光電計數(shù)器畢業(yè)設(shè)計說明

..光電計數(shù)器畢業(yè)設(shè)計學(xué)習資料2009-11-2909:22:30閱讀998評論14字號：大中小黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院專科畢業(yè)生〔論文設(shè)計姓名:甘友成

性別：

男

系別：機電工程系

級別：

07級

__電子〔3班__20070043317

專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)指導(dǎo)員：

夏繼軍

輔導(dǎo)員：

王亮亮

目

錄緒論

2摘要

3一、方案設(shè)計和論證

4二、單元電路分析

5三、總體思路與結(jié)構(gòu)框圖

8四、顯示譯碼電路

9五、設(shè)計方案選擇時注意事項

11六、設(shè)計單元電路的一般方法和步驟

12七、元器件選擇

12八、單片機的應(yīng)用

14九、555定時器

16十、審圖注意事項

18十一、測量原理

19十二、程序設(shè)計

19十三、光電計數(shù)器PCB版

26參考文獻

27緒

論自動化的計數(shù)提高了工業(yè)生產(chǎn)上的效率以及準確性,計數(shù)的自動化和智能化最終能加速實現(xiàn)現(xiàn)代化的工業(yè)。隨著生產(chǎn)自動化、設(shè)備數(shù)字化和機電一體化的發(fā)展,對光電計數(shù)器的需求日益增多。光電計數(shù)器設(shè)計一方面是為了鞏固課本所學(xué)知識,完成知識遷移,另一方面加強動手能力,識圖能力及設(shè)計能力。光電計數(shù)器在實際生產(chǎn)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在應(yīng)用中,光電傳感器部分主要有光電斷路器和光電開關(guān),但在工業(yè)生產(chǎn)中主要使用的是光電開關(guān),計數(shù)電路有CD系列芯片組成的,也有74系列芯片組成的,實際功能差別不大。基本設(shè)計要求：本次設(shè)計光電計數(shù)器,要求使用紅外發(fā)光二極管、紅外接收管,實現(xiàn)計數(shù)功能,能在設(shè)定值報警,可以手動清除報警。提高設(shè)計要求：要求光電發(fā)射級與接收級有1米以上的間距,能有較強的抗干擾性。能在報警后自動關(guān)閉報警并自動重新計數(shù)等。2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖整個光電計數(shù)器系統(tǒng)是由光電傳感電路、計數(shù)電路和報警電路三個部分組成的。光電傳感電路把被計數(shù)的物體的變化轉(zhuǎn)換成電信號,由計數(shù)電路計數(shù),當達到設(shè)定的報警數(shù)值后,報警電路發(fā)出報警。信號波形的放大和整形都在74LS14中完成,譯碼在CD40110計數(shù)器中完成.3硬件電路設(shè)計3.1光電傳感部分光電傳感部分由紅外發(fā)射管,紅外接收管,電阻,9013組成,紅外接收管接收到紅外信號使接地支路導(dǎo)通。當紅外信號被阻擋時,接地支路阻斷,由于電壓變化,電路向CP端輸出一個脈沖。計數(shù)電路通過級連把兩個計數(shù)器連接起來,當?shù)谝粋€計數(shù)器顯示9的時候等到下一個脈沖來的時候下一個計數(shù)器顯示1,即當個位到9時再來一個脈沖就會在十位上跳變一個數(shù).CD40110是十進制加減數(shù)/譯碼/鎖存/驅(qū)動器集成電路。在芯片內(nèi)部完成譯碼后由數(shù)碼管顯示,由個位到十位依次進位,最后計數(shù)到999后IC2的Q端向報警電路發(fā)出計數(shù)溢出信號?；谛滦鸵?guī)則的可編程光電計數(shù)器系統(tǒng)設(shè)計甘友成輔導(dǎo)人：夏繼軍輔導(dǎo)員：王亮亮摘要

