智能儀表綜合課程設計基于單片機的紅外脈沖計數(shù)器

1、摘 要計數(shù)是一種簡單的基本運算，計數(shù)器就是實現(xiàn)這種運算的邏輯電路。計數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對脈沖的個數(shù)進行技術(shù)，以實現(xiàn)測量、計數(shù)和控制的功能。同時兼有分頻功能，計數(shù)器是由基本的計數(shù)單元和一些控制門所組成，計數(shù)單元則是由基本的計數(shù)單元和一些控制門組成，計數(shù)單元則是由一系列具有存儲信息功能的各類觸發(fā)器構(gòu)成。還有的計數(shù)器是通過一些復雜的集成單元比如單片機以及外設構(gòu)成，以完成顯示、控制等一些復雜的功能帶有傳感器的計數(shù)器應用范圍遍布印刷、紡織、印染、針織、電纜、電訊、軍工、輕工、機械、開關、斷路器、礦山、實行多班制的紡織行業(yè)的織布機、織帶機、制線、制帶、造紙、制革、薄膜、高壓開關電器產(chǎn)品、試驗設備，印刷

2、設備、短路器、醫(yī)療、紡織、機械、倉庫和碼頭的貨運、行人及車輛過往的數(shù)量計數(shù)、冶金、食品、國防、包裝、配料、石油、化工、發(fā)電、機床、儀表、自動化控制等行業(yè)。關鍵詞：紅外脈沖計數(shù)；1838；at89c51目錄1 紅外脈沖計數(shù)器的簡介11.1紅外脈沖計數(shù)器簡介11.2紅外計數(shù)器的作用11.3本課題的背景和意義12 系統(tǒng)設計簡介22.1 紅外脈沖計數(shù)器簡介22.2 設計要求22.3 設計方案論證22.4 硬件設計電路33.系統(tǒng)硬件設計53.1主控制器選擇53.2顯示電路53.3紅外傳感器簡介63.41838紅外傳感器與單片機的接口電路73.6時鐘電路83.7復位電路83.8系統(tǒng)總體電路圖94 設計語言

3、及軟件介紹104.1 c語言介紹104.2 keilc51軟件介紹115 系統(tǒng)軟件設計125.1 概述125.2 系統(tǒng)程序設計模塊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191 紅外脈沖計數(shù)器的簡介1.1紅外脈沖計數(shù)器簡介計數(shù)是一種簡單的基本運算，計數(shù)器就是實現(xiàn)這種運算的邏輯電路。計數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對脈沖的個數(shù)進行技術(shù)，以實現(xiàn)測量、計數(shù)和控制的功能。同時兼有分頻功能，計數(shù)器是由基本的計數(shù)單元和一些控制門所組成，計數(shù)單元則是由基本的計數(shù)單元和一些控制門組

4、成，計數(shù)單元則是由一系列具有存儲信息功能的各類觸發(fā)器構(gòu)成。還有的計數(shù)器是通過一些復雜的集成單元比如單片機以及外設構(gòu)成，以完成顯示、控制等一些復雜的功能。1.2紅外計數(shù)器的作用計數(shù)器的應用范圍也遍布印刷、紡織、印染、針織、電纜、電訊、軍工、輕工、機械、開關、斷路器、礦山、實行多班制的紡織行業(yè)的織布機、織帶機、制線、制帶、造紙、制革、薄膜、高壓開關電器產(chǎn)品、試驗設備，印刷設備、短路器、醫(yī)療、紡織、機械、倉庫和碼頭的貨運、行人及車輛過往的數(shù)量計數(shù)、冶金、食品、國防、包裝、配料、石油、化工、發(fā)電、機床、儀表、自動化控制等行業(yè)。本次設計的目的就是讓我們在理論學習的基礎上，將所學知識運用到實際當中，制作一

5、個以單片機為mcu的計數(shù)顯示器件。并使我們了解電子設備在工業(yè)中的實際運用，以及工程設計的相關程序。1.3本課題的背景和意義將紅外脈沖信號轉(zhuǎn)換為可以顯示出來的數(shù)值，然后通過顯示單元，如led、lcd或者電腦屏幕等顯示出來給人觀察。這樣就完成了紅外脈沖計數(shù)器的基本計數(shù)功能。隨著計數(shù)器技術(shù)的不斷發(fā)展與進步，計數(shù)器的種類越來越多，應用的范圍越來越廣，隨之而來的競爭也越來越激烈。過硬的技術(shù)也成為眾多生產(chǎn)廠商競爭的焦點之一。廠商為了在競爭中處于不敗之地，從而不斷地改進技術(shù)，增加產(chǎn)品的種類?，F(xiàn)計數(shù)器的種類以增加到：電磁計數(shù)器、電子計數(shù)器、機械計數(shù)器（拉動機械計數(shù)器、轉(zhuǎn)動機械計數(shù)器、按動機械計數(shù)器、測長機械計

6、數(shù)器）、液晶計數(shù)器等。本課題以設計紅外脈沖計數(shù)器為目標，采用1838紅外接受管作為傳感器，由單片機對其輸出信號做處理并顯示。2 系統(tǒng)設計簡介2.1 紅外脈沖計數(shù)器簡介紅外脈沖計數(shù)器就是對紅外脈沖進行計數(shù)，并對當前值進行檢測并作出相應的處理。紅外脈沖計數(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)自動控制方面具有相當重要的作用。應用范圍也遍布印刷、紡織、印染、針織、電纜、電訊、軍工、輕工、機械、開關、斷路器、礦山、儀表、自動化控制等行業(yè)。2.2 設計要求1、將計數(shù)值準確通過led數(shù)碼管顯示出來2、測量范圍為00-99。2.3 設計方案論證方案一：采用多種數(shù)字邏輯電路來實現(xiàn)邏輯控制、主門

