最新南京信息工程大學(xué)光電計(jì)數(shù)器課程論文

濱江學(xué)院課程報(bào)告題 目 反射式光電計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)院 系 濱江學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) 學(xué)生姓名 * 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 常建華 職 稱(chēng) 副教授 二 0 一三 年 十一 月 二十一日 1目錄第 1 章 緒論1.1 光電計(jì)數(shù)器原理11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3 本文主要研究?jī)?nèi)容2第二章 光電計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)方案論證2.1 遮光式光電計(jì)數(shù)器32.2 反射式光電計(jì)數(shù)器32.3 方案選擇4第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 STC89C52 簡(jiǎn)介53.2 電源電路73.3 傳感器部分83.3.1 E18-D50NK 反 射 式 紅 外 傳 感器 83.3.2 發(fā) 射 與 接 收 電2路 93.4 復(fù)位電路113.5 晶振電路123.6 顯示電路123.6.1 線段的顯示133.6.2 字符的顯示133.6.3 漢字的顯示133.6.4 1602 字符型 LCD 簡(jiǎn)介 133.6.5 1602LCD 的基本參數(shù)及引腳功能143.6.6 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù) 143.6.7 1602LCD 的指令說(shuō)明及時(shí)序15第 4 章 反射式光電計(jì)數(shù)器的軟件設(shè)計(jì)4.1 顯示程序17第五章 系統(tǒng)調(diào)3試23參考文獻(xiàn)23致謝24附錄24反射式光電計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)*南京信息工程大學(xué)濱江學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)，南京 210044摘要：本文基于STC89c52單片機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定的工業(yè)流水線用反射式光電計(jì)數(shù)器,可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品流水線產(chǎn)品的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)功能。該系統(tǒng)采用型號(hào)為E18-D50NK的紅外傳感器為信號(hào)采集裝置,將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。以電磁繼電器、三極管構(gòu)成放大電路，放大后的信號(hào)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(guò)復(fù)位鍵調(diào)整，直至系統(tǒng)正常工作。該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，控制系統(tǒng)可靠，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。該系統(tǒng)拓展后，可用于生產(chǎn)流水線的工件計(jì)數(shù)，具有很好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：STC89c52單片機(jī) E18-D50NK紅外傳感器 實(shí)時(shí)計(jì)數(shù) 第 1 章 緒論1.1 光電計(jì)數(shù)器原理光電式傳感器就是基于光電效應(yīng)的理論基礎(chǔ)用于光電信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換的一種傳感器。其中光電效應(yīng)可以分為三類(lèi)。1.外光電效應(yīng)：能使電子在光照射條件下逸出物體表面。4光電倍增管，真空光電管等就是利用了外光電效應(yīng)。2.內(nèi)光電效應(yīng)：能使物質(zhì)的電阻率在光線照射條件下改變。半導(dǎo)體光敏電阻這類(lèi)的器件就是利用了內(nèi)光電效應(yīng)。3.光生伏特效應(yīng)：物體在光線作用下產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象即光生電動(dòng)勢(shì)。光電晶體管、光電池等就是利用了光生伏特現(xiàn)象。由于敏感的光波長(zhǎng)是在可見(jiàn)光附近，包括紅外波長(zhǎng)和紫外波長(zhǎng)。因此，當(dāng)光電元件受光照后，電特性就會(huì)發(fā)生變化這就是光電效應(yīng)。光電計(jì)數(shù)器通常采用的光電傳感器有攝像頭、光電管等，采用的光的種類(lèi)有普通光和激光，可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光等。 組 成 光 電 傳 感 器 的 三 部 分 為 光 源 、 光 學(xué) 通 路 和 光 電 元 件 。 