基于51單片機(jī)的顏色檢測(cè)儀設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上光電檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目：基于51單片機(jī)的顏色檢測(cè)儀設(shè)計(jì)姓名： 學(xué)號(hào)： 專業(yè)： 班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 2017 年 1月 7日專心-專注-專業(yè) 目錄基于51單片機(jī)的顏色檢測(cè)儀設(shè)計(jì)摘要：隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向著自動(dòng)化、智能化方向的發(fā)展，生產(chǎn)過程中長(zhǎng)期由人眼占據(jù)主導(dǎo)地位的顏色識(shí)別工作即將被效率和精確度更高的顏色傳感器所替代，顏色傳感器在未來生活與生產(chǎn)中扮演的作用將會(huì)越來越大。顏色識(shí)別器的應(yīng)用十分廣泛，現(xiàn)階段其主要應(yīng)作為彩色打印機(jī)和繪圖儀的主要構(gòu)成部分。并在化妝品、紡織品和涂料制造過程中顏色的調(diào)配以及醫(yī)療等方面都起著重要的作用。因此對(duì)顏色識(shí)別器的研究對(duì)未來檢測(cè)行業(yè)的發(fā)展有著重要的

2、意義。本文將研究TCS230顏色傳感器識(shí)別顏色的原理，并結(jié)合單片機(jī)和液晶顯示模塊來實(shí)現(xiàn)顏色識(shí)別功能。首先，需要了解一定程度的光與顏色的知識(shí)以及深入研究TCS230顏色傳感器對(duì)顏色的識(shí)別原理并實(shí)現(xiàn)其識(shí)別顏色的功能。其次，利用ST89C52單片機(jī)對(duì)顏色傳感器輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的RGB三原色顏色值。最后，通過LCD1602將RGB三原色顏色值顯示出來并通過RGB顏色對(duì)應(yīng)表對(duì)比和分析所測(cè)數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)具有設(shè)備成本低、體積小、易于操作、靈敏度和精確度高等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：STC89C51單片機(jī) TCS230顏色傳感器 顏色識(shí)別系統(tǒng)1. 引言隨著工業(yè)生產(chǎn)中自動(dòng)化、高速化程度的不斷提升，顏色識(shí)別在各種工

3、業(yè)控制和檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛，顏色傳感器在終生活與生產(chǎn)中的作用將會(huì)越來越大，顏色傳感器在終端設(shè)備中的作用將會(huì)越來越大。例如顏色識(shí)別器在圖書館圖書的分類和包裝行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)十分普遍；現(xiàn)階段其主要應(yīng)作為彩色打印機(jī)和繪圖儀的主要構(gòu)成部分。并在化妝品、紡織品和涂料制造過程中顏色的調(diào)配以及醫(yī)療等方面都起著重要的作用。2. 顏色識(shí)別系統(tǒng)2.1顏色識(shí)別技術(shù)的現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢(shì)顏色識(shí)別技術(shù)是新興檢測(cè)技術(shù)，在彩色打印、商標(biāo)識(shí)別和材料分揀等方面已在我國(guó)擁有廣泛應(yīng)用。雖然我國(guó)在機(jī)器人視覺系統(tǒng)領(lǐng)域已取得舉世矚目的成就，但是在高分辨的顏色識(shí)別方面仍然缺乏自主研發(fā)能力。高精度的顏色識(shí)別技術(shù)仍然由少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家掌控，我國(guó)高