7、、門控、計數(shù)單元的設計要求，這樣設計的電路整體比較復雜，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來實現(xiàn)邏輯控制、主門、門控、計數(shù)單元的設計要求，并且設計方便，但由于對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為核心的單片機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)原理圖中的邏輯控制、主門、門控、計數(shù)的設計要求單片機計數(shù)器的方式控制寄存器tmod中的gate位=1時，可以很方便的進行int0引腳的外部輸入信號的時間間隔測量。且單片機的控制電路很容易實現(xiàn)擴展，比如語音模塊、測溫i2c模塊、時鐘模塊、a/d模塊等。故采用方案三。整體設計框圖如圖.所示。at89c5

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

9、單片機的統(tǒng)稱。該系列單片機的始祖是intel的8031單片機，后來隨著flash rom計數(shù)的發(fā)展，成為應用最廣泛的8位單片機之一。其代表型號是atmel公司的at89系列，它廣泛應用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。本課程設計采用的單片機是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)定性及性價比使得它占據(jù)著國內(nèi)51單片機較大的市場。3.2顯示電路在本任務中用2位數(shù)碼管顯示當前數(shù)值的十位、個位，由于數(shù)碼管個數(shù)多，如采用靜態(tài)顯示方式，則占用單片機的i/o口線太多，如果用定時器/計數(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，則電路復雜。

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

11、字形碼和字位碼都沒由加驅(qū)動電路，在實際應用中應加驅(qū)動電路。如圖所示：圖3-2顯示電路3.3紅外傳感器簡介紅外接收電路通常被廠家集成在一個元件中，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)測二極管監(jiān)測到紅外信號， 然后把信號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近。交流信號進入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30khz到60khz的負載波，通過解調(diào)電路和積分電路進入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號波形。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很多，引腳定義也不相同，一般都有三個引腳，包括供電腳，接地和信號輸出腳。根據(jù)發(fā)射端調(diào)制 載波的不同應選用相應解調(diào)頻率的接收頭。 3.4 紅外傳感器與單片機的接口電路 ds18b20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時ds18b20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，單片機端口接單線總線， 本次采用電源供電方式如圖3-4所示：圖3-4 1838紅外感器與單片機的接口電路3.6時鐘電路 時鐘電路用來提供單片機各種微操作的時間基準。圖3-5時鐘電路3.7復位電路 復位電路是單片機的片內(nèi)電路初始

13、化，使單片機從一種確定的狀態(tài)開始運行。復位操作通常有兩種基本形式：上電復位、開關復位。此處選擇上電復位，該操作要求接通電源后自動實現(xiàn)復位操作。電容上電后使rst持續(xù)一段高電平時間，此處電解電容c3設定參數(shù)為10uf，如圖所示：圖3-6復位電路3.8系統(tǒng)總體電路圖 溫度計電路設計原理圖如圖3-7所示,控制器使用單片機at89c51,溫度計傳感器使用1838紅外接收管,用led實現(xiàn)溫度顯示。本溫度計大體分三個工作過程。首先，由1838紅外傳感器芯片將接收到的紅外脈沖信號轉(zhuǎn)換為電信號并將結(jié)果送入單片機。然后，通過89c5i單片機芯片對送來的信號進行累計加數(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單片機芯片組成。圖3-7系統(tǒng)總體設計圖4 設計語言及軟件介紹4.1 c語言介紹c語言是一種面向過程的計算機程序設計語言，它是目前眾多計算機語言中舉世公認的優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)程序設計語言之一。它由美國貝爾研究所的d.m.ritchie于1972年推出。1978后，c語言已先后被移植到大、中、小及微型機上。 c語言發(fā)展如此迅速，而且成為最受歡迎的語言之一，主要因為它具有強大的功能。許多著名的系統(tǒng)軟件，如dbase 都是由c 語言編寫的。用c 語言加上一些匯編語言子程序，就更能顯示c 語言的優(yōu)勢了，像pc- dos 、wordstar等就是用這種方法編寫的

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

16、調(diào)試。c 語言是以函數(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)、條件語句控制程序流向，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。 3.c語言功能齊全。具有各種各樣的數(shù)據(jù)類型，并引入了指針概念，可使程序效率更高。而且計算功能、邏輯判斷功能也比較強大，可以實現(xiàn)決策目的的游戲。4.c語言適用范圍大。適合于多種操作系統(tǒng)，如windows、dos、unix等等；也適用于多種機型。 c語言對編寫需要硬件進行操作的場合，明顯優(yōu)于其它解釋型高級語言，有一些大型應用軟件也是用c語言編寫的。 c語言具有較好的可移植性，并具備很強的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動畫。它是數(shù)值計算的高級語言。4.2

17、keilc51軟件介紹keil c51是德國keil software公司（arm公司之一）出品的51系列兼容單片機c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。keil提供了包括c編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uvision）將這些部分組合在一起。5 系統(tǒng)軟件設計5.1 概述5.2 系統(tǒng)程序設計模塊系統(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責溫度的實時顯示，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)換為兩個字符，分別在

18、十位和個位顯示。5.2.3中斷子程序進入中斷就說明接收到脈沖，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序圖4.2.2所示。 n進入中斷計數(shù)加1計數(shù)大于99計數(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; /設置接收引腳/*延時函數(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;/提取個位buffer_counts0 = count % 10;/提取十位 p2 = 0xfe;p0 = led_codebuffer_counts0;delay(2); /顯示個位p2 = 0xfd;p0 = led_codebuffer_counts1;delay(2);/顯示十