光 電 式 傳 感 器 是 以 光電 器 件 作 為 轉(zhuǎn) 換 元 件 的 傳 感 器 ， 光 電 檢 測(cè) 方 法 具 有 精 度 高 、 應(yīng) 用 快 、 非 接 觸 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 而可 測(cè) 參 數(shù) 多 ， 光 電 傳 感 器 的 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 形 式 靈 活 多 變 因 此 ， 光 電 式 傳 感 器 在 檢 測(cè) 和 控 制中 應(yīng) 用 非 常 廣 泛 。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀光自動(dòng)化的計(jì)數(shù)提高了工業(yè)生產(chǎn)上的效率以及準(zhǔn)確性 計(jì)數(shù)的自動(dòng)化和智能化最終能加速實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的工業(yè)。隨著生產(chǎn)自動(dòng)化、設(shè)備數(shù)字化和機(jī)電一體化的發(fā)展,對(duì)光電計(jì)數(shù)器的需求日益增多。提高自動(dòng)計(jì)數(shù)器的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外自動(dòng)計(jì)數(shù)生產(chǎn)研究的主要課題。產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)主要用于工廠的流水線，往往是處于高溫等環(huán)境中所以單片機(jī)的功耗一定要低。恰巧的是，STC89c52 單片機(jī)符合這一要求。1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容本文的研究方向就是基于 STC89c52 單片機(jī)設(shè)計(jì)出一個(gè)簡(jiǎn)易但是性能穩(wěn)定且靈敏度高的工業(yè)流水線用反射式光電計(jì)數(shù)器,能夠?qū)崟r(shí)的計(jì)數(shù)產(chǎn)品流水線上產(chǎn)品的數(shù)量。該系統(tǒng)采用STC89c52 單片機(jī)為處理芯片,對(duì)紅外傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行處理。采用發(fā)射式型號(hào) E18-D50NK 的紅外傳感器，它能夠靈敏實(shí)時(shí)的采集光信號(hào)，由于工件的遮擋導(dǎo)致光信號(hào)的變化從而導(dǎo)致電信號(hào)的變化。借由繼電器實(shí)現(xiàn)小電流控制大電流的功能。用 E18-D50NK 的紅外傳感器可確保系統(tǒng)的靈敏性、穩(wěn)定性?？梢詫?shí)現(xiàn)工業(yè)流水線計(jì)數(shù)器實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)的功能。設(shè)計(jì)光電計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸計(jì)數(shù)，主要用于工廠生產(chǎn)線工件計(jì)數(shù)。采用反射式光電傳感器，要求使用紅外發(fā)光二極管、光電管檢測(cè)，要求光電發(fā)射管和接收管相鄰放置，在制作實(shí)物5可用導(dǎo)線引出長(zhǎng)度，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)接觸計(jì)數(shù)，獨(dú)立設(shè)計(jì)光電計(jì)數(shù)器電路原理圖，畫(huà)出完整的電路原理圖（包含電源部分）和 PCB 板圖，查找資料，要求做出實(shí)物，可以使用萬(wàn)用板或者 PCB 板制作實(shí)物，獨(dú)立完成。第二章 光電計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)方案論證2.1 遮光式光電計(jì)數(shù)器遮光式光電計(jì)數(shù)器工作原理：從紅外發(fā)光管和紅外接收器在產(chǎn)品生產(chǎn)流水線的兩邊。紅外發(fā)光管發(fā)射出的紅外光線能夠直射在如光敏電阻和光電管等光電元件上。當(dāng)有產(chǎn)品經(jīng)過(guò)遮光式計(jì)數(shù)器的時(shí)候紅外光線就會(huì)被該產(chǎn)品遮擋（比如瓶裝啤酒） 。那么這時(shí)候光電元件的電信號(hào)必然會(huì)因?yàn)榇藭r(shí)光信號(hào)的改變而改變，從而生成脈沖通過(guò)放大器可計(jì)數(shù)記下被遮擋的次數(shù)，通過(guò)數(shù)字顯示顯示具體的數(shù)量。圖 2.1 遮光式光電計(jì)數(shù)器2.2 反射式光電計(jì)數(shù)器反射式光電計(jì)數(shù)器工作原理：紅外發(fā)光管和紅外接收器在同一邊。當(dāng)產(chǎn)品流水線沒(méi)有產(chǎn)品經(jīng)過(guò)的時(shí)候紅外發(fā)光管發(fā)出的紅外線不會(huì)被發(fā)射。反之，當(dāng)有產(chǎn)品經(jīng)過(guò)的時(shí)候紅外發(fā)光管發(fā)出的紅外線就會(huì)被產(chǎn)品反射，反射光并被接收器接收。這時(shí)候因?yàn)楣庑盘?hào)的變化必然導(dǎo)致光電元件電信號(hào)的變化。從而形成計(jì)數(shù)脈沖，光電隔離耦進(jìn)行合并行輸入至STC89c52 單片機(jī)。并用數(shù)碼管顯示具體數(shù)值便可實(shí)現(xiàn)物體的數(shù)量統(tǒng)計(jì)。發(fā)射與接收電路可以用一個(gè)集成好的紅外傳感器。