畢業(yè)設(shè)計（論文）_基于單片機(jī)的紅外線計數(shù)器設(shè)計

1、溫州大學(xué)甌江學(xué)院WENZHOU UNIVERSITY OUJIANG COLLEGE本科畢業(yè)設(shè)計論文( 2021屆)題 目： 基于單片機(jī)的紅外計數(shù)器設(shè)計 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 07電工本一 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 副教授 完成日期： 2011年3月15日 摘 要計數(shù)器有直觀和計數(shù)精確的優(yōu)點(diǎn)，目前已在各種行業(yè)中普遍使用。本文所設(shè)計的計數(shù)器是采用紅外對射式方式，抗干擾性好，可靠性高。本設(shè)計的指導(dǎo)思想是利用紅外發(fā)光管發(fā)射紅外線，紅外接收管接收此紅外線，并將其放大、整流形成高電平信號.當(dāng)有人或物擋住紅外光時，接收管沒有接收到紅外信號，放大器將輸出低電平，同時將這個電平信號

2、送入單片機(jī)進(jìn)行控制計數(shù)，并經(jīng)譯碼驅(qū)動電路使數(shù)碼管顯示數(shù)值。這樣就得到要統(tǒng)計的人或物的數(shù)量。本設(shè)計應(yīng)用單片機(jī)AT89C51芯片作為核心，4位LED數(shù)碼管，使用LM324芯片實(shí)現(xiàn)紅外線計數(shù)，并且添加了報警功能。這種實(shí)現(xiàn)方法的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，性能可靠，實(shí)時性好，操作簡單，編程容易等。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；紅外對射管；LM324；蜂鳴器；LED數(shù)碼管AbstractRapid development in the pattern of todays society, more and more of the pipeline of products and a variety of business occ

3、asions need to automatically count. Based on SCM products constitute automatic counter has the advantages of intuitive and accurate count, now in a variety of commonly used in industry. This article is designed to counter radio-style method using infrared, interference immunity and high reliability.

4、 The design of the guiding idea is to use infrared emission infrared LED, infrared receiver to receive the infrared, and enlarge, forming high commutation signal. When persons or block infrared light, the receiver does not receive infrared control signals, the amplifier the output low, while the lev

5、el control signal into the microcontroller counts, and by decoding the digital display drive circuit values. This will be the number of persons or things to statistics. The AT89C51 microcontroller chip design applications as a core, 4 LED digital tube, the use of infrared LM324 chip count, and add t

6、he alarm function. This implementation method has the advantage of simple circuit, reliable, real-time, simple operation, easy programming and so on. Key words: SCM; infrared shooting tube; LM324; Buzzer ; LED digital tube目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc261636378 1 緒論 PAGEREF _Toc261636378 h - 1

7、 - HYPERLINK l _Toc261636379 1.1 前言 PAGEREF _Toc261636379 h - 1 - HYPERLINK l _Toc261636380 1.2 背景與意義 PAGEREF _Toc261636380 h - 1 -1.國內(nèi)外研究的概況 PAGEREF _Toc261636381 h - 1 -1. PAGEREF _Toc261636381 h - 2 -1. PAGEREF _Toc261636381 h - 3 - HYPERLINK l _Toc261636381 1.3 設(shè)計任務(wù) PAGEREF _Toc261636381 h - 3 -

8、 HYPERLINK l _Toc261636382 2 紅外線計數(shù)器總體設(shè)計方案 PAGEREF _Toc261636382 h - 5 - HYPERLINK l _Toc261636383 2.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 PAGEREF _Toc261636383 h - 5 - HYPERLINK l _Toc261636384 2.2 主控芯片簡介 PAGEREF _Toc261636384 h - 7 - HYPERLINK l _Toc261636385 2.2.1 單片機(jī)的開展及趨勢 PAGEREF _Toc261636385 h - 7 - HYPERLINK l _Toc2616

9、36386 2.2.2 51系列單片機(jī)的主要特點(diǎn) PAGEREF _Toc261636386 h - 8 - HYPERLINK l _Toc261636389 3 紅外線計數(shù)器硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc261636389 h - 10 - HYPERLINK l _Toc261636387 3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計 PAGEREF _Toc261636387 h - 10 - HYPERLINK l _Toc261636388 3.2 紅外線檢測局部 PAGEREF _Toc261636388 h - 11 - HYPERLINK l _Toc261636388 3.2.1紅外線發(fā)

10、射電路 PAGEREF _Toc261636388 h - 11 - HYPERLINK l _Toc261636388 3.2.2紅外線接收電路 PAGEREF _Toc261636388 h - 12 - HYPERLINK l _Toc261636388 3.3 計數(shù)顯示電路 PAGEREF _Toc261636388 h - 13 - HYPERLINK l _Toc261636388 3.4 蜂鳴器報警電路 PAGEREF _Toc261636388 h - 13 - HYPERLINK l _Toc261636389 4 紅外線計數(shù)器軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc2616363

11、89 h - 16 - HYPERLINK l _Toc261636390 4.1 主程序設(shè)計 PAGEREF _Toc261636390 h - 16 - HYPERLINK l _Toc261636391 4.2 子程序設(shè)計 PAGEREF _Toc261636391 h - 16 - HYPERLINK l _Toc261636392 4.2.1 LED顯示程序設(shè)計 PAGEREF _Toc261636392 h - 16 - HYPERLINK l _Toc261636393 4.2.2 蜂鳴器報警程序設(shè)計 PAGEREF _Toc261636393 h - 17 - HYPERLIN