數(shù)字式電子計數(shù)器有直觀和計數(shù)精確的優(yōu)點,目前已在各種行業(yè)中普遍使用。數(shù)字式電子計數(shù)器有多種計數(shù)觸發(fā)方式,它是由實際使用條件和環(huán)境決定的。有采用機械方式的接觸式觸發(fā)的,有采用電子傳感器的非接觸式觸發(fā)的,光電式傳感器是其中之一,它是一種非接觸式電子傳感器。這種計數(shù)器在工廠的生產(chǎn)流水線上作產(chǎn)品統(tǒng)計,有著其他計數(shù)器不可取代的優(yōu)點。該例光電觸發(fā)式電子計數(shù)器只有兩位數(shù),但通過級聯(lián)可以擴展為四位,甚至多位。本文針對光電計數(shù)器的設(shè)計要求,翻閱了一些資料,基本能實現(xiàn)其所要求的功能。內(nèi)容簡介光電計數(shù)器是通過紅外線發(fā)射和接收進行計數(shù),有直射式和反射式兩種,通常用于流水線作業(yè)工件計數(shù)。直射式的發(fā)射、接收分體,發(fā)生器和接收器分別置于流水線兩邊,中間沒有阻擋時發(fā)射器的紅外線射到接收器,接收器收到發(fā)射來的紅外線,經(jīng)相反處理使之沒有信號輸出,有工件經(jīng)過時擋住光路,接收機失去紅外線信號的便輸出一個脈沖信號到運算累加器進行計數(shù)。發(fā)射式是發(fā)射、接收同體,置流水線一邊,前面沒有工件往下流時,發(fā)射器發(fā)出的紅外線直接射出沒有發(fā)射,接收器沒有接收到反射來的紅外線信號沒有輸出。有工件經(jīng)過時擋住光電路使發(fā)射器發(fā)出的紅外線信號發(fā)射到接收器上,接收器接收到反射來的紅外線信號便輸出一個脈沖信號到運算累加器進行計數(shù)。光電計數(shù)器在本論文設(shè)計中主要是由555計時器,電源部分,發(fā)射部分,接受部分,數(shù)碼顯示與報警部分構(gòu)成。光電斷路數(shù)碼管LED等構(gòu)成的計數(shù)器電路時為了脈沖信號進行計數(shù)。因此,也可以說該電路是由這兩部分電路組成。本設(shè)計計數(shù)器可將機械或人工計數(shù)方式變?yōu)殡娮佑嫈?shù)形式,并且采用LED數(shù)碼管來計數(shù)顯示,簡單直觀明了,可使用于諸多行業(yè),從而以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)、生活等方面的日益需求。在實際的啤酒等灌裝生產(chǎn)線上,當瓶子從光源和光接收器之間通過時,通過光電轉(zhuǎn)換將光的變化轉(zhuǎn)換成輸出電壓的變化,經(jīng)過可編程邏輯器件實現(xiàn)自動計數(shù)。

