生產(chǎn)流水線產(chǎn)品產(chǎn)量顯示系統(tǒng).doc

物理與電子工程學(xué)院 單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū) 設(shè)計(jì)題目： 生產(chǎn)流水線產(chǎn)品產(chǎn)量顯示系統(tǒng) 專(zhuān) 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師： 2013年 12 月 16日物理與電子工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)專(zhuān)業(yè)： 自動(dòng)化 班級(jí)： 二班 學(xué)生姓名學(xué)號(hào)課程名稱(chēng)單片機(jī)原理與接口技術(shù)設(shè)計(jì)題目生產(chǎn)流水線產(chǎn)品產(chǎn)量顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的、主要內(nèi)容（參數(shù)、方法）及要求設(shè)計(jì)目的：鞏固單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程中所學(xué)的知識(shí)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生查閱資料和閱讀文獻(xiàn)的能力，培養(yǎng)學(xué)生初步的科研能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。主要內(nèi)容：本課程設(shè)計(jì)主要是利用單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程中所學(xué)的知識(shí)，完成一個(gè)生產(chǎn)流水線產(chǎn)品產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括硬件電路原理圖、顯示程序設(shè)計(jì)、硬件和軟件的綜合調(diào)試。設(shè)計(jì)要求：1、以80C51系列單片機(jī)為核心器件，組成一個(gè)生產(chǎn)流水線產(chǎn)品產(chǎn)量顯示系統(tǒng)。用三位數(shù)碼管顯示一個(gè)班組的產(chǎn)品件數(shù)。2、在現(xiàn)有的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上完成硬件電路接線。3、完成該課題的程序設(shè)計(jì)、提交程序設(shè)計(jì)框圖及程序設(shè)計(jì)清單。4、完成硬件與軟件的綜合調(diào)試，實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。5、通過(guò)老師審核，提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。工作量2周時(shí)間，每天3學(xué)時(shí)，共計(jì)42學(xué)時(shí)進(jìn)度安排第1-3天：根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求查閱相關(guān)資料。閱讀相關(guān)文獻(xiàn)。搞清楚本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容，對(duì)本課題的設(shè)計(jì)有個(gè)初步的設(shè)想。第4-5天：完成本課題設(shè)計(jì)的基本設(shè)計(jì)方案，通過(guò)指導(dǎo)老師的審核。第6-7天：完成課題的硬件電路的設(shè)計(jì),完成程序設(shè)計(jì)。第8-9天：進(jìn)行調(diào)試。第10-11天：撰寫(xiě)課題設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)，并根據(jù)指導(dǎo)教師的意見(jiàn)進(jìn)行修改。第12天：完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。第13天：提交報(bào)告書(shū)。第14天：指導(dǎo)教師批閱課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。 主要參考資料1、韓志軍，沈晉源，王振波.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M機(jī)械工業(yè)出版社，2005年2、李全利.單片機(jī)原理與接口技術(shù)M高等教育出版社，2009年第二版3、馬淑蘭.單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用實(shí)例分析M西安電子科技大學(xué)出版社，2009年指導(dǎo)教師簽字教研室主任簽字摘 要 隨著當(dāng)今社會(huì)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的產(chǎn)品裝配線上及各種公共場(chǎng)所都需要自動(dòng)計(jì)數(shù)?