12、K l _Toc261636394 5 系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc261636394 h - 18 - HYPERLINK l _Toc287477185 系統(tǒng)的硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc287477185 h - 18 - HYPERLINK l _Toc261636395 5.2 軟件調(diào)試 PAGEREF _Toc261636395 h - 18 - HYPERLINK l _Toc261636396 6 結(jié)論 PAGEREF _Toc261636396 h - 19 - HYPERLINK l _Toc261636397 致謝 PAGEREF _Toc261636397

13、h - 20 - HYPERLINK l _Toc261636398 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc261636398 h - 21 - HYPERLINK l _Toc261636399 附錄 原理圖 PAGEREF _Toc261636399 h - 22 - HYPERLINK l _Toc261636400 附錄 元器件清單 PAGEREF _Toc261636400 h - 23 - HYPERLINK l _Toc261636401 附錄 源程序清單 PAGEREF _Toc261636401 h - 24 -1 緒論前言在當(dāng)今社會飛速開展的格局下，廠家根本采用流水線技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)

14、品生產(chǎn)作業(yè)，而怎樣對其線上的產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時的、有效率的、精確的自動計數(shù)成為廣闊生產(chǎn)廠家十分關(guān)注的問題。傳統(tǒng)的機(jī)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)電路比擬復(fù)雜,元器件數(shù)量較多,故障率較高,維修比擬困難,而且設(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)為核心控制的計數(shù)器有著能夠?qū)崟r，精確，可靠，穩(wěn)定等計數(shù)優(yōu)點(diǎn)已成為廣闊廠家的首選自動計數(shù)的裝置。 背景與意義 電子計數(shù)器到目前為止已有30多年的開展史。早期，設(shè)計師們追求的目標(biāo)主要是擴(kuò)展計數(shù)范圍，再加上提高計數(shù)精度、穩(wěn)定度等，這些也是人們衡量電子計數(shù)器的技術(shù)水平，決定電子計數(shù)器價格上下的主要依據(jù).目前這些根

15、本技術(shù)日臻完善，成熟.應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)可以輕松地將電子計數(shù)器的計數(shù)上限擴(kuò)展到無限大。當(dāng)今，單片微型計算機(jī)技術(shù)迅速開展，基于單片機(jī)技術(shù)開發(fā)的計數(shù)設(shè)備和產(chǎn)品廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備促進(jìn)了生產(chǎn)技術(shù)水平的提高.企業(yè)迫切需要大量熟練掌握單片機(jī)技術(shù)并能開發(fā)、應(yīng)用和維護(hù)管理這些智能化產(chǎn)品的高級工程技術(shù)人才.單片機(jī)以體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、性能價格比高等特點(diǎn)，已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步和開發(fā)機(jī)電一體化和智能化測控產(chǎn)品的重要手段。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或者局部實(shí)現(xiàn)，但要真正完美的實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對于設(shè)計者來說，還有許多工作要做，而不是外表看來似乎開展到頭了.電子計數(shù)器是一種多功能的電子測量儀器。它利用電子學(xué)的方法

16、測出一定時間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)目，并將結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來。1. 國內(nèi)外研究的概況計數(shù)器是工業(yè)生產(chǎn)流水線上重要的組成局部，其實(shí)時的、有效率的、精確的自動計數(shù)在很大程度上解決了工業(yè)生產(chǎn)的問題決定了生產(chǎn)效率成為廣闊廠家的首選自動計數(shù)的裝置。但計數(shù)器種類繁多，如何選擇一個方便有多功能的計數(shù)器成了廣闊廠家非常關(guān)心的核心老問題，如何讓計數(shù)器超越簡單的技術(shù)功能，成為生產(chǎn)流水線上的一把利器？而基于單片機(jī)的紅外線計數(shù)器能夠滿足廣闊廠家的要求，它擁有實(shí)時，精確，可靠，穩(wěn)定等技術(shù)有點(diǎn)而且體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、性能價格比高等特點(diǎn)11。利用單片機(jī)做紅外線電子計數(shù)器能夠使產(chǎn)品的穩(wěn)定性、實(shí)時性、功能和性價比得到大幅的提

17、高。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹唵慰煽慷阅懿诲e獲得了很大的好評。此后在8031上開展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于 HYPERLINK :/baike.baidu /view/6115.htm t _blank 嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3314.htm t _blank 計算機(jī)。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會集成有單片機(jī)。89C種環(huán)境中工作時往往會出現(xiàn)誤動作單片機(jī)程序跑飛或死機(jī)程序進(jìn)入死循環(huán).這也是基

18、于單片機(jī)構(gòu)成的產(chǎn)品自動計數(shù)器存在的致命問題研究主要成果通過查閱相關(guān)德文獻(xiàn)期刊書籍，對對紅外線德一些研究成果如下： 在作者王送德，朱小龍的?對射式紅外線計數(shù)器的設(shè)計?文章中把紅外線發(fā)射、接收模塊作計數(shù)傳感器代替了傳統(tǒng)的光電傳感器、紅外線傳感器。經(jīng)作者實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，該方法在數(shù)據(jù)采集這方面它的抗干擾能力強(qiáng)，且在該設(shè)計中還使用了加密、解碼技術(shù)，故工作穩(wěn)定，計數(shù)準(zhǔn)確，但是該實(shí)驗(yàn)是采用對射式的，所以發(fā)射管和接受管的方向一定要對正，這在現(xiàn)實(shí)中可能會造成不必要的麻煩1。 在作者謝洪的?用單片機(jī)控制紅外編碼探測障礙物?文章中采用由單片機(jī)控制發(fā)射一定意義的紅外編碼脈沖串，同時，單片機(jī)接收該脈沖串。如果接受到的信號