系統(tǒng)由軟硬件共同實現(xiàn),通過編程可隨意增加功能,控制靈活。一、方案設(shè)計和論證1電源部分為使模塊穩(wěn)定工作,須有可靠電源。我們考慮了兩種電源方案方案一：采用獨立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠,且有各種成熟電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源,會使系統(tǒng)復(fù)雜,且可能影響電路電平。方案二：采用單片機控制模塊提供電源。改方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要,節(jié)約成本；缺點是輸出功率不高。綜上所述,我們選擇第二種方案2、發(fā)射部分發(fā)射部分由LM555CJ時基集成電路及外圍元件構(gòu)成。555及R3,R4,C3構(gòu)成多諧振蕩器,振蕩頻率約為5KHz。這個振蕩信號由555的3腳輸出,經(jīng)R1加到Q1放大。隨著Q1的導(dǎo)通與截止,紅外發(fā)射管發(fā)出頻率為5KHz的斷續(xù)紅外信號。R2為限流電阻。實用新型是一種紅外線接收器,適用于報警、計數(shù)和遙控。該紅外線收發(fā)器有一個發(fā)射機和一個接收機。發(fā)射機是由發(fā)射組件及其相應(yīng)的電路組成,接收機是由接收組件及相應(yīng)的電路組成。發(fā)射組件是一個其焦點上放置一個紅外線發(fā)射管的拋物面的反罩。接收組件是一個在焦點上放置一個發(fā)光二極管拋物面的反罩并用一個橡膠圈將所說的發(fā)射罩固定在線路板上3、接收部分接收電路中紅外接收管Q2接收紅外信號,再經(jīng)C4耦合后加到U3B的5腳,由運放U3B放大后從7腳輸出。R6,R7決定U3B的5腳直流電平,R8,R9為這一級的負反饋電阻,同時又和C5構(gòu)成高通濾波器,以有效濾除雜散光干擾。這一級主要起電流放大作用。U3B的7腳輸出5KHz間歇信號經(jīng)過由C6,D5,D6構(gòu)成的二倍壓整流電路倍壓整流,在C7兩端得到雙倍于信號峰值的電壓。這個電壓使U3A同相端3腳電壓超過2腳,U3A的1腳輸出高電平,加在四位BCD計數(shù)器SN74160N的時鐘端,同時,經(jīng)R11使發(fā)光二極管DS1發(fā)光。4、顯示部分該系統(tǒng)要求完成倒計時、信息提示等功能。基于上述原因,我們考慮了三種方案：方案一：完全采用LCD顯示。這種方案只顯示有限的符號和數(shù)碼字苻,無法勝任題目要求。方案二：完全采用點陣式LCD顯示。這種方案實現(xiàn)復(fù)雜,且須完成大量的軟件工作；但功能強大,可方便的顯示各種英文字符,漢字,圖形等。方案三：采用LED與點陣LCD相結(jié)合的方法因為設(shè)計既要求倒計時數(shù)字輸出,又要求有漢字信息提示及圖形輸出等,為方便觀看并考慮到現(xiàn)實情況,用LED與LCD分別顯示時間與提示信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求,又減少了系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜度。權(quán)衡利弊,第三種方案可互補一二方案的優(yōu)缺,我們決定采用方案三以實現(xiàn)5、報警部分當Ic5D輸出為低電平時,發(fā)光二極管D發(fā)光,同時蜂鳴器發(fā)出報警。由555定時器輸出秒脈沖經(jīng)過R3輸入到計數(shù)器IC4的cD端,作為減計數(shù)脈沖。當計數(shù)器計數(shù)計到0時,IC4的<13>腳輸出借位脈沖使十位計數(shù)器IC3開始計數(shù)。當計數(shù)器計數(shù)到"000"時應(yīng)使計數(shù)器復(fù)位并置數(shù)"999"。但這時將不會顯示"000",而計數(shù)器從"001"直接復(fù)位。由于"000"是一個過渡時期,不會顯示出來,所以本電路采用"999"作為計數(shù)器復(fù)位脈沖。當計數(shù)器由"000"跳變到"999''時,利用個位和十位的"9"即"1001"通過與非門Ic5去觸發(fā)Rs觸發(fā)器使電路翻轉(zhuǎn),從11腳輸出低電平使計數(shù)器置數(shù),并保持為"999'',同時D發(fā)光二極管亮,蜂鳴器發(fā)出報警聲,即聲光報警。按下K1時,Rs觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)11腳輸出高電平,計數(shù)器開始計數(shù)。若按下K2,計數(shù)器立即復(fù)位,松開K2計數(shù)器又開始計數(shù)。若需要暫停時,按下K3,振蕩器停止振蕩,使計數(shù)器保持不變,斷開K3后,計數(shù)器繼續(xù)計數(shù)。總體設(shè)計規(guī)劃圖首先是想出一個大致的整體規(guī)劃：電源光電計數(shù)部分顯示部分報警部分供電脈沖脈沖想到紅外發(fā)射管與接受管之間相距要1米,所以在實際成品中考慮分成兩大部分：電源部分+發(fā)射部分遮光物通道電源部分+接受部分+顯示部分+報警部分二、單元電路分析2.1、電源部分220V交流電經(jīng)過變壓器降壓成10V,經(jīng)過橋式整流器整流,C1濾波,成為約14V直流電,再經(jīng)三端穩(wěn)壓集成電路7809穩(wěn)壓,形成9V穩(wěn)定直流電,作為發(fā)射,接受電路和顯示報警電路的工作電源。如下圖所示：1.1電源工作電路圖2.2、發(fā)射部分發(fā)射部分由LM555CJ時基集成電路及外圍元件構(gòu)成。555及R3,R4,C3構(gòu)成多諧振蕩器,振蕩頻率約為5KHz。這個振蕩信號由555的3腳輸出,經(jīng)R1加到Q1放大。隨著Q1的導(dǎo)通與截止,紅外發(fā)射管發(fā)出頻率為5KHz的斷續(xù)紅外信號。R2為限流電阻。1.2發(fā)射電路圖2.3、接收部分接收電路中紅外接收管Q2接收紅外信號,再經(jīng)C4耦合后加到U3B的5腳,由運放U3B放大后從7腳輸出。R6,R7決定U3B的5腳直流電平,R8,R9為這一級的負反饋電阻,同時又和C5構(gòu)成高通濾波器,以有效濾除雜散光干擾。這一級主要起電流放大作用。U3B的7腳輸出5KHz間歇信號經(jīng)過由C6,D5,D6構(gòu)成的二倍壓整流電路倍壓整流,在C7兩端得到雙倍于信號峰值的電壓。這個電壓使U3A同相端3腳電壓超過2腳,U3A的1腳輸出高電平,加在四位BCD計數(shù)器SN74160N的時鐘端,同時,經(jīng)R11使發(fā)光二極管DS1發(fā)光。1.3圖接收電路圖2.4、計數(shù)譯碼顯示電路把脈沖送給SN74160N,由兩片SN74160N組成兩位數(shù),SN74160N送給譯碼驅(qū)動器MC54HC4511J,驅(qū)動數(shù)碼管。把U18的進位連到報警部分就能使系統(tǒng)在超出最大值后溢出報警。用另一個兩位數(shù)與計數(shù)器做比較,若數(shù)值相等就報警,這就能實現(xiàn)定值報警。用S2控制三態(tài)門來切換定值部分與計數(shù)部分的顯示。用開關(guān)按鈕Ten,Entries來設(shè)定數(shù)值。1.4圖計數(shù)譯碼顯示電路圖2.5、報警部分一個脈沖給報警器,由JK觸發(fā)器構(gòu)成T觸發(fā)器,接高電平,當脈沖過來時,T觸發(fā)器Q’由高電平變成低電平,是三態(tài)門截止,這時555的外圍元件C2充電,過了時間T,555的3管腳由高電平變低電平。時間T就是設(shè)計所需要的報警器延時時間。如果直接把555的3腳接蜂鳴器,會發(fā)現(xiàn)一開始蜂鳴器就響,不符合要求,所以考慮到實際操作,把3腳接RS觸發(fā)器的R端,報警脈沖信號接S端。這樣就能實現(xiàn)報警器延時3秒后自動關(guān)閉。開關(guān)S1可以手動關(guān)閉蜂鳴器。1.5圖報警電路圖三、總體思路與結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)上電復(fù)位,計數(shù)器自動復(fù)位清零。當無物體遮擋時計數(shù)器不被觸發(fā)計數(shù),使之保持原態(tài),計數(shù)器顯示數(shù)值不會變化。當有物體遮擋時使計數(shù)器可靠觸發(fā),計數(shù)器被觸發(fā)翻轉(zhuǎn)計數(shù)。當物體下次到來時,計數(shù)器將自動加一,直到加至計數(shù)值為999。繼續(xù)加一,使計數(shù)器進入下次從099的循環(huán)計數(shù)。通過以上分析,數(shù)字式光電計數(shù)器電路主要由直流穩(wěn)壓電源、光電變換電路〔信號采樣電路、信號觸發(fā)電路和兩位數(shù)電子計數(shù)器電路及譯碼顯示電路等組成。

