光電傳感器脈沖計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說明書光電傳感器脈沖計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)摘要本文基于AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定反射式光電計(jì)數(shù)器，可實(shí)現(xiàn)脈沖實(shí)時(shí)計(jì)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(jī)處理后顯示在數(shù)碼管上。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)鎖死情況時(shí)可以通過復(fù)位鍵調(diào)整，直至系統(tǒng)正常工作。關(guān)鍵詞：AT89C51,光電計(jì)數(shù)器，E18-D50NK第II頁課程設(shè)計(jì)說明書目錄1緒論.1.1.1 課題描述1.1.2 基本工作原理及框圖1.2相關(guān)芯片及硬件電路設(shè)計(jì)2.2.1 AT89C51芯片2.2.1.1 AT89C51的功能特性3.2.1.2 AT89C51的主要性能參數(shù)3.2.

2、2 E18-D50NK反射式紅外傳感器4.2.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路5.2.4 光電傳感器電路5.2.5 顯示電路6.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)6.3.1 系統(tǒng)的軟件運(yùn)行流程圖7.3.2 程序設(shè)計(jì)7.4仿真1.Q總結(jié)12致謝1.3參考文獻(xiàn)1.4.課程設(shè)計(jì)說明書1緒論1.1 課題描述在當(dāng)今社會(huì)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(jìn)行實(shí)時(shí)的、有效的、精確的自動(dòng)計(jì)數(shù)。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)構(gòu)成的產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)器有直觀和計(jì)數(shù)精

3、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，非接觸式光電計(jì)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(jī)AT89C51為核心的脈沖計(jì)數(shù)器。采用光電式傳感器，每當(dāng)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(gè)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(dāng)有物體穿越光路時(shí)，接收頭輸出為低電平，反之則為高電平，接收頭接單片機(jī)P3.4端口,當(dāng)電信號變化時(shí)，啟動(dòng)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，并將計(jì)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

4、圖1所示。圖1基本工作原理框圖系統(tǒng)的電路圖如圖2所示課程設(shè)計(jì)說明書VCCVCC0O-00P1.0VCCP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RESETP0.7P3.0EAP3.1ALEP3.2PSENP3.3P2.7P3.4P2.6O0O?P0.42P0.5gP0.6?P0.7901VCCDPY_4-SEGaaaabJfbj'fbIfbj'fcdecdecjd；ecdea-b-cd-efgdp12-3430PP3.5P3.6P3.7XTALXTALP2.5P2.4P2.3:P2.2P2.1AT89C51o

5、-1162QrL15二3iJ14口4c13O5126611771089220P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0圖2光電脈沖計(jì)數(shù)器原理圖2相關(guān)芯片及硬件電路設(shè)計(jì)2.1AT89C51芯片AT89C5ZAT89S51AT89C51Pi.0PI,IPL2PL3?i.-IPL5PLbP】JFISTRk口gQ(BDPL1ISTUIPI2(iyn)pjr(TDP15椰runK7AL1LXDVCCPO.0/(ADO)PO.F0.2/(AD2JPE3"ADJJPIL4/(AIM)PhS/iADWlNl6/fADb)pg.7/c.wnEX/VFPME;1疏況PJ.7/(A1

6、5JPJ.6/(A14JPL盯即分P2.4卬8PL3/如”PLP2.0/(AS)AT89C51的引腳排列三種單片機(jī)的外形圖圖33種常見單片機(jī)及引腳圖AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器(FPEROMFlashProgrammableand課程設(shè)計(jì)說明書ErasableReadOnlyMemory的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器組合在單個(gè)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。AT89

7、C51單片機(jī)為很多嵌入式系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。2.1.1 AT89C51的功能特性AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM,32個(gè)I/O口線，兩個(gè)十六位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，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，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式3。空閑方式停止CPU的工作，但允許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(gè)硬件復(fù)位。2.1.2 AT89C51的主要性能參數(shù)AT89C51主

8、要性能參數(shù)如下：(1) 與MCS-51兼容(2) 4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器(3) 壽命：1000寫/擦循環(huán)(4) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年(5) 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz(6) 三級程序存儲(chǔ)器鎖定(7) 28X8位內(nèi)部RAM(8) 32可編程I/O線(9) 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(10) 5個(gè)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(shí)鐘電路鈿秋及課程設(shè)計(jì)說明書第4頁2.2E18-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(jìn)一

9、步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成4。電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，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(jì)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：三三<OtFTJiGND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(shí)，產(chǎn)生高低電平，通過軟件程序設(shè)置單片機(jī)內(nèi)部寄存器，當(dāng)傳感器的高低脈沖被單片機(jī)接收到時(shí)，單片機(jī)產(chǎn)生中斷，中斷產(chǎn)生后進(jìn)入中斷服務(wù)程序，通過設(shè)置中斷服務(wù)程序，進(jìn)行計(jì)數(shù)。并通過P2.4