19、和發(fā)射的信號根本一致，才判斷為有障礙物的存在。經(jīng)作者實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，這種方法能夠較強(qiáng)的降低虛警率，具有較強(qiáng)的抗干擾性。作者在該文章中提到了3種編碼的方案：1發(fā)送較短的編碼串(1016位)，判斷時間約610 ms。在接收過程中，不能有一位的誤碼，否那么認(rèn)為是干擾，要等待下一次的障礙檢測。這種方案在檢測過程中，不能存在干擾。2發(fā)送大于16位的編碼串(1632位)，判斷時問約1020 ms。對接收“o和“1”的編碼誤碼統(tǒng)計，其中可以根據(jù)應(yīng)用場合的需要，存在12位“o的誤碼和13位“1”的誤碼，這樣能有效提高抗干擾能力。3發(fā)送大于32位編碼串，判斷時間20 ms。根據(jù)實(shí)際情況來分析接收的編碼，以判斷障礙

20、的存在。且這三種方案都在該實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證4。在作者王松德，梁會琴，王丹的?紅外線計數(shù)器的設(shè)計與制作?文章中采用一體化紅外線傳感器TX05D，由于TX05D使用了調(diào)制技術(shù)和采用帶補(bǔ)償?shù)目垢蓴_器件，在一定程度上解決了抗干擾問題，使白天黑夜的靈敏度根本保持一致。計數(shù)局部使用十進(jìn)制計數(shù)7 段譯碼器二合一集成電路CD4033可直接驅(qū)動LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)高亮度數(shù)字顯示電源局部使用變壓器降壓集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓可確保電路工作更穩(wěn)定使用更平安。該設(shè)計電路和控制方案簡潔明了，容易實(shí)現(xiàn)，具有應(yīng)用推廣價值2。在作者戴培山，馮成德，劉棟的?基于keil+c51的紅外遙控器解碼設(shè)計?文章中采用HS9012芯片，它是一塊用于紅外

21、遙控系統(tǒng)中的專用發(fā)射集成電路，功耗低，外圍元件少。它的發(fā)射碼采用脈沖位相調(diào)制方式(PPM)進(jìn)行編碼，效率高，抗干擾性能好。HS9012的振蕩頻率為fesc=455kH，高電平脈沖的寬度(即內(nèi)部工作時鐘周期)Tm=256lose=056ms。根據(jù)計時/計數(shù)器T0的數(shù)值來判斷脈沖的間隔，進(jìn)而判斷一位二進(jìn)制遙控碼是“0，“1，還是“引導(dǎo)碼或是干擾碼。這樣用兩個中斷可以提高解碼效率，節(jié)省解碼時間。該設(shè)計接受裝置簡單明了，設(shè)計的keil c51程序通用性好，編寫效率高，可以方便的移植到其它微控制器上，可靠性好，不受其他遙控器碼的干擾6。在作者王禮廣、胡解生、熊東平、肖秀如的?基于RS一485的靜脈注射網(wǎng)

22、絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)驗(yàn)?文章中采用RS一485收發(fā)器，該收發(fā)器采用平衡驅(qū)動和差分接收，具有抑制共模干擾的能力，RS一485接受器靈敏度可以到達(dá)4-200 mV，在100 kbits速率下電纜長度可以到達(dá)l 200 m，如果通信距離縮短，最大速率可達(dá)10 Mbits。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、平安可靠、操控直觀方便8。1.2.3開展趨勢電子計數(shù)器到目前為止已有30多年的開展史。早期，設(shè)計師門追求的目標(biāo)主要是擴(kuò)展計數(shù)范圍，再加上提高計數(shù)精度、穩(wěn)定度等，這些也是人們衡量電子技術(shù)器的技術(shù)水平，決定電子計數(shù)器價格上下的主要依據(jù)，目前這些根本技術(shù)日臻完善，成熟。應(yīng)用現(xiàn)代化技術(shù)可以輕松地將電子計數(shù)器的計數(shù)上限擴(kuò)展到無

23、限大。隨著單片微型計算機(jī)迅速開展，基于單片機(jī)技術(shù)開發(fā)的計數(shù)設(shè)備和產(chǎn)品廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備促進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)水平的提高。企業(yè)迫切需要大量熟練掌握單片機(jī)技術(shù)并能開發(fā)、應(yīng)用和維護(hù)管理這些智能化產(chǎn)品的高級工程技術(shù)人才，單片機(jī)以體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、性能價格比高等特點(diǎn)。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或局部實(shí)現(xiàn)，但要真正完美的實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對于設(shè)計者來說，還有許多工作要做，而不是外表看來似乎開展到頭了。紅外線電子計數(shù)器是一種多功能的電子測量儀器。它利用紅外線發(fā)射器發(fā)射紅外線，接收器接收由物體阻擋或直射的紅外線，把接受到的紅外線信號轉(zhuǎn)換為電脈沖，并由放大電路進(jìn)行多級放大，通過計數(shù)芯片分析，計算出遮攔的次數(shù)，再由