〔一、硬件電路1電路分析數(shù)字式光電計數(shù)器電路原理圖如圖1.4圖所示。電路中對于第一比較器IC2B,當紅外傳感器輸出的脈沖信號電壓小于參考電壓時,輸出端輸出高電平;當輸入電壓大于參考電壓時,輸出低電平。對于IC2A,當IC2B輸出高電平時,它輸出低電平。這時,光耦合器中的發(fā)光二極管、光敏三極管導(dǎo)通,使VT導(dǎo)通輸出低電平,這是紅外傳感器在無物體遮擋時脈沖輸出端的輸出狀態(tài)。當IC2B輸出低電平時,IC2A輸出高電平,光耦合器中的發(fā)光二極管截止,光電管及VT截止,輸出高電平,這是紅外傳感器被遮擋后脈沖輸出端的輸出狀態(tài)。這樣,每當傳感器被遮擋一次,脈沖形成電路便輸出一個計數(shù)脈沖。從而觸發(fā)譯碼器在數(shù)碼管上顯示計數(shù)值。

一只計數(shù)器上加上兩個譯碼器和兩個數(shù)碼管組成一個兩位的電子計數(shù)器。它的計數(shù)范圍為0~999,采用同樣的計數(shù)器和譯碼器進行級聯(lián)便可組成多位計數(shù)器。電路中,C4與R12組成開機復(fù)位電路,接通電源后由RC電路產(chǎn)生一個復(fù)位脈沖加至計數(shù)器的復(fù)位端R,計數(shù)器自動清零。本電路采用脈沖下降沿觸發(fā)方式,計數(shù)脈沖由EN端輸入,這時應(yīng)將CP端接地。〔1電路的優(yōu)缺點及改進方法1.1電路的優(yōu)點易于實現(xiàn)自動化控制、計數(shù)精確、直觀性比較好、具有一定的抗干擾能力且比較容易實現(xiàn)級聯(lián),以達到擴大計數(shù)范圍的作用,同時電路具有很強的實用性。1.2電路的不足由紅外發(fā)射管IRED和接收管VTP組成的信號采樣電路靈敏度稍差,以及電路焊接工藝和線路排布個人覺得并不十分完美。1.3電路改進措施在調(diào)試之前我把發(fā)光管與接收管正對,同時為避免自然光線干擾引起誤計數(shù),我在接收管上套一段黑色圓管作遮光筒,將兩管之間調(diào)整好距離,以有效實現(xiàn)物體運動。在電路板焊接工藝這一塊,有待于在今后的技能實習中進一步加強和訓(xùn)練。

1.4電路調(diào)試過程中兩種出現(xiàn)的情況①電壓比較器LM393的第一級比較器的參考電壓端〔五號端的上電電壓很高,接近于電源電壓,使輸入端〔六號端與之比較時沒有反應(yīng),LM393不能正常工作,從而不能產(chǎn)生脈沖信號。②某些時候數(shù)碼顯示器計數(shù)不準確,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于脈沖發(fā)生電路所產(chǎn)生的脈沖信號頻率不正常。1.5解決方法①電壓比較器LM393集成塊的四號端和八號端對調(diào),使四腳接地,八腳接正極,這樣就將參考電壓端〔五號端的電壓拉低,使之為VDD/2,即4.5V,使電路正常工作。②既然脈沖信號頻率不正常,那么我就查脈沖發(fā)生電路,由發(fā)射接收管到電壓比較器再到光耦合器再到三極管最后到充放電電容。最終確定充放電電容不匹配,由容量為10的4次方皮法改為了10的2次方皮法,電路能準確計數(shù),正常工作。1.6、電源電路。220V交流市電經(jīng)變壓器T降壓,橋式整流器D1整流,電解電容C7濾波,三端穩(wěn)壓器78L05穩(wěn)壓,最后得到整機要求的+5V穩(wěn)定直流電源。