；趩纹瑱C(jī)的自動(dòng)計(jì)數(shù)器是計(jì)數(shù)直觀、顯示準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。自動(dòng)計(jì)數(shù)器有各種形式，具體來(lái)說(shuō)有接觸式和非接觸式兩種計(jì)數(shù)器。隨著當(dāng)今科學(xué)的發(fā)展，非接觸式紅外計(jì)數(shù)器被廣泛的應(yīng)用到各行各業(yè)。本次設(shè)計(jì)以STC89C51單片機(jī)為核心，利用專(zhuān)用的紅外傳感器作為檢測(cè)裝置，用LED數(shù)碼管作為人機(jī)交互的界面。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、顯示清楚等特點(diǎn)。具體思路是專(zhuān)業(yè)檢測(cè)芯片（本次設(shè)計(jì)用紅外傳感器）形成計(jì)數(shù)脈沖后送入STC89C51單片機(jī)控制單元，通過(guò)對(duì)單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，然后由數(shù)碼管LED顯示，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流水線產(chǎn)品產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)顯示。關(guān)鍵詞：紅外檢測(cè)；自動(dòng)計(jì)數(shù)；單片機(jī)；LED數(shù)碼管 目 錄 1緒論51.1前言51.2研究背景51.3國(guó)內(nèi)外研究概況51.4課題分析61.5設(shè)計(jì)要求62.系統(tǒng)硬件框圖63.系統(tǒng)單元電路的設(shè)計(jì)73.1 紅外線檢測(cè)電路73.1.1 紅外傳感器的概念73.1.2紅外傳感器的組成和分類(lèi)73.1.3紅外傳感器的特點(diǎn)與原理73.2 LED顯示器部分83.2.1 MCS-51單片機(jī)和LED顯示接口83.2.2 本次設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示部分83.2.3 本次設(shè)計(jì)次單片機(jī)與數(shù)碼管連接仿真圖93.3 單片機(jī)計(jì)數(shù)及控制部分103.3.1外部中斷計(jì)數(shù)103.3.2 本次設(shè)計(jì)中斷仿真圖104. 系統(tǒng)流程圖、程序設(shè)計(jì)114.1 主程序流程圖114.2 脈沖中斷流程圖114.3 程序設(shè)計(jì)115. 整體系統(tǒng)仿真原理圖136. 心得體會(huì)131緒論1.1前言自動(dòng)化時(shí)代的社會(huì)，許多制造商在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中幾乎都要使用到流水線技術(shù)，但如何實(shí)現(xiàn)對(duì)其產(chǎn)品實(shí)時(shí)，高效，準(zhǔn)確的自動(dòng)計(jì)數(shù)成為廣大廠商的極為關(guān)注的問(wèn)題。傳統(tǒng)的計(jì)數(shù)器是一個(gè)數(shù)字集成電路組件，有許多缺點(diǎn)：例如：電路有更復(fù)雜的組件，較高的故障率，維修比較困難等。并且不能很方便設(shè)置預(yù)定值，功能比較單一，適用范圍窄。因此，具有實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)準(zhǔn)確、可靠、穩(wěn)定的基于以單片機(jī)作為控制核心的自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置成為廣大廠家的首選。1.2研究背景當(dāng)今社會(huì)，基于單片機(jī)計(jì)數(shù)設(shè)備和以開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的微控制器技術(shù)為基礎(chǔ)的控制技術(shù)發(fā)展迅速，在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。以單片機(jī)為核心的產(chǎn)品和設(shè)備，促進(jìn)了生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，因此企業(yè)迫切需要很多懂單片機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用和維護(hù)這些智能產(chǎn)品管理的高級(jí)工程技術(shù)人員。