24、數(shù)碼譯碼器翻譯，通過動態(tài)數(shù)字顯示方式顯示被測物體遮擋的次數(shù)從而進(jìn)行計數(shù)。隨著紅外技術(shù)的提高，在軍事、醫(yī)學(xué)等多種領(lǐng)域得到應(yīng)用，在軍事上可以用來防止敵人的侵入，在醫(yī)學(xué)上可以查看病人的病情等11。紅外線電子計數(shù)器作為工業(yè)生產(chǎn)流水線上的重要組成局部，對任何一個大型乃至中、小型企業(yè)都是不可或缺的。它能夠快速準(zhǔn)確的統(tǒng)計產(chǎn)品的數(shù)量提高生產(chǎn)的效率，節(jié)約大量的人力資源，提高廠家的競爭力。并且隨著紅外計數(shù)器的不斷改良，抗干擾能力增強(qiáng)，可以在許多惡劣的地方代替科研人員進(jìn)行科學(xué)工作4,6。1.3 設(shè)計任務(wù)本設(shè)計主要任務(wù)是以單片機(jī)為主控芯片來進(jìn)行軟件控制，能正常進(jìn)行數(shù)據(jù)計數(shù)?；趩纹瑱C(jī)構(gòu)成的產(chǎn)品自動計數(shù)器研究的主要內(nèi)容

25、包括：如果構(gòu)成檢測電路、MCS-51單片機(jī)用何種方式對外部計數(shù)脈沖進(jìn)行計數(shù)顯示控制、LED顯示驅(qū)動模塊的選擇、MCS-51單片機(jī)的擴(kuò)展。在這個設(shè)計中主要需要解決的問題便是如何提高M(jìn)CS-51單片機(jī)的抗干擾能力以及穩(wěn)定性。主要技術(shù)指標(biāo)：1顯示并能計數(shù)；2具有報警功能；3具有較強(qiáng)的抗干擾性。2 紅外線計數(shù)器總體設(shè)計方案 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 方案一、電源監(jiān)測、單片機(jī)保護(hù)專用芯片X25045P專用檢測芯片MCS-51控制單元AT89C2051LED顯示驅(qū)動芯片PS7219LED顯示掉電數(shù)據(jù)保護(hù)芯片HT7044A電源供電電路W7805 圖2-1 紅外線計數(shù)器硬件框圖原理闡述：專業(yè)檢測芯片形成計數(shù)脈沖后送給

26、控制單元AT89C2051單片機(jī)。通過對它片內(nèi)計數(shù)、顯示編程。PS7219是專用LED顯示驅(qū)動芯片可以同時驅(qū)動8個7段數(shù)碼管。 X2504P是一塊有電源電壓監(jiān)控、EEPROM 和看門狗定時器電路三種功能于一體的芯片,它保證了在電源接通、關(guān)斷、瞬間電源電壓不穩(wěn)時,不會造成系統(tǒng)死機(jī)、數(shù)據(jù)誤寫或誤動作,大大提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力.HT7044A能夠保證系統(tǒng)突然掉電后保護(hù)數(shù)據(jù)。方案二、紅外發(fā)射電路NE555紅外接收電路LM567MCS-51控制計數(shù)顯示AT89C51顯示驅(qū)動LED顯示電源供電電路 W7805圖2-2 紅外線計數(shù)器硬件框圖原理闡述：紅外發(fā)射電路以NE555為核心和紅外接收電路由L

27、M567為核心構(gòu)成紅外檢測單元以及形成計數(shù)脈沖、經(jīng)過AT89C51外部中斷對其片內(nèi)計數(shù)、顯示編程、最后通過顯示驅(qū)動芯片連接上LED顯示器就完成了最后的計數(shù)顯示。 方案三、紅外發(fā)射電路NE555紅外接收電路LM567計數(shù)顯示專用芯片CL102電源供電電路W7805 圖2-3 紅外線計數(shù)器硬件框圖原理闡述：檢測單元同方案二一樣、不同的便是計數(shù)顯示局部。方案三使用了四合一芯片CL102。它是集譯碼、驅(qū)動、鎖存、顯示一體。以上三個方案各有著自己的優(yōu)缺點(diǎn)：方案一既可完美的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品自動計數(shù)功能且能讓系統(tǒng)處于異常狀態(tài)和抗干擾時通過外圍專用芯片得到非常好的解決。 外圍電路架設(shè)相對簡單、在市場上屬于高端自動計數(shù)

28、產(chǎn)品.同時它也暴露出了一個重大問題：由于本錢太貴的原因此類產(chǎn)品并沒有得到普及.如果用此方案進(jìn)行設(shè)計只需要了解各專用芯片的引腳功能以及外圍連接方法就可以實(shí)現(xiàn)自動計數(shù)，并沒有很好的到達(dá)我們做畢業(yè)設(shè)計的目的，故雖然這個方案是最完美的一個方案也只有舍棄。方案三是一個簡易的產(chǎn)品自動計數(shù)器，價格低廉、計數(shù)精確。但在系統(tǒng)處于異常狀態(tài)時工作十分不穩(wěn)定、也是屬于現(xiàn)在產(chǎn)品自動計數(shù)市場上的淘汰產(chǎn)品。方案二便是這次畢業(yè)設(shè)計選用的方案。這也是此設(shè)計著重解決的問題。本系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，以來控制整個紅外線計數(shù)器系統(tǒng)的運(yùn)行，其中包括精確的計數(shù)，數(shù)字的顯示顯示。系統(tǒng)模塊如下圖：紅外發(fā)射電路紅外接受電路MCS-51控制技術(shù)顯

