光電傳感器脈沖計數(shù)器設(shè)計

1、光電傳感器脈沖計數(shù)電路設(shè)計摘 要本文基于AT89C51單片機設(shè)計了一個結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定反射式光電計數(shù)器，可實現(xiàn)脈沖實時計數(shù)功能。系統(tǒng)采用型號為E18-D50NK的紅外傳感器為信號采集裝置，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)單片機處理后顯示在數(shù)碼管上。當系統(tǒng)出現(xiàn)鎖死情況時可以通過復位鍵調(diào)整，直至系統(tǒng)正常工作。關(guān)鍵詞：AT89C51， 光電計數(shù)器， E18-D50NK 目 錄1 緒論11.1 課題描述11.2 基本工作原理及框圖12 相關(guān)芯片及硬件電路設(shè)計22.1 AT89C51芯片2 AT89C51的功能特性3 AT89C51的主要性能參數(shù)32.2 E18-D50NK反射式紅外傳感器42.3 單片機最小

2、系統(tǒng)電路52.4 光電傳感器電路52.5 顯示電路63 系統(tǒng)軟件設(shè)計63.1 系統(tǒng)的軟件運行流程圖73.2 程序設(shè)計74 仿真10總 結(jié)12致 謝13參考文獻141 緒論1.1 課題描述在當今社會飛速發(fā)展的今天，越來越多的流水線上的產(chǎn)品和各種公共場所需要進行實時的、有效的、精確的自動計數(shù)。傳統(tǒng)的機械式或電子式計數(shù)器（主要是用數(shù)字電路集成組件組成)電路比較復雜，元器件數(shù)量較多，故障率較高，維修比較困難，而設(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。而基于單片機構(gòu)成的產(chǎn)品自動計數(shù)器有直觀和計數(shù)精確的優(yōu)點，目前已在各種行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字計數(shù)器有多種形式，總體來說有接觸式和非

3、接觸式兩種，在科技發(fā)展的今天，非接觸式光電計數(shù)器得到了廣泛的應(yīng)用，光電式傳感器是其中之一。1.2 基本工作原理及框圖本系統(tǒng)是以單片機AT89C51為核心的脈沖計數(shù)器。采用光電式傳感器，每當物體通過一次，紅外光就被物體反射，光電接收管接收一次，光電接收管的輸出電壓就發(fā)生一次變化，這個變化的電壓信號通過放大和處理后，通過接收頭輸出相應(yīng)的電信號1。當有物體穿越光路時，接收頭輸出為低電平，反之則為高電平，接收頭接單片機P3.4端口，當電信號變化時，啟動計數(shù)器開始計數(shù)，并將計數(shù)后所得的數(shù)據(jù)送給數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)的基本原理如圖1所示。電源數(shù)碼管顯示單片機AT89C51紅外檢測電路圖1 基本工作原理框圖系統(tǒng)的

4、電路圖如圖2所示。圖2 光電脈沖計數(shù)器原理圖2 相關(guān)芯片及硬件電路設(shè)計2.1 AT89C51芯片圖3 3種常見單片機及引腳圖 AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容2。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌

5、入式系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。2.1.1 AT89C51的功能特性AT89C51提供以下標準功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個十六位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式3?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存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硬件復位。2.1.2 AT89C51的主要性能參數(shù)AT89C51主要性能參數(shù)如下：（1

6、）與MCS-51 兼容（2）4K字節(jié)可編程FLASH存儲器（3）壽命：1000寫/擦循環(huán)（4）數(shù)據(jù)保留時間：10年（5）全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz（6）三級程序存儲器鎖定（7）28×8位內(nèi)部RAM（8）32可編程I/O線（9）兩個16位定時器/計數(shù)器（10）5個中斷源（11）可編程串行通道（12）低功耗的閑置和掉電模式（13）片內(nèi)振蕩器和時鐘電路2.2 E18-D50NK反射式紅外傳感器光電開關(guān)電路主要由光電開關(guān)管，即光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光

7、電元件三部分組成4。電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活樣因此，光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。如下圖示為本次課程設(shè)計所采用的光電開關(guān)，其型號為E18-D50NK的反射紅外傳感器。圖4 反射紅外傳感器紅外傳感器輸出端的原理圖如下：圖5 紅外傳感器信號輸入端 紅外傳感器感受到外界信息時，產(chǎn)生高低電平，通過軟件程序設(shè)置單片機內(nèi)部寄存器，當傳感器的高低脈沖被單片機接收到時，單片機產(chǎn)生中斷，中斷產(chǎn)生后進入中斷服務(wù)程序，通過設(shè)置中斷服務(wù)程序，進行計數(shù)。并通過P2.4，P23，P2.5，P2.6，P2.口計數(shù)信息傳送至數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示計數(shù)的個數(shù)。

8、當需要時按下復位開關(guān)，則計數(shù)器清零，數(shù)碼管顯示清零，重新開始計數(shù)。2.3 單片機最小系統(tǒng)電路圖6 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng).對51系列單片機來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機、晶振電路、復位電路。 單片機的晶振電路是一種典型起振電路，分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式兩種。本次設(shè)計所采用的為內(nèi)部時鐘方式。典型的晶振取11.0592MHz（因為可以準確地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通訊的場合）/12MHz（產(chǎn)生精確的uS級時歇，方便定時操作）5。單片機復位電路就好比電腦的重啟部分，當電腦在使用中出現(xiàn)死機，按下重