集成焊接后的電路顯得簡(jiǎn)單明了。6方案選擇在工業(yè)生產(chǎn)中肯定會(huì)考慮到設(shè)備成本，設(shè)備所占用的空間以及接線的方便程度。最重要的當(dāng)然是設(shè)備工作的穩(wěn)定性。結(jié)合上文對(duì)兩種光電計(jì)數(shù)器的介紹反式光電計(jì)數(shù)器的優(yōu)點(diǎn)不難被發(fā)現(xiàn)。由于發(fā)光管和接收器在同一邊無(wú)疑會(huì)大大的節(jié)省空間。將發(fā)光管和接收器集成在一起可以帶來(lái)接線和操作上的簡(jiǎn)便。再者反射式光電計(jì)數(shù)器帶來(lái)的良好光路對(duì)齊，不受產(chǎn)品顏色和材質(zhì)的影響的特點(diǎn)都會(huì)給設(shè)備提供更佳的穩(wěn)定性。因此，在工業(yè)流水線用的光電計(jì)數(shù)器方案選擇上將采用反射式的光電計(jì)數(shù)器。第 3 章 STC89C52 簡(jiǎn)介3.1 芯片簡(jiǎn)介STC89C52是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的 MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52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(mén)狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7圖 2.2 反射式光電計(jì)數(shù)器電源電路發(fā)射接收電路單片機(jī)STC89c52 系統(tǒng)計(jì)數(shù)顯示電路圖 2.3 光電計(jì)數(shù)裝置的原理7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)） ，全雙工串行口。另外 STC89C52 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，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。STC89c52共有4個(gè)（P0、P1 、P2 、P3口）8位并行 I/O 端口，共32個(gè)引腳。P0口雙向I/O 口，用于分時(shí)傳送低8位地址和 8位數(shù)據(jù)信號(hào)；P1 、P2、P3口均為準(zhǔn)雙向 I/O 口；其中P2口還用于傳送高 8位地址信號(hào)；P3口每一引腳還具有特殊功能，用于特殊信號(hào)的輸入輸出和控制信號(hào)。其引腳圖：其中引腳說(shuō)明為：3.2 STC89c52 引角功能VCC：供電電壓。GND：接地。P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 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(mén)電流。P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，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。 8P2 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(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě)“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(xiě)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(mén)電流。當(dāng) P3 口寫(xiě)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 口作為 AT89C51 的一些特殊功能口， 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(wèn)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)。/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。在訪問(wèn)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。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(lái)自反向振蕩器的輸出。3.2 電源電路9本文將直接采用筆記本電腦的 USB 給電板提供 5V 的直流電。同時(shí)，為了顯示電板是否通電在電板中添加一個(gè)電源指示燈，這個(gè)電源指示燈將采用發(fā)光二極管。發(fā)光二極管工作在正常工作狀態(tài)時(shí)，通過(guò) LED 的電流 10 毫安就足矣了。因此，在電路中采用白發(fā)藍(lán)高亮的LED，所以可以取 10mA 左右的電流值，圖 3.2 中的 R16 是為了保護(hù)系統(tǒng)電路的限流電阻。3.3 紅外傳感器3.3.1 E18-D50NK 反 射 式 紅 外 傳 感 器光電開(kāi)關(guān)電路主要由光電開(kāi)關(guān)管，即光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感 器 。它 首 先 把 被 測(cè) 量 的 變 化 轉(zhuǎn) 換 成 光 信 號(hào) 的 變 化 ， 然 后 借 助 光 電 元 件 進(jìn) 一 步 將 光 信 號(hào)轉(zhuǎn) 換 成 電 信 號(hào) 。 光 電傳