29、示LM324顯示電源供電電路圖2-4 紅外線計數(shù)器硬件框圖原理：電路的指導(dǎo)思想是利用紅外發(fā)光管發(fā)射紅外線，紅外接收管接收此紅外線，并將其放大、整流形成高電平信號。當(dāng)有人或物擋住紅外光時，接收管沒有接收到紅外信號，放大器將輸出低電平。這個便是外部計數(shù)脈沖信號。這個計數(shù)脈沖信號送入AT89C51單片機(jī)中進(jìn)行計數(shù)控制，在經(jīng)過擴(kuò)展、顯示驅(qū)動完成最后的顯示過程。 主控芯片簡介 單片機(jī)的開展及趨勢在計算機(jī)應(yīng)用控制領(lǐng)域上，如工業(yè)控制、汽車、家電等很多控制場合，對控制系統(tǒng)的要求都比擬苛刻。例如需要智能高、體積小、本錢低、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)和可靠性高。不僅傳統(tǒng)電氣設(shè)備無能為力，一般應(yīng)用性PC機(jī)也不能勝任。在這

30、個背景下，單片機(jī)的設(shè)想才逐漸成型。單片機(jī)就是將計算機(jī)的幾個根本組成局部集成在單一的芯片上，體積相對較小，很好地滿足了對控制系統(tǒng)體積的要求。自從1975年美國德克薩斯公司開發(fā)生產(chǎn)出第一臺單片機(jī)TMS-1000以來，單片機(jī)經(jīng)歷了4位8位16位32位的開展過程。最有代表性的Intel公司先后推出了三個系列：MCS-48系列8位單片機(jī)、MCS-51系列高檔8位單片機(jī)、MCS-96/98系列16位單片機(jī)。很多控制場合并不需要單片機(jī)去完成復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算，因此單片機(jī)在生產(chǎn)工藝上進(jìn)行了簡化，降低了制造本錢。同時采用大批量生產(chǎn)，本錢進(jìn)一步降低。從目前市場上來看，其價格一般都在幾元到幾十元之間。未來單片機(jī)技術(shù)的開

31、展趨勢將以8位單片機(jī)主流，并大力開展專用單片機(jī)。很多單片機(jī)生產(chǎn)廠家充分考慮到用戶的需求，將一些常用的功能部件，如ADC模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、DAC數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、PWN脈沖產(chǎn)生器以及LCD液晶驅(qū)動器等集成到芯片內(nèi)部、盡量做到單片化；同時，用戶還可以提出要求，由廠家為其量身定做SoC設(shè)計或自主設(shè)計。另外，隨著科技開展，程序存儲器的容量將進(jìn)一步擴(kuò)大。當(dāng)存儲空間足夠大時，可嵌入一些軟件如平臺軟件、虛擬外設(shè)軟件、系統(tǒng)診斷管理軟件等以提高系統(tǒng)開發(fā)效率。 51系列單片機(jī)的主要特點(diǎn)51系列單片機(jī)生產(chǎn)廠家非常多，型號也非常豐富。但總的來說，51系列的單片機(jī)開發(fā)平臺都可以用Keil，編程軟件都可以用A51和C51。所不同

32、的是，不同廠家和型號的產(chǎn)品，在外設(shè)和下載方式上不同。比方Atmel公司的89C51和89S51，89S51兼容89C51，不同的是89C51可以用ISP下載方式，而89C51不能。51系列單片機(jī)的特點(diǎn)有以下幾個方面：集成度高、體積小、有很高的可靠性；控制功能強(qiáng)；低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；外部總線增加了I2C、SPI等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)；單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置較典型、標(biāo)準(zhǔn)，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。存放器A/B/C/D控制字格式如表3-1所示： 表3-1 存放器A/B/C/D控制字格式存放器BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0存

33、放器AUIPDV2DV1DV0RS3RS2RS1RS0存放器BSETPIEAIEUIESQWFDM24/12DSE存放器CIRQFPFAFUF0000存放器DVRT0000000DS12887有128個RAM 單元。其中4 個單元用作控制存放器，10個單元用作存放時鐘字節(jié)，114 字節(jié)為通用RAM。其主要存放器如下：DS12887內(nèi)部存放器A：UIP=l：更新已到，不能讀/寫DSl2887；UIP=0：更新末到，能讀/寫DS12887。DV2、DV1、DV0應(yīng)設(shè)置為010，表示翻開晶振，允許計時。RS3、RS2、RS1、RS0為方波頻率選擇位，產(chǎn)生方波周期中斷。DS12887內(nèi)部存放器B：SE

34、T=0：時間更新正常進(jìn)行，每秒計數(shù)1次；SET=1：禁止更新，程序可初始化時間和日歷。PIE=l：允許周期中斷；PIE=0：禁止周期中斷。AIE=1：允許報警中斷；AIE=0：禁止報警中斷。UIE=1：允許更新結(jié)束中斷；UIE=0：禁止更新結(jié)束中斷。SQWE 為方波允許位。SQWE=1：將RS3、RS2、RS1、RS0選定的方波輸出。DM=1：BCD碼；DM=0：二進(jìn)制。該位不受復(fù)位信號影響。24/12：1 表示24小時制；0 表示12小時制。DSE為夏時制允許位。DSE=l：采用夏時制；DSE=0：不采用夏時制。DS12887內(nèi)部存放器C：IRQF為中斷申請標(biāo)志。PF為方波周期中斷標(biāo)志。PF

35、=1：方波周期結(jié)束，申請中斷。AF為鬧鈴中斷標(biāo)志。AF=1：當(dāng)前時間與鬧鈴時間匹配時即刻申請中斷。UF為更新周期結(jié)束中斷標(biāo)志。UF=1：更新周期結(jié)束時申請中斷。DS12887內(nèi)部存放器D：VRT為內(nèi)部鋰電池狀態(tài)。VRT=1：鋰電池正常；VRT=0：鋰電池耗盡11。3 紅外線計數(shù)器硬件設(shè)計3.1、單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計 圖3-1 電源供電電路如下圖電源供電局部采用變壓器降壓、橋式整流、電容器濾波、三端穩(wěn)壓器7805穩(wěn)壓后供電。電源用220V市電經(jīng)變X1壓器降壓成9V交流電，然后經(jīng)四個整流二極管D1D4組成的橋式整流變成直流電壓，經(jīng)C1濾波后送入7805芯片穩(wěn)壓成5V直流電源供紅外線發(fā)射、接收電路、