電子計(jì)數(shù)器是一種多功能的電子測(cè)量?jī)x器，它采用電子檢測(cè)在一段時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)，以數(shù)字形式顯示的結(jié)果。單片機(jī)以其體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、性?xún)r(jià)比高的特點(diǎn)，已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、智能化測(cè)量和控制產(chǎn)品的進(jìn)步和發(fā)展的一個(gè)重要手段。 1.3國(guó)內(nèi)外研究概況當(dāng)今的自動(dòng)計(jì)數(shù)器產(chǎn)品大多采用非接觸的方式，并已開(kāi)發(fā)出多種型號(hào)的專(zhuān)用測(cè)試芯片。使用以STC89C5為核心，輔以各種外設(shè)控制單元的自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置應(yīng)用已成為趨勢(shì)。但是，如何提高自動(dòng)實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器的抗干擾能力、穩(wěn)定性等是國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)研究的自動(dòng)計(jì)數(shù)器的重要課題。自動(dòng)計(jì)數(shù)是工廠流水線產(chǎn)品產(chǎn)量檢測(cè)的主體，但其往往工作在極其惡劣的高溫、高噪音環(huán)境中。而以STC89C51的為核心的微控制器產(chǎn)品系列自動(dòng)計(jì)數(shù)器工作在這種環(huán)境下會(huì)經(jīng)常進(jìn)入死機(jī)（程序進(jìn)入無(wú)限循環(huán)）或出現(xiàn)濫用（單片機(jī)逍遙），這是基于單芯片自動(dòng)技術(shù)產(chǎn)品存在的致命缺點(diǎn)。 1.4課題分析基于單片機(jī)構(gòu)成的自動(dòng)計(jì)數(shù)器產(chǎn)品研究的主要課題包括：紅外模塊的原理、紅外模塊如何與單片機(jī)相連接、單片機(jī)如何與數(shù)碼管相連接、STC89C51單片機(jī)用何種方式對(duì)外部計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示控制、數(shù)碼管如何編程顯示計(jì)數(shù)值。在這個(gè)設(shè)計(jì)中主要需要解決的問(wèn)題便是如何用單片機(jī)通過(guò)C語(yǔ)言程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)紅外檢測(cè)裝置信號(hào)的計(jì)數(shù)、數(shù)碼管對(duì)單片機(jī)傳過(guò)來(lái)信號(hào)的顯示。1.5設(shè)計(jì)要求 1)整個(gè)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。 2)單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括復(fù)位電路等。 3)能夠準(zhǔn)確地顯示計(jì)數(shù)值。4)具有自動(dòng)清除功能。2.系統(tǒng)硬件框圖圖2.1 系統(tǒng)硬件框圖 原理闡述：當(dāng)流水線上沒(méi)有物體時(shí)，紅外傳感器沒(méi)有檢測(cè)到外部信號(hào)，處于高電平狀態(tài)；當(dāng)流水線上有物體時(shí)，紅外傳感器檢測(cè)到有外部信號(hào)，由原來(lái)的高電平狀態(tài)變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)，產(chǎn)生信號(hào)。將紅外傳感器的輸出端與單片機(jī)I/O連接，通過(guò)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(guò)設(shè)置中斷服務(wù)程序，進(jìn)行計(jì)數(shù)。并通過(guò)P0、P1、P2分別接到數(shù)碼管上，由數(shù)碼管來(lái)顯示其個(gè)數(shù)。當(dāng)需要置位時(shí)按下復(fù)位開(kāi)關(guān)，則計(jì)數(shù)器清零，重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。3.系統(tǒng)單元電路的設(shè)計(jì) 3.1 紅外線檢測(cè)電路 3.1.1 紅外傳感器的概念 紅外傳感器，在20世紀(jì)80年代興起的一個(gè)新的，高度敏感的探測(cè)器元件。它是一種能夠探測(cè)到由紅外線發(fā)射出的信號(hào)并且轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。