)工作過(guò)程。首先，由1838紅外傳感器芯片將接收到的紅外脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并將結(jié)果送入單片機(jī)。然后，通過(guò)89c5i單片機(jī)芯片對(duì)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行累計(jì)加數(shù)，井將此結(jié)果送入led顯示模塊。由圖3-7可

14、看到，本電路主要由1838紅外感器芯片、和89c51單片機(jī)芯片組成。圖3-7系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖4 設(shè)計(jì)語(yǔ)言及軟件介紹4.1 c語(yǔ)言介紹c語(yǔ)言是一種面向過(guò)程的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它是目前眾多計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中舉世公認(rèn)的優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言之一。它由美國(guó)貝爾研究所的d.m.ritchie于1972年推出。1978后，c語(yǔ)言已先后被移植到大、中、小及微型機(jī)上。 c語(yǔ)言發(fā)展如此迅速，而且成為最受歡迎的語(yǔ)言之一，主要因?yàn)樗哂袕?qiáng)大的功能。許多著名的系統(tǒng)軟件，如dbase 都是由c 語(yǔ)言編寫(xiě)的。用c 語(yǔ)言加上一些匯編語(yǔ)言子程序，就更能顯示c 語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)了，像pc- dos 、wordstar等就是用這種方法編寫(xiě)的

15、。c語(yǔ)言是一種成功的系統(tǒng)描述語(yǔ)言，用c語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的unix操作系統(tǒng)就是一個(gè)成功的范例;同時(shí)c語(yǔ)言又是一種通用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在國(guó)際上廣泛流行。世界上很多著名的計(jì)算公司都成功的開(kāi)發(fā)了不同版本的c語(yǔ)言，很多優(yōu)秀的應(yīng)用程序也都使用c語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，它是一種很有發(fā)展前途的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。 1.c是中級(jí)語(yǔ)言。它把高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句與低級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性結(jié)合起來(lái)。c 語(yǔ)言可以像匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作， 而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元。 2.c是結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言。結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦阌谑褂?、維護(hù)以及

16、調(diào)試。c 語(yǔ)言是以函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語(yǔ)句控制程序流向，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。 3.c語(yǔ)言功能齊全。具有各種各樣的數(shù)據(jù)類(lèi)型，并引入了指針概念，可使程序效率更高。而且計(jì)算功能、邏輯判斷功能也比較強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)決策目的的游戲。4.c語(yǔ)言適用范圍大。適合于多種操作系統(tǒng)，如windows、dos、unix等等；也適用于多種機(jī)型。 c語(yǔ)言對(duì)編寫(xiě)需要硬件進(jìn)行操作的場(chǎng)合，明顯優(yōu)于其它解釋型高級(jí)語(yǔ)言，有一些大型應(yīng)用軟件也是用c語(yǔ)言編寫(xiě)的。 c語(yǔ)言具有較好的可移植性，并具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫(xiě)系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動(dòng)畫(huà)。它是數(shù)值計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言。4.2

17、keilc51軟件介紹keil c51是德國(guó)keil software公司（arm公司之一）出品的51系列兼容單片機(jī)c語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。keil提供了包括c編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uvision）將這些部分組合在一起。5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 概述5.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)模塊系統(tǒng)程序主要包括主程序，中斷處理程序和顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。5.2.1主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示，主程序流程圖如圖4.2.1所示。顯示數(shù)值顯示數(shù)值程序開(kāi)始圖4.2.1 主程序流程圖5.2.2顯示子程序顯示子程序?qū)?shù)字轉(zhuǎn)換為兩個(gè)字符，分別在

18、十位和個(gè)位顯示。5.2.3中斷子程序進(jìn)入中斷就說(shuō)明接收到脈沖，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序圖4.2.2所示。 n進(jìn)入中斷計(jì)數(shù)加1計(jì)數(shù)大于99計(jì)數(shù)清零 返回 圖4.2.2 中斷子程序流程圖5.3 控制源程序5.3.1 c程序接收程序：#include typedef unsigned char uint8;typedef unsigned int uint16;sbit k2 = p35; /設(shè)置接收引腳/*延時(shí)函數(shù)*/void delay(uint16 x)uint16 i,j;for(i = x; i 0; i -)for(j = 114; j 0; j -);code uint8 led_code = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/數(shù)碼管位碼表uint8 buffer_counts=0,0;/顯示位uint16 count=0;void show_counts() buffer_counts1 = count % 100 /10;/提取個(gè)位buffer_counts0 = count % 10;/提取十位 p2 = 0xfe;p0 = led_codebuffer_counts0;delay(2); /顯示個(gè)位p2 = 0xfd;p0 = led_codebuffer_counts1;delay(2);/顯示十