1.7、單片機系統(tǒng)。U1為AT89S52單片機。C1,R0,R1和復(fù)位按鈕RESET組成手動電平復(fù)位和上電自動復(fù)位電路；C2,C3以及晶振JT1組成時鐘電路；C4,C5為+5V電源濾波電容。U2為CMOS6反相器CC4069,起驅(qū)動作用。VD1~VD6為紅外發(fā)射管,其負極端接與P1口,P1口設(shè)置為輸出狀態(tài),當P1口為"0”時,VD1~VD6發(fā)紅外光。VD7~VD12為紅外接收管,當接收到紅外光時導(dǎo)通,+5V電源通過VD7~VD12加到反相器CC4069的輸入端,經(jīng)反相為低電平,這時P3.0~P3.5為低電平。發(fā)射管和接收管分別安裝在門和窗口的適當位置,當有人闖入時遮擋了紅外線,接收管截止,反相器輸入端為低電平,這時U1的P3.0~P3.5為高電平。當在一定時間內(nèi)檢測到位于不同位置的光束被遮擋時,則由P3.7口輸出報警信號〔高低電平間隔1S的脈沖信號。驅(qū)動聲光報警電路,進行聲光報警,直至按復(fù)位按鈕RESET或電源開關(guān)S1。由于紅外收發(fā)管之間沒有遮擋時為正常,有遮擋時為異常,則當P1口輸出00H時,P3口的正常狀態(tài)數(shù)據(jù)為00H。四、顯示譯碼電路顯示譯碼器將計數(shù)的輸出〔BCD代碼譯成顯示器〔數(shù)碼管所需要的驅(qū)動的信號,以便使數(shù)碼管用十進制數(shù)字顯示出來BCD代碼所表示的數(shù)字。根據(jù)數(shù)碼管的不同,用于顯示驅(qū)動的譯碼器也有所不同的規(guī)格和品種。例如：適用于工陽極數(shù)碼管的譯碼器有74LS46、74LS47、74LS247等,適用于工陰極數(shù)碼管的譯碼器有74LS48、74LS49、74LS248等。集成計數(shù)、譯碼、顯示電路及數(shù)字可編程器件的實現(xiàn)圖1.6為4線——7線譯碼器、驅(qū)動器74LS48的外引線排列圖,其中,A3、A2、A1、A0為譯碼器的輸入端,Ya~Yg為輸出端,為滅燈輸入、滅零輸出端,為每零輸入端,

為試燈輸入端,它們是為了便于使用而設(shè)置的控制信號。表1.7其功能表1.6圖74LS48譯碼器數(shù)碼管功能表十進制輸

入輸

出功能A3A2A1A0RBI

YaYbYcYdYeYfYg01100001111111011×00011011000021×00101110110131×00111111100141×01001011001151×01011101101161×01101001111171×01111111000081×10001111111191×100111110011101×101010001101111×101110011001121×110010100011131×110111001011141×111010001111151×111110001000燈滅××××××00001000燈零10000000000000試燈0×××××11111111圖1.7功能表由圖1.7功能表可,74LS48具有以下功能：〔1、正常譯碼顯示只有燈滅輸入信號〔/和試燈輸入信號〔為高電平〔/也可以懸空,下同,也可對輸入為十進制1~15二進制碼〔0001~1111進行譯碼,產(chǎn)生顯示1~15所需要的七段數(shù)碼管〔其中10~15用特殊符號顯示。如果,