紅外又稱(chēng)紅外光，它具有反射，折射，散射，干涉，吸收和其他屬性。利用物體產(chǎn)生紅外輻射特性，紅外傳感器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。任何物質(zhì)，只要有一定的溫度（絕對(duì)零度以上），可以產(chǎn)生紅外線輻射，就可以用紅外傳感器檢測(cè)。紅外傳感器測(cè)量與被測(cè)對(duì)象無(wú)直接接觸，從而具有無(wú)摩擦，靈敏度高，響應(yīng)速度快的優(yōu)勢(shì)。 3.1.2紅外傳感器的組成和分類(lèi) 組成：紅外傳感器組成由光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)設(shè)備和轉(zhuǎn)換電路組成。分類(lèi)：按結(jié)構(gòu)的不同可分為光學(xué)系統(tǒng)的傳輸和反射兩種類(lèi)型。檢測(cè)元件根 據(jù)熱檢測(cè)設(shè)備和光學(xué)檢測(cè)設(shè)備的原則，可以分為熱敏監(jiān)測(cè)和光電檢測(cè)兩部分。使用最廣泛的熱元件是熱敏電阻。熱敏電阻器是由紅外輻射、溫度、電阻改變成電信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換電路。 3.1.3紅外傳感器的特點(diǎn)與原理特點(diǎn)：（1)具有信號(hào)輸出指示 （2)單路信號(hào)輸出 （3)輸出為低電平有效 （4)靈敏度可調(diào) (5)可用于工件計(jì)數(shù)、電機(jī)測(cè)速等 （6)電路板輸出開(kāi)關(guān)量 原理：紅外模塊有三個(gè)I/O口，兩個(gè)口分別接電源正負(fù)極，另一個(gè)口則為輸出口，當(dāng)紅外傳感器沒(méi)有檢測(cè)到外部信號(hào)時(shí)該輸出口處于高電平狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到外部物體時(shí)該輸出口由高電平狀態(tài)變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)，通過(guò)與單片機(jī)的I/O連接來(lái)檢測(cè)高低電平變化。原理圖：圖3.1.3 原理圖 3.2 LED顯示器部分 3.2.1 MCS-51單片機(jī)和LED顯示接口 經(jīng)常使用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，LED數(shù)碼管作為顯示輸出設(shè)備。雖然LED顯示屏顯示信息簡(jiǎn)單，但它有顯示清晰、高亮度、低電壓、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。和單片機(jī)接口連接方便，基本能夠滿(mǎn)足單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的需求，所以經(jīng)常被用在單片機(jī)領(lǐng)域。 3.2.2 本次設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示部分 顯示部分是通過(guò)三個(gè)數(shù)碼管來(lái)完成，分別接到P0、P1、P2口上。然后再通過(guò)軟件譯碼來(lái)完成，為了考慮到數(shù)碼管在動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，每點(diǎn)亮一個(gè)數(shù)碼管的時(shí)間很短暫，這樣就會(huì)影響到數(shù)碼管的亮度，故在此用共陽(yáng)極數(shù)碼管，用共陽(yáng)極數(shù)碼管可以不用加驅(qū)動(dòng)，而且顯示亮度非常好。 該設(shè)計(jì)中段碼輸出口是利用P0口作為輸出口，而P0口是漏極開(kāi)路，雖然有很強(qiáng)的灌電流能力，但拉電流能力很差，故在P0口上加一個(gè)10K的排阻作為上接電阻。上拉電阻的作用是，當(dāng)單片機(jī)的P0口上輸入為1時(shí)，上拉電阻上的電流直接流入單片機(jī)中，使數(shù)碼管的段碼上保持低電平，因此碼管在這時(shí)不發(fā)光；而當(dāng)單片機(jī)的P0口輸出為高電平時(shí)，這時(shí)上拉電阻使電流灌入單片機(jī)中，故排阻上的電流流入數(shù)碼管中，因此這時(shí)數(shù)碼管發(fā)光（這里用的是共陽(yáng)極數(shù)碼管）。本次設(shè)計(jì)顯示部分采用軟件譯碼動(dòng)態(tài)顯示，所謂的軟件譯碼動(dòng)態(tài)顯示是指字符段選擇組織一個(gè)表來(lái)顯示字符的第一次查表得到其選舉的代碼段，然后傳送到顯示段碼。