4、分辨率顏色傳感器的研究工作任重而道遠(yuǎn)。顏色識(shí)別系統(tǒng)提出的時(shí)間較晚，出現(xiàn)在自動(dòng)控制系統(tǒng)之后。其作為一種新興的檢測(cè)技術(shù)也是控制理論的簡(jiǎn)單應(yīng)用，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在工業(yè)控制中逐漸開始大范圍的應(yīng)用。顏色傳感器在實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)以及自動(dòng)控制方面有著重要的意義，伴隨著單片機(jī)等處理器技術(shù)的發(fā)展，顏色識(shí)別系統(tǒng)的效率也大大的增加。顏色識(shí)別在現(xiàn)代生產(chǎn)中的應(yīng)用愈加廣泛，特別是在遙感技術(shù)、工業(yè)過程控制、材料分揀、圖像處理、機(jī)器人視覺系統(tǒng)等方面的起著重要的作用，顏色傳感器的快速發(fā)展為上述生產(chǎn)應(yīng)用自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)提供了可能。隨著顏色傳感器的廣泛應(yīng)用，顏色識(shí)別技術(shù)已成為工業(yè)自動(dòng)化必不可少的部分，發(fā)展前景十分廣闊。三基色原理：適當(dāng)?shù)?/p>

5、選取三種基本顏色，任何顏色都能由這三種顏色按照不同的比例疊加合成，這三種顏色相互獨(dú)立不能由其他顏色按比例配出，這三種顏色就稱為三基色。國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）推薦使用紅、綠、藍(lán)作為三種基本顏色且此原理已在現(xiàn)代工業(yè)中有了非常廣泛的應(yīng)用。RGB顏色模型如下圖2.1所示。由三基色原理可知自然界中所有色光都可由R、G、B三種基本顏色按照不同的比例疊加合成，當(dāng)三基色分量都為0時(shí)，疊加出的光為黑色，對(duì)應(yīng)于立方體坐標(biāo)中的（0,0,0）點(diǎn)；當(dāng)三基色分量都為255時(shí)，疊加出的光為白色光，對(duì)應(yīng)于立體坐標(biāo)中得（255,255,255）。以由黑到白為對(duì)角線的正方體的其他六個(gè)頂點(diǎn)分別為紅（255,0,0），黃（255,

6、255,0），綠（0,255,0），青（0,255,255），藍(lán)（0,0,255）和品紅（255,0,255）。每個(gè)顏色都有其獨(dú)自RGB值。2.2 TCS230芯片的結(jié)構(gòu)框圖與特點(diǎn)國(guó)產(chǎn)宏晶STC51系列單片機(jī)不但低功耗、高穩(wěn)定性能而且具有低廉的價(jià)格，自上市以來成為國(guó)內(nèi)單片機(jī)從業(yè)者的首選。STC8952系列單片機(jī)便是目前國(guó)內(nèi)使用最多的一種單片機(jī)類型。其采用MCS-51為內(nèi)核，并在此基礎(chǔ)上做了很多改進(jìn)使的芯片功能更加強(qiáng)大。STC89C52型單片機(jī)參數(shù)如下：1.指令代碼與傳統(tǒng)8051的代碼完全兼容2.工作電壓：3.3V5.5V3.工作頻率：040MHz4.8K字節(jié)Flash5.片上集成512KRAM

7、6.通用I/O口（32個(gè)）7. 不需專用編程器，也不需專用得仿真器，可通過串口直接下載程序8.具有EEPROM功能9.具有看門狗功能10.有3個(gè)十六位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即T0、T1和T211.有四個(gè)外部中斷12.通用異步串行口13.工作溫度范圍：07514.PDIP封裝TCS230是TAOS公司推出的可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器，它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉(zhuǎn)換器集成在一個(gè)單一的CMOS電路上，同時(shí)在單一芯片上集成了紅綠藍(lán)(RGB)三種濾光器，是業(yè)界第一個(gè)有數(shù)字兼容接口的RGB彩色傳感器，TCS230的輸出信號(hào)是數(shù)字量，可以驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的TTL或CMOS邏輯輸入，因此可直接與微處理器或其他邏輯電