和/均為高電平,則譯碼器對輸入十進制數(shù)0的二進制〔0000進行譯碼。〔2、滅燈輸入,當燈滅輸入〔直接接低電平時,不管其它輸入端為何狀態(tài),各段輸出Ya~Yg均為低電平,數(shù)碼管所以發(fā)光段均為熄滅,不需要顯示時,利于這功能使數(shù)碼管熄滅,可以降低數(shù)碼管顯示系統(tǒng)的功耗?！?、滅零輸入,當滅零輸入〔和A3,A2,A1,A0輸入段為低電平,而測試燈輸入〔為高電平時,所以各段輸出Ya~Yg均為低電平,使數(shù)碼管全滅,不顯示0字形,同時滅零輸出〔變?yōu)榈碗娖健岔憫?yīng)條件,用以指示譯碼器正處于滅零狀態(tài)。〔4、燈測試功能,當燈測試輸入〔加入低電平,并且/端為開路或保持高電平時,所有輸入端Ya~Yg均為高電平,數(shù)碼管顯示字形"8",利于這功能可用來檢查74LS48和數(shù)碼管的好壞。/是線與邏輯,作燈滅輸入<>或滅零輸入<>之用,或兼用兩者之用。一、顯示器常用的顯示器有LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管是將電信號轉(zhuǎn)換光信號的固體顯示器件,它由七個條形發(fā)光二極管構(gòu)成七段字形,七段分別為：a、b、c、d、e、f、g顯示哪樣的字樣,則相應(yīng)的發(fā)光二極管就發(fā)光。LED數(shù)碼管的形態(tài)如圖1.3所示,圖中DP為小數(shù)點。連接方式不同,LED數(shù)碼管分別為共陽極和共陰極兩種,共陽極是指數(shù)碼管的七個發(fā)光二極管連在一起,接到高點品牌〔VCC。當某段發(fā)光二極管的陰極為低電平時,該段就能導(dǎo)通發(fā)光；若為高電平時就為截止不發(fā)光。因此,它需求與有效輸出電平為低電平的七段譯碼器/驅(qū)動器連接。共陰極是指數(shù)碼管中的七個發(fā)光二極管的陰極連在一起,接到低電平〔GND。當某段發(fā)光二極管的陽極為高電平,該段導(dǎo)通就發(fā)光,若為低電平時就截止不發(fā)光。因此,它的要求與有效輸出電平為高電平的七段譯碼器/驅(qū)動器連接。共陽極和共陰極數(shù)碼管如圖1.8示。1.8圖七段數(shù)碼管顯示五、設(shè)計方案選擇時注意事項１．要有全局觀點,抓住主要矛盾,有時局部方案為最優(yōu),但系統(tǒng)方案不一定是最佳的。２．在方案選擇時要考慮諸多因素,不僅要考慮方案是否可行,還要考慮怎樣保證性能可靠,如何降低成本,降低功耗,減小體積等許多實際的問題。六、設(shè)計單元電路的一般方法和步驟１．根據(jù)設(shè)計要求和已選定的總體方案的原理框圖,確定對各單電路的設(shè)計要求,必要時應(yīng)詳細擬訂主要單元電路的性能指標,與前后級之間的關(guān)系,分析電路的構(gòu)成形式。注意各單元電路之間的相互配合,輸入注意各部分信號、輸出信號和控制信號的關(guān)系。盡量少用或不用電平轉(zhuǎn)換之類的接口電路,以簡化電路結(jié)構(gòu),降低成本。２．

擬訂好各單元電路的要求后,應(yīng)全面檢查一遍,確定無誤后方可按信號流程順序或從南到易順序分別設(shè)計各單元電路。３．選擇單元電路的組成形式。廣泛查閱資料,從已掌握的知識和了解的各種電路中選擇一個合適的電路。七、元器件選擇１．一般優(yōu)先選用集成電路。集成電路的品種很多,選用方法一般是先粗后細即先根據(jù)總體方案考慮性能、價格等因選用某種型號的集成電路。同一種功能的數(shù)字電路

TTL產(chǎn)品

甚高速

中速

CMOS產(chǎn)品

高速

對器件性能的要求

推薦器件

工作頻率

其它要求

產(chǎn)品種類

不高〔例5MHZ下

使用方便、成本低、不易損壞

肖特基低功耗TTL

高〔例30MHZ

高速TTL

較低〔例1MHZ以下

功耗小或輸入電阻大,或抗干擾容限大,或高低電平一致性好

普通CMOS

較高高速CMOS

2、阻容元件的選擇〔1、頻率不高并需要一定功率時可用線繞電阻器?！踩鐖D右所示1.9〔2、高頻電路中要選用分布參數(shù)很小的非線繞電阻器。〔如圖右所示2.0〔3、如果對電阻器無特殊要求,一般選用通用型標準系列電阻器,經(jīng)濟又方便

圖1.9

圖2.05毫米高效率發(fā)射紅外LED電容選擇：電容器的主要技術(shù)參數(shù)