36、AT89C51等供電。STC51單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計如圖3-1。.圖3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖51單片機(jī)的最小系統(tǒng)由單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路和P0的上拉電阻組成。其介紹如下：1晶振電路為單片機(jī)提供時序使單片機(jī)能夠正常工作，在圖3-1中采用單片機(jī)內(nèi)部振蕩方式。此時，只要接上兩個電容和一個晶振即可。電容的大小影響著振蕩的穩(wěn)定性和起振的快速性，通常選擇1030pF的相等的兩個瓷片電容。2C1和R2構(gòu)成了復(fù)位電路。剛開始上電時時，C1瞬間相當(dāng)于短路，C1兩端保持0V電壓，VCC的電源電壓就都加在了R2上，因此在單片機(jī)9腳RST上變成了高電平，此后C1上逐漸充電，即在C1上出現(xiàn)電壓，R2上的電壓開始下降

37、，最后單片機(jī)9腳RST上變成了低電平。在此過程中只要滿足單片機(jī)9腳RST上的高電平持續(xù)24個振蕩周期即可使單片機(jī)復(fù)位。3.2、紅外線檢測電路3.2.1紅外線發(fā)射電路這個局部主要由NE555組成的紅外發(fā)射電路和LM567構(gòu)成的紅外接收電路構(gòu)成。工作原理為當(dāng)紅外發(fā)射二級管發(fā)出紅外光,檢測是否受人或者物體遮擋,然后由紅外線接收二極管將調(diào)制信號通過鎖相環(huán)鑒頻后輸出CP計數(shù)脈沖以便單片機(jī)進(jìn)行計數(shù)控制。圖3-3 紅外線發(fā)射電路如圖六所示，紅外線發(fā)射電路以時鐘定時集成芯片NE555為核心。內(nèi)部含有兩個電壓比擬器，一個分壓器，一個RS觸發(fā)器，一個放電晶體管和一個功率輸出級構(gòu)成一個多諧振蕩器。產(chǎn)生一個頻率在91

38、kHz至130kHz的脈沖波(這是理論值。由于元件偏差,以實(shí)際測量為準(zhǔn))，通過3腳輸出脈沖波，由紅外線發(fā)光二極管(D1)發(fā)射出去。頻率計算方法： F=1.443/(R1+2R2)C1 公式1因此根據(jù)公式計算我們知道此設(shè)計中紅外線發(fā)光二極管發(fā)射的是脈沖波。圖3-4 NE555芯片電路引腳以及芯片外型NE555芯片引腳功能為：1腳：芯片GND 2腳：觸發(fā) 3腳：輸出 4腳：復(fù)位 5腳：控制電壓 6腳：門限(閾值 7腳：放電 8腳：電源電壓Vcc。NE555芯片可構(gòu)成三大類型的電路：單穩(wěn)態(tài)電路、雙穩(wěn)態(tài)電路、無穩(wěn)態(tài)電路。在本設(shè)計中使用的是間接反響型無穩(wěn)態(tài)電路。其主要特點(diǎn)是振蕩電路直接連接在電源上。3.

39、2.2紅外線接收電路圖3-5 紅外線接收電路紅外接收電路如圖八所表示是以鎖相環(huán)集成芯片LM567為核心，構(gòu)成一個鑒頻電路。如圖4所示，紅外線接收二極管將感應(yīng)到的脈沖信號通過電容C1耦合到三極管01的基極，由Q1組成的放大電路把感應(yīng)信號放大約100倍后， 送給LM567的3腳，由LM567完成鑒頻。如果接收信號在LM567的捕捉帶寬內(nèi)，8腳輸出低電平；否那么8腳維持高電平。4C5當(dāng)f=f1時LM567開始工作即構(gòu)成紅外接收電路。1腳上的電容C4和二腳上的電容C3接地構(gòu)成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和低通濾波網(wǎng)絡(luò)，在具體值的設(shè)置上C4通常設(shè)定為C3的兩倍。利用LM567鎖相環(huán)解碼芯片的好處是可以提高整個檢測電路的

40、檢測靈敏度和消除太陽光等背景光的干擾，從而提高了整個檢測電路的干擾能力。如果在對射管接收管和發(fā)射管外加濾光片便可以更好的提高抗干擾能力。而根據(jù)?單片機(jī)原理與應(yīng)用?書中可知，單片機(jī)正常工作頻率為f=fx/24.fx為晶振頻率，一般為12MHZ即094.5kHZ .從而在電路設(shè)計上滿足了單片機(jī)控制的根本要求。從上面的分析上不難看出，利用NE555和LM567構(gòu)成檢測單元其實(shí)是種浪費(fèi)現(xiàn)象。市面上的主流產(chǎn)品計數(shù)產(chǎn)品在檢測局部一般都用到了專用檢測芯片如EST108配合光電傳感器構(gòu)成，檢測精度非常高。NE555和LM567一般廣泛運(yùn)用與多路紅外遙控系統(tǒng)中遙控距離為1530米、如多路電燈的開關(guān)控制、多路水龍