8、路相連接。由于輸出的是數(shù)字量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)彩色信道10位以上的轉(zhuǎn)換精度，因而不再需要A/D轉(zhuǎn)換電路，使電路變得更簡(jiǎn)單，當(dāng)入射光投射到TCS230上時(shí)，通過光電二極管控制引腳S2、S3的不同組合，可以選擇不同的濾波器；經(jīng)過電流到頻率轉(zhuǎn)換器后輸出不同頻率的方波（占空比是50），不同的顏色和光強(qiáng)對(duì)應(yīng)不同頻率的方波；還可以通過輸出定標(biāo)控制引腳S0、S1，選擇不同的輸出比例因子，對(duì)輸出頻率范圍進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的需求。下面簡(jiǎn)要介紹TCS230芯片各個(gè)引腳的功能。在單一的TCS230芯片上集成四種類型的光電二極管，這些光電二極管表面分別鑲嵌著紅、綠、藍(lán)三種顏色的濾光器，加上未鑲嵌的中共64個(gè)，每種1

9、6個(gè)。這四種帶濾波器的光電二極管在傳感器芯片內(nèi)交叉排列，四種光電二極管能夠均勻的就接收光源輻射，極大的地減小因入射光幅射不均而造成的誤差，提高顏色識(shí)別的精確度。工作時(shí)，通過引腳S2、S3選擇所需濾波器的顏色類型。TCS230傳感器的可通過引腳S0、S1來選擇輸出頻率定標(biāo)，其輸出頻率范圍為2Hz500kHz。下面簡(jiǎn)要介紹TCS230芯片各個(gè)引腳的功能。S0、S1引腳用于選擇電源關(guān)斷模式和輸出比例因子（2%，20%，100%）；引腳S2、S3用于選擇濾波器的類型；OE可以控制輸出的狀態(tài)為頻率輸出使能引腳，當(dāng)微處理器同接收控制多個(gè)芯片時(shí)，OE可作為芯片的片選信號(hào)；OUT為頻率輸出引腳，GND接電源地

10、，VCC接+5V電源。圖1 TCS230引腳圖TCS230的S0、S1用于選擇輸出比例因子或電源關(guān)斷模式；S2、S3用于選擇濾波器的類型；OE反是頻率輸出使能引腳，可以控制輸出的狀態(tài)，當(dāng)有多個(gè)芯片引腳共用微處理器的輸出引腳時(shí)，也可以作為片選信號(hào)，OUT是頻率輸出引腳，GND是芯片的接地引腳，VCC為芯片提供工作電壓。下表給出了TCS230顏色傳感器使用時(shí)相關(guān)控制引腳的一些組合選項(xiàng)。表1：輸出頻率分頻選擇 S0S1輸出頻率分頻比例LL掉電LH2%HL20%HH100%表2：濾光顏色選擇 S2S3光電二極管類型LL紅色LH藍(lán)色HL消除（無濾光）HH綠色2.3 TCS230識(shí)別顏色的原理（1） 三原

11、色的感應(yīng)原理通常所看到的物體顏色，實(shí)際上是物體表面吸收了照射到它上面的白光(日光)中的一部分有色成分，而反射出的另一部分有色光在人眼中的反應(yīng)。白色是由各種頻率的可見光混合在一起構(gòu)成的，也就是說白光中包含著各種顏色的色光(如紅R、黃Y、綠G、青V、藍(lán)B、紫P)。根據(jù)德國(guó)物理學(xué)家赫姆霍茲(Helinholtz)的三原色理論可知，各種顏色是由不同比例的三原色(紅、綠、藍(lán))混合而成的。（2）TCS230識(shí)別顏色的原理由三原色感應(yīng)原理可知，如果知道構(gòu)成各種顏色的三原色的值，就能夠知道所測(cè)試物體的顏色。對(duì)于TCS230來說，當(dāng)選定一個(gè)顏色濾波器時(shí)，它只允許某種特定的原色通過，阻止其他原色的通過。例如：當(dāng)選