標稱容量和允許偏差

額定工作電壓

工作頻率范圍

能量損耗

工作頻率范圍

絕緣電阻

再考慮其它首先考慮

其次考慮

3、器件的選擇二極管的選擇：根據(jù)不同的用途選擇好二極管的類型,如光敏二極管、整流二極管、檢波二極管、變?nèi)荻O管、開關(guān)二極管、發(fā)光二極管等。此外還要注意不同用途的二極管對哪些參數(shù)要求嚴格。八、單片機的應(yīng)用單片機到底是什么呢？就是一個電腦,只不過是微型的,麻雀雖小,五臟俱全：它內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊,比如CPU,內(nèi)存,并行總線,還有和硬盤作用相同的存儲器件,不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多,不過價錢也是低的,一般不超過10元即可用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機,排煙罩VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！它主要是作為控制部分的核心部件。它是一種在線式實時控制計算機,在線式就是現(xiàn)場控制,需要的是有較強的抗干擾能力,較低的成本,這也是和離線式計算機的〔比如家用PC的主要區(qū)別。單片機是靠程序的,并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能,尤其是特殊的獨特的一些功能,這是別的器件需要費很大力氣才能做到的,有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列,或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話,電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機,結(jié)果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能,高效率,以及高可靠性！由于單片機對成本是敏感的,所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言,它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了,既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單,就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU,也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕,也會達到幾十K的尺寸！對于家用PC的硬盤來講沒什么,可是對于單片機來講是不能接受的。單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行,所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理,如果把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來運行,家用PC的也是承受不了的。目前最常用的單片機為MCS-51,是由美國INTEL公司〔生產(chǎn)CPU的英特爾生產(chǎn)的,89C51是這幾年在我國非常流行的單片機,它是由美國ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)的,其內(nèi)核兼容MCS-51單片機。〔一、單片機的應(yīng)用領(lǐng)域單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域,大致可分如下幾個范疇：1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于儀器儀表中,結(jié)合不同類型的傳感器,可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化,且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備〔功率計,示波器,各種分析儀。2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理,電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng),與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。3.在家用電器中的應(yīng)用可以這樣說,現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制,從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備,五花八門,無所不在。4.在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口,可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信,為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件,現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制,從手機,機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動,集群移動通信,無線電對講機等。5.單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當廣泛,例如醫(yī)用呼吸機,各種分析儀,監(jiān)護儀,超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。此外,單片機在工商,金融,科研、教育,國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途,在本次設(shè)計當中我們應(yīng)用到的是由Atmel公司生產(chǎn)的型號為：AT89S52,8KB程序存儲器,具有256RAM、32位并行I/O口采用12MZ的晶振,采用PLCC44封裝。如圖2.1所示。圖2.1AT89S52單片機一、單片機引腳介紹XTAL1:接外部晶振體的一個引腳。CHMOS單片機采用外部時鐘信號時,時鐘信號由此引腳接入。XTAL2:接外部晶振個一個引腳。CHMOS單片機采用外部時鐘信號,外部時鐘信號由此引腳接入。RST/VPD:①復(fù)位信號輸入。②VCC掉電后,此引腳可接備硬電源,低功耗條件下保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。ALE/:①地址鎖存允許。當單片機訪問外部存儲時,該引腳的輸出信號ALE用于鎖存P0的低8位地址。ALE輸出的頻率為時鐘振蕩頻率的1/6。：程序存儲器允許。輸出讀外部程序的選通信號。取指令操作期間。的頻率為振蕩頻率的1/6；若此期間有訪問數(shù)據(jù)外存儲的操作,則有一個機器周期中的信號將不出現(xiàn)。/Vpp：①=0,單片機只訪問外部程序存儲器。P0.0~P0.7數(shù)據(jù)/低8位地址復(fù)用總線端口。P1.0~P1.7靜態(tài)通用端口。P2.0~P2.7高8位地址總線動態(tài)端口P3.0~P3.7雙功能技能靜態(tài)端口。九、555定時器555定時器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便,只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。

目前生產(chǎn)的定時器有雙極型和CMOS兩種類型,其型號分別有NE555<或5G555>和C7555等多種。它們的結(jié)構(gòu)及工作原理基本相同。通常,雙極型定時器具有較大的驅(qū)動能力,而CMOS定時器具有低功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點。555定時器工作的電源電壓很寬,并可承受較大的負載電流。雙極型定時器電源電壓范圍為5～16V,最大負載電流可達200mA；CMOS定時器電源電壓范圍為3～18V,最大負載電流在4mA以下。

555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的簡化原理圖如圖2.2所示。它由3個阻值為5kΩ的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電管T以及緩沖器G組成。圖2.2555定時器結(jié)構(gòu)〔一、555定時器工作原理定時器的主要功能取決于比較器,比較器的輸出控制RS觸發(fā)器和放電管T的狀態(tài)。圖中RD為復(fù)位輸入端,當RD為低電平時,不管其他輸入端的狀態(tài)如何,輸出v0為低電平。因此在正常工作時,應(yīng)將其接高電平。

由圖可知,當5腳懸空時,比較器C1和C2比較電壓分別為2/3VCC和1/3VCC。

當vI1>2/3VCC,vI2>1/3VCC時,比較器C1輸出低電平,比較器C2輸出高電平,基本RS觸發(fā)器被置0,放電三極管T導(dǎo)通,輸出端vO為低電平。