41、頭的控制中。NE555和LM567構(gòu)成多路遙控電路時需外加一個雙穩(wěn)態(tài)電路控制繼電器工作這是完成電子控制到機(jī)械控制，由于篇幅原因這里不做過多闡述。圖3-6 LM324引腳圖LM324系列器件為價格廉價的帶有真差動輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。3.3 計數(shù)、顯示局部計數(shù)顯示局部由單片機(jī)AT89C51控制完成。根本原理為當(dāng)紅外檢測局部檢測到有產(chǎn)品經(jīng)過時，紅外接收電路LM567芯片

42、的8腳輸出口將產(chǎn)生一個低電平信號，這個信號將供應(yīng)單片機(jī)進(jìn)行計數(shù)控制；顯示局部是通8位LED數(shù)碼顯示管顯示。計數(shù)控制局部是將計數(shù)脈沖負(fù)脈沖有效送入單片機(jī)AT89C89C51與MCS-51指令系統(tǒng)完全兼容。提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)FLASH閃爍存儲器、128字節(jié)內(nèi)部RAM、32個I/O口線、兩個16位定時/計數(shù)器 、一個5向量兩級中斷、 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，并支持兩個軟件的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但是允許RAM、定時/計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電后保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有

43、部件工作直到下一個硬件。AT89C51單片機(jī)芯片外型如圖、復(fù)位。 圖3-7 AT89C51P3外型及P3口端口功能目前數(shù)碼顯示驅(qū)動芯片的主流產(chǎn)品有：74LS系列、 CD4094+ULN2003(2803) ,74HC595+ULN2003(2803) , TPIC6B595,AMT9095B, AMT9595、BIC8718等。4位共陰的LED數(shù)碼顯示管。圖3-8 LED引腳3.4蜂鳴器報警電路本設(shè)計采軟件處理報警，利用有源蜂鳴器進(jìn)行報警輸出，采用直流供電。當(dāng)所測溫度超過獲低于所預(yù)設(shè)的溫度時，數(shù)據(jù)口相應(yīng)拉高電平，報警輸出。也可采用發(fā)光二級管報警電路，如過需要報警，那么只需將相應(yīng)位置1，當(dāng)參數(shù)判

44、斷完畢后，再看報警模型單元ALARM 的內(nèi)容是否與預(yù)設(shè)一樣，如不一樣，那么發(fā)光報警報警電路硬件連接見下列圖。圖3-9 蜂鳴器電路連接圖4紅外線計數(shù)器軟件設(shè)計STC89C52RC單片機(jī)可以用匯編語言和C語言進(jìn)行編程。匯編語言與機(jī)器指令一一對應(yīng)，所以用匯編語言編寫的程序在單片機(jī)里運(yùn)行起來效率較高，而且對于紅外計數(shù)器數(shù)據(jù)的讀寫上，所用到的語句比擬簡單易懂。而C語言程序可讀性高，更便于理解。本設(shè)計使用C語言編程。4.1 主程序設(shè)計第一次開機(jī)，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，LED顯示51芯片的初始數(shù)字，并開始運(yùn)行。如果這個時候按下S2鍵，那么LED數(shù)碼管的前兩位那么累加，該數(shù)字作為本次實(shí)驗(yàn)的報警觸發(fā)數(shù)據(jù)，后兩位數(shù)碼管

45、那么位紅外線當(dāng)前的計數(shù)，當(dāng)顯示數(shù)據(jù)到達(dá)觸發(fā)數(shù)據(jù)那么蜂鳴器報警。當(dāng)此時按下S1鍵，那么蜂鳴器報警停止且后兩位數(shù)碼管數(shù)據(jù)清零，重新進(jìn)行計數(shù)。主程序開始初始化設(shè)定E=XLED顯示計數(shù)N復(fù)位按鈕是否按判斷N是否=E是報警是主程序流程圖如下： 圖4-1 主程序流程圖void main()ET0=1;IT0=1;EX0=1;EA=1; beep=1;num=10;while(1)keyClear();keySet();BJ();process(count);display();設(shè)定左邊兩位校對數(shù)碼管初始值E=10，設(shè)定右邊兩位計數(shù)數(shù)碼管初始值N=0。4.2 子程序設(shè)計 LED顯示程序設(shè)計用NPN三極管驅(qū)動

46、LED數(shù)碼管動態(tài)顯示電路，P2.0P2.5控制數(shù)碼管段位，編程就是利用人視覺的暫留性，不斷地輪流輸出每個數(shù)碼管位的數(shù)據(jù)，到達(dá)不閃爍的效果，編程上還是比擬簡單的。其難點(diǎn)就在把4位一體共陰數(shù)碼管分成兩局部并且能夠進(jìn)行099的計數(shù)，這么做是為了能夠清楚的反映實(shí)驗(yàn)的效果，左邊的兩位為給定的數(shù)據(jù)并且能夠通過按鍵S2進(jìn)行累加到達(dá)改變數(shù)據(jù)而不用通過修改程序來改變的效果，后兩位那么是紅外對管所測得遮擋的次數(shù)。另外，就是顯示中閃爍的功能。常用的方法是利用單片機(jī)的中斷產(chǎn)生方波來到達(dá)閃爍的功能，而本次設(shè)計那么采用不斷調(diào)用幾個顯示子程序來到達(dá)閃爍的效果，如當(dāng)要閃爍秒位時，那么調(diào)用完整的顯示子程序一段時間，然后再調(diào)用缺