12、擇紅色濾波器時(shí)，入射光中只有紅色可以通過，藍(lán)色和綠色都被阻止，這樣就可以得到紅色光的光強(qiáng)；同理，選擇其他的濾波器，就可以得到藍(lán)色光和綠色光的光強(qiáng)。通過這三個(gè)值，就可以分析投射到TCS230傳感器上的光的顏色。（3）白平衡和顏色識(shí)別原理從理論上講，白色是由等量的紅色、綠色和藍(lán)色混合而成的；但實(shí)際上，白色中的三原色并不完全相等，并且對(duì)于TCS230的光傳感器來說，它對(duì)這三種基本色的敏感性是不相同的，導(dǎo)致TCS230的RGB輸出并不相等，因此在測(cè)試前必須進(jìn)行白平衡調(diào)整。在本裝置中，白平衡調(diào)整的具體步驟和方法如下：將空的試管放置在傳感器的上方，試管的上方放置一個(gè)白色的光源，使入射光能夠穿過試管照射到T

13、CS230上；根據(jù)前面所介紹的方法，依次選通紅色、綠色和藍(lán)色濾波器，分別測(cè)得紅色、綠色和藍(lán)色的值，然后就可計(jì)算出需要的3個(gè)調(diào)整參數(shù)。當(dāng)用TCS230識(shí)別顏色時(shí)，就用這3個(gè)參數(shù)對(duì)所測(cè)顏色的R、G和B進(jìn)行調(diào)整。這里有兩種方法來計(jì)算調(diào)整參數(shù)： 依次選通三種顏色的濾波器，然后對(duì)TCS230的輸出脈沖依次進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)到255時(shí)停止計(jì)數(shù)，分別計(jì)算每個(gè)通道所用的時(shí)間。這些時(shí)間對(duì)應(yīng)于實(shí)際測(cè)試時(shí)TCS230每種濾波器所采用的時(shí)間基準(zhǔn)，在這段時(shí)間內(nèi)所測(cè)得的脈沖數(shù)就是所對(duì)應(yīng)的R、G和B的值。 設(shè)置定時(shí)器為一固定時(shí)間(例如10 ms)，然后選通三種顏色的濾波器，計(jì)算這段時(shí)間內(nèi)TCS230的輸出脈沖數(shù)，計(jì)算出一個(gè)比

14、例因子，通過這個(gè)比例因子可以把這些脈沖數(shù)變?yōu)?55。在實(shí)際測(cè)試時(shí)，使用同樣的時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，把測(cè)得的脈沖數(shù)再乘以求得的比例因子，然后就可以得到所對(duì)應(yīng)的R、G和B的值。3. 顏色識(shí)別系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)本文介紹的基于單片機(jī)的顏色識(shí)別系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，硬件電路部分主要是由單片機(jī)最小系統(tǒng)、顏色傳感器TCS230組成的顏色采集系統(tǒng)和數(shù)碼管顯示電路。首先是由顏色傳感器TCS230進(jìn)行顏色采集，直接輸出數(shù)字量并且利用單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)的作用將各種顏色的頻率輸出，最紅用數(shù)碼管將其顯示出來。數(shù)碼管顯示電路單片機(jī)系統(tǒng)電路顏色采集電路圖2 顏色識(shí)別系統(tǒng)系統(tǒng)框圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路STC89C51是一種低功

15、耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X51 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，

16、RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35Mhz，6T/12T可選。（一）STC89C51主要功能、性能參數(shù)如下：（1）內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)51內(nèi)核，機(jī)器周期：增強(qiáng)型為6時(shí)鐘，普通型為12時(shí)鐘; （2）工作頻率范圍：040MHZ，相當(dāng)于普通8051的080MHZ;（3）STC89C51RC對(duì)應(yīng)Flash空間：4KB; （4）內(nèi)部存儲(chǔ)器（RAM)：512B; （5）定時(shí)器計(jì)數(shù)器：3個(gè)16位； （6）通用異步通信口（UART）1個(gè)；（7）中斷源:8個(gè)；（8）有ISP(在系統(tǒng)可編程IAP(在應(yīng)用可編程),無需專用編程器仿真器；（9）通用IO口：3236個(gè)；