3.2.3 本次設(shè)計(jì)次單片機(jī)與數(shù)碼管連接仿真圖 圖3.2.3 仿真圖3.3 單片機(jī)計(jì)數(shù)及控制部分 3.3.1外部中斷計(jì)數(shù) 完成技術(shù)功能的部分由單片機(jī)STC89C51控制，基本原理為當(dāng)紅外檢測(cè)部分檢測(cè)到光時(shí)，紅外接收電路輸出口將產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)，該信號(hào)將提供給單片機(jī)計(jì)數(shù)控制，P0、P1、P2三個(gè)端口負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)顯示的部分。 計(jì)數(shù)控制部分將計(jì)入脈沖的單片機(jī)STC89C51中斷INT0的入口，計(jì)數(shù)編程構(gòu)成中斷信號(hào)后，內(nèi)部的微控制器。 STC89C51的MCS-52指令集完全兼容。提供下列標(biāo)準(zhǔn)特性：4K字節(jié)的FLASH閃存，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 I / O口線，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)五向量?jī)蓚€(gè)中斷，片上振蕩器和時(shí)鐘電路。 STC89C51的兩種省電模式具有下調(diào)至0Hz的靜態(tài)的邏輯功能。在CPU、振蕩器停止工作時(shí)，禁止其他部分工作，仍可繼續(xù)正常運(yùn)行的有RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)，RAM中內(nèi)容不會(huì)刪除，復(fù)位時(shí)一切恢復(fù)正常。總之，設(shè)計(jì)最合理的是外部中斷計(jì)數(shù)，故本次設(shè)計(jì)采用外部中斷計(jì)數(shù)。3.3.2 本次設(shè)計(jì)中斷仿真圖 圖3.3.2 中斷仿真圖4. 系統(tǒng)流程圖、程序設(shè)計(jì) 4.1 主程序流程圖 圖4.1 主程序流程圖 4.2 脈沖中斷流程圖 圖4.2 脈沖中斷流程圖 4.3 程序設(shè)計(jì) /* 說(shuō)明：每次按下計(jì)數(shù)鍵時(shí)觸發(fā) INT0 中斷，中斷程序累加計(jì)數(shù)， 計(jì)數(shù)值顯示在3 只數(shù)碼管上，按下 清零鍵時(shí)數(shù)碼管清零 */#include #define char unsigned char #define unit unsigned int /09 的段碼 DSY_CODE=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff; char DSY_Buffer=0,0,0; char Count=0; bit Clear_Key=P36; /數(shù)碼管上顯示計(jì)數(shù)值 void Show_Count_ON_DSY() DSY_Buffer2=Count/100; /獲取3 個(gè)數(shù) DSY_Buffer1=Count%100/10; DSY_Buffer0=Count%10; if(DSY_Buffer2=0) /高位為0 時(shí)不顯示 DSY_Buffer2=0x0a; if(DSY_Buffer1=0) /高位為0，若第二位為0 同樣不顯示 DSY_Buffer1=0x0a; P0=DSY_CODEDSY_Buffer0; P1=DSY_CODEDSY_Buffer1; P2=DSY_CODEDSY_Buffer2; /主程序 void main() P0=0xff; P1=0xff; P2=0x00; IE=0x81; /允許INT0 中斷 IT0=1; /下降沿觸發(fā) while(1) if(Clear_Key=0) Count=0; /清0 Show_Count_ON_DSY(); /INT0 中斷函數(shù) void EX_INT0() interrupt 0 Count+; /計(jì)數(shù)值遞增 5. 整體系統(tǒng)仿真原理圖 圖5.1 整體系統(tǒng)仿真原理圖6. 心得體會(huì) 通過(guò)這次設(shè)計(jì)，使我對(duì)電路設(shè)計(jì)有了很多的了解。其實(shí)，有些設(shè)計(jì)并不是你想象的那么難，關(guān)鍵看你怎么轉(zhuǎn)換。就像這個(gè)計(jì)數(shù)系統(tǒng)，聽(tīng)起來(lái)好像有多難似的，其實(shí)它就是一個(gè)計(jì)數(shù)、譯碼的過(guò)程。因此，做這個(gè)實(shí)驗(yàn)選芯片很關(guān)鍵。還有要充分掌握芯片的用法及引腳功能。給我印象最深的是原來(lái)我們那個(gè)原理圖上沒(méi)有設(shè)計(jì)清零功能 ，后來(lái)我們通過(guò)了解74LS192的引腳功能，我們?cè)O(shè)置了清零開(kāi)關(guān)。感覺(jué)挺有成就感。 本次設(shè)計(jì)我一開(kāi)始很沒(méi)頭緒，不知怎么做。后來(lái)經(jīng)過(guò)看書(shū)研究終于有點(diǎn)眉目，一開(kāi)始連紅外模塊是什么都不知道，更不要說(shuō)怎么與單片機(jī)