47、少秒位的顯示子程序一段時間，這樣就到達(dá)了閃爍的效果。而整個閃爍程序是通過掃描一個標(biāo)志位來實(shí)現(xiàn)的，標(biāo)志位那么是由鍵控制。void process(uint i)dat0=num/10;dat1=num%10;dat2=i/10;dat3=i%10;把4位LED數(shù)碼管分成兩局部并賦予不同功能。void keySet()if(key2=0)delayms(10);if(key2=0)num+;while(!key2)process(count);display();通過按鍵S2可以改變校對數(shù)碼管的初始值進(jìn)行累加。加強(qiáng)可操控性。蜂鳴器報警程序設(shè)計void BJ()if(count=num)beep=0

48、;elsebeep=1;當(dāng)后兩位數(shù)碼管的數(shù)據(jù)大于等于給定的數(shù)字那么蜂鳴器發(fā)聲報警，當(dāng)按下S1按鈕，那么后兩位數(shù)據(jù)清零進(jìn)行新一輪的計數(shù)且蜂鳴器停止報警，從而到達(dá)計數(shù)的意義。5 系統(tǒng)調(diào)試5.2 系統(tǒng)的硬件調(diào)試調(diào)試工作可分硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩個局部，調(diào)試方法如下：首先，硬件調(diào)試主要是先制作硬件電路板，然后用萬用表等工具對電路檢查，最后應(yīng)用程序進(jìn)行功能調(diào)試。硬件調(diào)試比擬費(fèi)時，需要細(xì)心和耐心，也需要熟練掌握電路原理。然后，用仿真軟件進(jìn)行軟件調(diào)試，比方單片機(jī)C51編輯軟件KEIL，該軟件提供一個集成開發(fā)環(huán)境uVision，它包括C編輯器、宏編輯器、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器。通過編譯、運(yùn)行，

49、可以檢查程序錯誤。但應(yīng)用此方法，仍需要十分了解所使用元器件的工作方式和管腳連接方式。5.1 軟件調(diào)試 本次設(shè)計那么是直接完成電路的硬件設(shè)計，出現(xiàn)的硬件問題幾乎沒有，主要在軟件的程序上進(jìn)行調(diào)試。在軟件調(diào)試過程中，曾遇到以下問題：當(dāng)硬件初次開機(jī)的時候，發(fā)現(xiàn)LED亮度不夠均勻。進(jìn)行分析，是程序設(shè)里面對顯示程序的延時不夠造成的。在調(diào)試按鍵的時候，當(dāng)一按下任意一個按鍵，系統(tǒng)顯示的就處于定格狀態(tài)，再按下按鍵那么沒有任何反響。查詢程序，由于在延時和循環(huán)程序里，對Rx存放器重復(fù)使用造成的，經(jīng)過合理分配使用，問題解決。由于本硬件設(shè)計中，對P0是復(fù)用的狀態(tài)，顯示程序的段碼和時鐘芯片的數(shù)據(jù)，都是通過P0傳輸?shù)?。在?/p>

50、程中，忽略了關(guān)閉另個數(shù)據(jù)的通信，導(dǎo)致顯示有余光的狀態(tài)。6 結(jié)論89C51還是選擇內(nèi)部具有8KB字節(jié)的閃爍存儲器的AT89C2051曾經(jīng)也讓我困惑不已其實(shí)任選一款都可以實(shí)現(xiàn)。而最讓我感到迷茫的是否利用8155進(jìn)行I/O口的擴(kuò)展，其實(shí)通過設(shè)計要求可以看出不難看出根本不需要對AT89C51進(jìn)行擴(kuò)展就可有完成0-999999的計數(shù)顯示功能采用7段數(shù)碼管顯示可以不擴(kuò)展。基于單片機(jī)構(gòu)成的產(chǎn)品自動計數(shù)器能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時、穩(wěn)定、精確的計數(shù)。如果要對這個課題進(jìn)行深入的研究可以采用AT89C2051或者AT89C52為控制單元的產(chǎn)品自動計數(shù)器在配合專用的掉電數(shù)據(jù)保護(hù)芯片、單片機(jī)專用保護(hù)芯片等就可以很好的提高整個系統(tǒng)的

51、抗干擾能力。產(chǎn)品自動計數(shù)器的設(shè)計的抗干擾問題永遠(yuǎn)是設(shè)計者們研究的課程！只要能有效的遏制這個缺陷形成一個優(yōu)質(zhì)的自動技術(shù)產(chǎn)品指日可待！MCS51單片機(jī)允許工作的溫度范圍：-55-150，正產(chǎn)工作的頻率范圍上限：24MHZ33MHZ。通過本次設(shè)計，對單片機(jī)的內(nèi)部模塊更加熟悉，使用上也更加的清晰，對于今后用單片機(jī)設(shè)計產(chǎn)品提供了極大的幫助，并且培養(yǎng)了良好的編程習(xí)慣，對子程序命名的標(biāo)準(zhǔn)，和對存放器的使用上，有了一定的良好意識。致謝本設(shè)計在選題及研究過程中得到王躍東老師的悉心指導(dǎo)。王老師屢次詢問研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵。王老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，我對王老師的感謝之情是無法用言語表達(dá)的。他不僅學(xué)識淵博，對專業(yè)孜孜以求，精益求精；而且在百忙之余仍然讀書不輟，不斷探求；為人師表，率先垂范；傳道授業(yè)，嘔心瀝血。如果說我從指導(dǎo)老師那里學(xué)會了怎樣做好學(xué)問，那么首先應(yīng)該說我從導(dǎo)師那里領(lǐng)略了真正的學(xué)術(shù)精神，導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和堅韌的探索精神將使我終生受益。載此，我還要感謝在一起愉快的度過大學(xué)生生活的宿舍125的各位同門，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。特別感謝我的同學(xué)，吳鵬鵬、張