17、（10）工作電壓：3.85.5V；（11）外形封裝：40腳PDIP、44腳PLCC和PQFP等。（二）STC89C51單片機(jī)的引腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，

18、P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控

19、制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。I/O口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式，即所謂的讀端口

20、與讀引腳。讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。上面圖中的兩個(gè)三角形表示的就是輸入緩沖器CPU將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號(hào)以完成不同的操作。這是由硬件自動(dòng)完成的，不需要我們操心，1然后再實(shí)行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯(cuò)，為什么看上面的圖，如果不對(duì)端口置1端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為0Q端為0Q為1加到場(chǎng)效應(yīng)管柵極的信號(hào)為1，該場(chǎng)效應(yīng)管就導(dǎo)通對(duì)地呈現(xiàn)低阻抗，此時(shí)即使引腳上輸入的信號(hào)為1，也會(huì)因端口的低阻抗而使信號(hào)變低使得外加的1信號(hào)讀入后不一定是1。若先執(zhí)行置

21、1操作，則可以使場(chǎng)效應(yīng)管截止引腳信號(hào)直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入，由于在輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作，所以這類I/O口被稱為準(zhǔn)雙向口。89C51的P0/P1/P2/P3口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想

22、禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源

23、（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。（三）STC89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)：最小系統(tǒng)包括單片機(jī)及其所需的必要的電源、時(shí)鐘、復(fù)位等部件，能使單片機(jī)始終處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。電源、時(shí)鐘等電路是使單片機(jī)能運(yùn)行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，通過對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展、A/D擴(kuò)展等，使單片機(jī)完成較復(fù)雜的功能。STC89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠。用STC89C52單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，由于集成度的限制，最小應(yīng)用

24、系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。STC89C51單片機(jī)學(xué)習(xí)板是一款基于8位單片機(jī)處理芯片STC89C52RC的系統(tǒng)。STC89C52RC是采用8051核的ISP(In System Programming)在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作為80MHz，片內(nèi)含8K Bytes的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀，器件兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash，具有在系統(tǒng)可編程(ISP)特性，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購(gòu)買通用編程器，而且速度更快。STC89C52RC系列是單時(shí)鐘/(1T)的兼容8051 內(nèi)核單

25、片機(jī)，是高速/ 低功耗的新一代8051 單片機(jī)，全新的流水線/精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu),內(nèi)部集成MAX810 專用復(fù)位電路。單片機(jī)最小系統(tǒng)是指讓單片機(jī)能正常工作并發(fā)揮其功能所必須的組成部分。對(duì)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)位電路等。下面給出一個(gè)51系列單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路。 圖3 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2復(fù)位電路基本的復(fù)位方式：?jiǎn)纹瑱C(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)

26、位方式有：手動(dòng)按鍵復(fù)位和上電復(fù)位。(1)手動(dòng)按鍵復(fù)位手動(dòng)按鍵復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。圖4按鍵復(fù)位 圖5上電復(fù)位電路 圖6復(fù)位電路(2)上電復(fù)位上電復(fù)位的工作過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加給RST端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著Vcc對(duì)電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST端的

27、高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。在圖6的復(fù)位電路中，當(dāng)Vcc掉電時(shí)，必然會(huì)使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。在本設(shè)計(jì)中采用了按鍵復(fù)位和上電復(fù)位的兩種模式（如圖7所示）。3.3晶振電路一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器(注意是放大器不是反相器)的兩端接入晶振 再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地。圖7 晶振電路晶振與單片機(jī)的腳XTAL2和腳XTAL1構(gòu)成的振蕩電路中會(huì)產(chǎn)生偕波，為了電路的穩(wěn)定性起見 ATMEL公司只是建議在晶振的兩引腳處接入兩個(gè)10pf-50pf的瓷片電容接地來削減偕波對(duì)電路的穩(wěn)定性的影響，所以