當vI1<2/3VCC,vI2<1/3VCC時,比較器C1輸出高電平,比較器C2輸出低電平,基本RS觸發(fā)器被置1,放電三極管T截止,輸出端vO為高電平。當vI1<2/3VCC,vI2>1/3VCC時,基本RS觸發(fā)器R=1、S=1,觸發(fā)器狀態(tài)不變,電路亦保持原狀態(tài)不變。綜合上述分析,可得555定時器功能表如表2.3所示。如果在電壓控制端〔5腳施加一個外加電壓〔其值在0-VCC之間,比較器的參考電壓將發(fā)生變化,電路相應(yīng)的閾值、觸發(fā)電平也將隨之變化,進而影響電路的工作狀態(tài)。在本次設(shè)計中我們用到的是555雙穩(wěn)態(tài)定時器,如圖2.4555定時器功能表2.3輸

入輸

出閾值輸入<vI1>

觸發(fā)輸入<vI2>

復(fù)位<>

輸出<>

放電管T

×<vcc>vcc<vcc

×<vcc>vcc>vcc01

1

1010

不變導(dǎo)通截止

導(dǎo)通

不變圖2.4555定時器外觀圖十、審圖注意事項１．從全局出發(fā),檢查總體方案是否合適,有無問題,是否有更佳方案。２．檢查各單元電路是否正確,電路形式是否適。３．模擬電路各電路之間的耦合方式有無問題,數(shù)字電路各單元電路之間的電平、時序等配合有無問題,邏輯關(guān)系是否正確,是否存在競爭冒險。４．檢查電路中有無繁瑣之處,是否可簡化５．根據(jù)圖中所出的各元器件的型號、參數(shù),驗算能否達到性能指標,有無恰當?shù)脑Ａ?。６．要特別注意檢查電路圖中各元器件工作是否安全,是否工作在額定值范圍內(nèi)。７．解決所發(fā)現(xiàn)的全部問題后,若改動較多,應(yīng)復(fù)查一遍。十一、測量原理該儀器的測量原理為單光子計數(shù)法。微弱光信號檢測一般以光電倍增管〔pmt為檢測器,在弱光下,光電倍增管的電流來源于光子碰撞光陰極產(chǎn)生的光電子發(fā)射,并經(jīng)倍增后在陽極形成電脈沖輸出。光子檢測裝置的核心是光電倍增管,其各電極之間均加有規(guī)定值較高的直流電壓。當光子打到光陰極時,由于光電效應(yīng)的作用,其表面可以產(chǎn)生能量微弱的游離電子,稱為光電子；該電子在直流高壓產(chǎn)生的電場作用下離開光陰極,同時被加速,再次打到打拿極上并產(chǎn)生出能量更大數(shù)量更多的光電子,就這樣經(jīng)過多個打拿極的反復(fù)放大,最后使陽極產(chǎn)生電脈沖信號,該信號經(jīng)前置放大器放大,在經(jīng)比較器去除噪聲信號,最后由分頻器換算出光子脈沖數(shù),如圖2.5所示。圖2.5測量計數(shù)原理圖十二、程序設(shè)計ORG

0000HAJMP

MAINORG

000HSECOND

EQH

30HCOUNT

EQH

31HSTART

MOV

SECOND,#00H

MOV

TCOUNT,#00H

MOV

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MOV

TAO,#<65536-500>/256

MOV

TLO,3<65536-500>MOD256

SETB

TROPISP:

MOV

A,SECOND

MOV

B,SECOND

DIV

AB

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A,B

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JNBTFO,WAIJNEXT:

LJMP

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DB

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EQU

3QHTOSA

DEU

31HFLAG

BIT

OOHORG

00HLJMP

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MOV

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MOV

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SETB

TRO

SETB

ETO

SJMP

$

INT

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INC

T02SB

MOV

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MOV

T0SEA,#00H

CPL

P1.0

DONE:

RETI

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EQU

40HMIN

EQU

41HMSEC

EQU

42HDSPBUF

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0000HAJMP

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000BHAJMP

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EX1

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ORG

0023H

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ES

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MOV

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SETB

TR0

SETB

ET0

SETB

EX1

SETB

EA

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A

MOV

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MOV

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NOP

ACALL

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ACALL

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AJMP

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MOV

A,SEC

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HEXTOBCD

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A,MIN

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HEXTOBCD

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A,MSEC

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B,#10

DIV

AB

MOV

R0,A

INC

R0

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R0,B

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R0

RETDISPLAY:

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R0,#DSPBUF

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A,R0

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A,A+DPTR

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P2,A

ACALL

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MOV

A,R2

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A

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R0

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R5,#250

DJNZ

R5,$

DJNZ

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DJNZ

R7,L1

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MOV

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MSEC

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DEC

SEC

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A,MIN

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A,P0

CPLA

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JZ

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ACALL

DISPLAY如果按鍵功能太快,可以加入延時

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DISPLAY

ACALL

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JZ

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JNB

P0.0,GN0

JNB

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JNB

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RET

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ACALL

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JNZ

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A,#60,READKEYEXIT

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ACALL

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ACALL

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JNZ

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CLR

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ACALL

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