10、,P23,P2.5,P2.6,P2.計(jì)數(shù)信息傳送至數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)。當(dāng)需要時(shí)按下復(fù)位開關(guān)，則計(jì)數(shù)器清零，課程設(shè)計(jì)說明書數(shù)碼管顯示清零，重新開始計(jì)數(shù)pppp_1一二二二二二二二一二ppp2.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路AT89C5130PP1.0VCCP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RESETP0.7P3.0EAP3.1ALEP3.2PSENP3.3P2.7P3.4P2.6P3.5P2.5P3.6P2.4P3.7P2.3XTAL2P2.2XTALP2.1VSSP2.0圖6單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)，或者稱為最

11、小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng).對51系列單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。單片機(jī)的晶振電路是一種典型起振電路，分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種。本次設(shè)計(jì)所采用的為內(nèi)部時(shí)鐘方式。典型的晶振取11.0592MHz（因?yàn)榭梢詼?zhǔn)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(shí)歇,方便定時(shí)操作）。單片機(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機(jī)，按下重啟按鈕他腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾網(wǎng)程序跑飛的時(shí)候，按下屈按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開始執(zhí)行。|2

12、.4 光電傳感器電路本設(shè)計(jì)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(xué)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(dāng)有物體遮擋時(shí)輸出為低電平，本課題就是利用該傳課程設(shè)計(jì)說明書感器的這種工作原理實(shí)現(xiàn)的。將數(shù)據(jù)輸出端與單片機(jī)進(jìn)行通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能2.5 顯示電路220后AT89C51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(dòng)態(tài)顯示接口是單片

13、機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)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(gè)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(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)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(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r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)

14、，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)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(huì)有閃爍感，動(dòng)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(jì)課程設(shè)計(jì)說明書3.1系統(tǒng)的軟件運(yùn)程圖本次軟件的流程圖如下:7系統(tǒng)的軟件流程圖圖3.2程序設(shè)計(jì)#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedcharvoidtimer1_init();voidsmg_dis();voidDelay1ms(ucharms);課程設(shè)計(jì)說明書sbitP34

15、=P3A4;unsignedintnum=0;ucharsmg_duanma10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;segbuf4=0,0,0,0;uchardspcom,i;/*主函數(shù)*/voidmain(void)timer1_init();P3=0xff;while(1)if(P34=0);Delaylms(20);if(P34=0)+num;if(num=9999)num=0;while(P34);voidtimer1_init()TMOD=0x10;/TMOD=00000110B,使用計(jì)數(shù)器T1的模式2TH1=(655

16、36-5000)/256;TL1=(65536-5000)%256;EA=1;開總中斷ET1=1;/允許定時(shí)器T1的中斷課程設(shè)計(jì)說明書TR1=1;/啟動(dòng)T1)voidKey_counter()interrupt3(TH1=(65536-5000)/256;TL1=(65536-5000)%256;smg_dis();)voidsmg_dis()(segbuf0=num/1000;segbuf1=num/100%10;segbuf2=num/10%10;segbuf3=num%10;P0=0xff;P0=smg_duanmasegbufdspcom;P2=0x10<<dspcom;i

17、f(+dspcom=4)(dspcom=0;)voidDelay1ms(ucharms)(unsignedintk;for(k=0;k<ms;k+)(unsignedcharij;課程設(shè)計(jì)說明書第10頁_nop_。；_nop_。；_nop_。；i=11;j=190;dowhile(-j);while(-i);4仿真U1IXTAL1XTAL2RST2930PSENALEEA12345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A

18、8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INTTP3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD10111112AT89C51圖8仿真結(jié)果在Keiluvision3下新建工程，在工程下新建文件，完成程序的編寫，并生成hex文件，在Proteus中畫出電路圖，進(jìn)行仿真。由于光傳感器在仿真過程中無法接受光信課程設(shè)計(jì)說明書第11頁號，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(gè)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(shí)，P3.4變?yōu)榈碗娖?。從而達(dá)到光傳感器接收光的效果。仿真結(jié)果如圖8所示。第12頁課程設(shè)計(jì)說明書總結(jié)本文介紹了一種基于AT89C51單片機(jī)的光電脈沖計(jì)數(shù)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要包括單片機(jī)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(jī)將收到的脈沖信號通過寄存器儲(chǔ)存，同時(shí)將信號經(jīng)處理，通過數(shù)碼管把脈沖的數(shù)量顯示出來。在設(shè)計(jì)的開始到結(jié)