28、晶振所配的電容在10pf-50pf之間都可以的。3.4 TCS230顏色傳感器與單片機(jī)的接口電路在本設(shè)計(jì)中，顏色傳感器TCS230主要與單片機(jī)的P1口和P3口連接。P1口是準(zhǔn)雙向口I/O口。P1口的輸入輸出特性與P0口作為通用I/O口似的特性一樣；但是當(dāng)P1口輸出時(shí)可提供電流負(fù)載，不需要外接上拉電阻。P1口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。顏色傳感器TCS230的引腳封裝應(yīng)經(jīng)在TCS230的結(jié)構(gòu)框圖與特點(diǎn)處做了簡(jiǎn)單的介紹，下圖是單片機(jī)與顏色傳感器TCS230之間的接口電路。 圖8 TCS230與單片機(jī)的接口電路顏色傳感器TCS230的片選端口（OE）連接至單片機(jī)的P1.0口。輸出波形占空比控制端口S0.S1分

29、別連接至單片機(jī)的P1.2和P1.3口。濾波選擇端口S2和S3風(fēng)別連接至單片機(jī)的P1.4和P1.5口。輸出端口連接至單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)端口P3.5。3.5 數(shù)碼管顯示電路 在進(jìn)行數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)時(shí)采用138譯碼器作為數(shù)碼管的位選，采用鎖存器573作為數(shù)碼管的段選控制，這樣一方面為數(shù)碼管的顯示提供了驅(qū)動(dòng)同時(shí)又節(jié)省了單片機(jī)的端口資源。其電路如下：圖9 數(shù)碼管顯示電路動(dòng)態(tài)顯示：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(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，

30、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(duì)位選通COM端電路的控制。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。4.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 總體流程圖系統(tǒng)軟件主要包括：組程序、白平衡矯正子程序和顏色比較子程序。其中白平衡矯正子程序用于顏色標(biāo)定；比較子程序用于顏色檢測(cè)。程序流程圖如下： 圖10 總體流程圖4.2子程序流程圖子程序設(shè)計(jì)程序需進(jìn)行白平衡調(diào)節(jié)，得出比例因子，再實(shí)現(xiàn)對(duì)物體顏色檢驗(yàn)和校準(zhǔn)，并在數(shù)碼管上顯示R.G.B值，下面給出了顏色識(shí)別子程序

31、流程： 圖11 子程序流程圖利用C語(yǔ)言編譯程序，待軟件編譯通過后下載入單片機(jī)，依據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)節(jié)測(cè)試并記錄下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。具體操作如下：首先將顏色采集模塊用個(gè)光效果的紙盒遮蓋起來，鋪上待測(cè)彩色紙板是傳感器一段面對(duì)彩色紙板。接通開發(fā)板電源，將待測(cè)彩色紙板平鋪于桌面上，再把顏色采集模塊平放在待測(cè)的紙板上方月一厘米出，然后記錄下LCD顯示出的數(shù)數(shù)值，對(duì)不同顏色的待測(cè)紙板重復(fù)上述步驟即可。進(jìn)行測(cè)試時(shí)要注意以下兩個(gè)問題：1)顏色識(shí)別時(shí)要確保紙盒的密閉隔光性，避免外界光線對(duì)顏色傳感器的干擾，使外界光對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響經(jīng)可能減到最小。2)白平衡調(diào)整：首次使用TCS230時(shí)，需要進(jìn)行白平衡調(diào)整。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的白光其R、G、B三原色分量均為255，而我們的四個(gè)白色LED補(bǔ)光電路所發(fā)出的白光并不是標(biāo)準(zhǔn)的白光。所以，我們要進(jìn)行白平衡調(diào)整