9、啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機也一樣，當單片機系統(tǒng)在運行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。2.4 光電傳感器電路 本設(shè)計使用的光電接受部分是紅外光電式傳感器，它是采用光電元件作為檢測元 件信號轉(zhuǎn)換成電信號，光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成，其中光電傳感器是型號1E8-B03M封裝的紅外反射傳感器，E18-DS30NK光電傳感器，其工作電壓為5V，其傳感器有三條引腳，一條接+5V，一條接GND，另一條則是數(shù)據(jù)輸出接口，正常情況下輸出為高電平，當有物體遮擋時輸出為低電平，本課題就是利用該傳感器的這種工作原理實現(xiàn)的。將數(shù)據(jù)輸出端與

10、單片機進行通信，進而實現(xiàn)計數(shù)功能。2.5 顯示電路圖7 顯示電路本課題采用四位八段數(shù)碼管，該數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受

11、控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的6，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。其四位八段數(shù)碼管顯示電路圖7。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1系統(tǒng)的軟件運程圖本次軟件的流程圖如下：圖7 系統(tǒng)的軟件流程圖3.2 程序設(shè)計#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned charvoid timer1

12、_init（);void smg_dis（);void Delay1ms（uchar ms);sbit P34=P34;unsigned int num=0; uchar smg_duanma10 =0xc0，0xf9，0xa4，0xb0，0x99，0x92，0x82，0xf8，0x80，0x90;segbuf4=0，0，0，0;uchar dspcom，i;/*主函數(shù)*/void main（void)timer1_init（);P3=0xff;while（1) if（P34=0); Delay1ms（20);if（P34=0) +num; if（num=9999)num=0; while（P

13、34); void timer1_init（) TMOD=0x10; / TMOD=0000 0110B，使用計數(shù)器T1的模式2 TH1=（65536-5000)/256; TL1=（65536-5000)%256; EA=1; /開總中斷 ET1=1; /允許定時器T1的中斷 TR1=1; /啟動T1 void Key_counter（) interrupt 3 TH1=（65536-5000)/256;TL1=（65536-5000)%256;smg_dis（); void smg_dis（) segbuf0=num/1000;segbuf1=num/100% 10;segbuf2=num

14、/10%10;segbuf3=num%10; P0=0xff; P0=smg_duanmasegbufdspcom;P2=0x10<<dspcom; if（+dspcom = 4)dspcom = 0; void Delay1ms（uchar ms) unsigned int k;for（k=0;k<ms;k+)unsigned char i， j;_nop_（);_nop_（);_nop_（);i = 11;j = 190;dowhile （-j); while （-i);4 仿真圖8 仿真結(jié)果在Keil uvision3下新建工程，在工程下新建文件，完成程序的編寫，并生成

15、hex文件，在Proteus中畫出電路圖，進行仿真。由于光傳感器在仿真過程中無法接受光信號，不能產(chǎn)生相應(yīng)的電信號，所以在仿真中是將光電傳感器電路改為一個開關(guān)按鍵。開關(guān)按鍵一端接地，一端接P3.4端口。將P3.4端置為高電平，按下開關(guān)按鍵時，P3.4變?yōu)榈碗娖?。從而達到光傳感器接收光的效果。仿真結(jié)果如圖8所示?？?結(jié)本文介紹了一種基于AT89C51單片機的光電脈沖計數(shù)器系統(tǒng)的設(shè)計，主要包括單片機的最小系統(tǒng)電路、顯示電路和光電傳感器電路。本文利用軟件編程、這樣做占用硬件資源少，成本較低。光電傳感器電路通過光的采集輸出相應(yīng)的高低電平即；單片機將收到的脈沖信號通過寄存器儲存，同時將信號經(jīng)處理，通過數(shù)碼

16、管把脈沖的數(shù)量顯示出來。在設(shè)計的開始到結(jié)束我一直認真對待，在制作的過程中遇到了很多困難，通過查閱相關(guān)資料逐一解決問題的同時自己也增長了知識，到最后對光電計數(shù)系統(tǒng)的工作原理的掌握，最終設(shè)計出了自己理解的光電計數(shù)系統(tǒng)使我從中學習到了許多的新知識。 致 謝從拿到設(shè)計題目到設(shè)計整稿，從理論到實踐，學習到了很多新的知識，也成長了好多，在此要特別感謝導師司小平的指導與幫忙，在導師的指導下才能夠產(chǎn)生了不錯的設(shè)計思路，在設(shè)計過程中，遇到不少問題，都能夠得到付致偉老師的指點，讓設(shè)計工作得以順利進行，在此要感謝教我們單片機的呂運鵬老師和指導設(shè)計的付致，偉同時要感謝設(shè)計制作中幫助過我的同學，特別是汪楊銘在設(shè)計過程中幫我解決了許多問題，及時幫我解惑，以及排除障礙等。在此要感謝老師和同學們，讓我在這次設(shè)計過程中增長知識，學會成長，同時我們在實踐中學習，把我們的知識