光電傳感器脈沖計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說明書 第 頁光電傳感器脈沖計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)摘 要本文基于 AT89C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定反射式光電計(jì)數(shù)器，可實(shí)現(xiàn)脈沖實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)功能。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)，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)可以通過復(fù)位鍵調(diào)整，直至系統(tǒng)正常工作。關(guān)鍵詞：AT89C51， 光電計(jì)數(shù)器， E18-D50NK 課程設(shè)計(jì)說明書 第 I 頁目 錄1 緒論.11.1 課題描述 .11.2 基本工作原理及框圖 .12 相關(guān)芯片及硬件電路設(shè)計(jì).22.1 AT89C51 芯片.22.1.1 AT89C51 的功能特性.32.1.

2、2 AT89C51 的主要性能參數(shù).32.2 E18-D50NK 反射式紅外傳感器.42.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 .52.4 光電傳感器電路 .52.5 顯示電路.63 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).63.1 系統(tǒng)的軟件運(yùn)行流程圖 .73.2 程序設(shè)計(jì) .74 仿真.10總 結(jié).12致 謝.13參考文獻(xiàn).14課程設(shè)計(jì)說明書 第 0 頁1 緒論1.1 課題描述在當(dāng)今社會(huì)飛速發(fā)展的今天，越來越多的流水線上的產(chǎn)品和各種公共場(chǎng)所需要進(jìn)行實(shí)時(shí)的、有效的、精確的自動(dòng)計(jì)數(shù)。傳統(tǒng)的機(jī)械式或電子式計(jì)數(shù)器（主要是用數(shù)字電路集成組件組成)電路比較復(fù)雜，元器件數(shù)量較多，故障率較高，維修比較困難，而設(shè)置預(yù)定數(shù)值不太方便，功能不易更改且

3、功能過于單一，適用范圍較窄。而基于單片機(jī)構(gòu)成的產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)器有直觀和計(jì)數(shù)精確的優(yōu)點(diǎn)，目前已在各種行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字計(jì)數(shù)器有多種形式，總體來說有接觸式和非接觸式兩種，在科技發(fā)展的今天，非接觸式光電計(jì)數(shù)器得到了廣泛的應(yīng)用，光電式傳感器是其中之一。1.2 基本工作原理及框圖本系統(tǒng)是以單片機(jī)AT89C51為核心的脈沖計(jì)數(shù)器。采用光電式傳感器，每當(dāng)物體通過一次，紅外光就被物體反射，光電接收管接收一次，光電接收管的輸出電壓就發(fā)生一次變化，這個(gè)變化的電壓信號(hào)通過放大和處理后，通過接收頭輸出相應(yīng)的電信號(hào)1。當(dāng)有物體穿越光路時(shí)，接收頭輸出為低電平，反之則為高電平，接收頭接單片機(jī)P3.4端口，當(dāng)電信號(hào)變化時(shí)

4、，啟動(dòng)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)后所得的數(shù)據(jù)送給數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)的基本原理如圖1所示。圖 1 基本工作原理框圖系統(tǒng)的電路圖如圖 2 所示。紅外檢測(cè)電路單片機(jī) AT89C51數(shù)碼管顯示電源課程設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁P(yáng)1.0 V CCP1.1 P0.0P1.2 P0.1P1.3 P0.2P1.4 P0.3P1.5 P0.4P1.6 P0.5P1.7 P0.6RESET P0.7P3.0EAP3.1 ALEP3.2PSENP3.3 P2.7P3.4 P2.6P3.5 P2.5P3.6 P2.4P3.7 P2.3X T AL2 P2.2X T AL1 P2.1V SSP2.0AT 89C51V CCC1

5、30PC230PC01UY1S0R0100KV CCV CCa b c d efgcabfgde cabfgde cabfgdecabfgde2 3 41dpDPY_4-SEGE18-D50NKV CCR11k12345678161514131211109220P0.4P0.5P0.7P0.6P2.1P2.2P2.3P2.0P2.4P2.5P2.6P2.7P0.5P0.7P0.6P2.1P2.2P2.3P2.0P2.4P2.5P2.6P2.7P0.4圖 2 光電脈沖計(jì)數(shù)器原理圖2 相關(guān)芯片及硬件電路設(shè)計(jì)2.1 AT89C51 芯片圖 3 3 種常見單片機(jī)及引腳圖 AT89C51 是一種帶 4K

6、 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable 課程設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51指令集和輸出管腳相兼容2。由于將多功能 8 位 CPU 和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。2.1.1 AT89C51 的功能特性AT89C51

7、 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器，128 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32個(gè) I/O 口線，兩個(gè)十六位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式3?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。2.1.2 AT89C51 的主要性能參數(shù)AT89C51 主要性能參數(shù)如下：（1）與 MCS-51 兼容（2）4K 字節(jié)可編程 F

8、LASH 存儲(chǔ)器（3）壽命：1000 寫/擦循環(huán)（4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10 年（5）全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz（6）三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定（7）288 位內(nèi)部 RAM（8）32 可編程 I/O 線（9）兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（10）5 個(gè)中斷源（11）可編程串行通道（12）低功耗的閑置和掉電模式（13）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路課程設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁2.2 E18-D50NK 反射式紅外傳感器光電開關(guān)電路主要由光電開關(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)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件

9、三部分組成4。電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活樣因此，光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。如下圖示為本次課程設(shè)計(jì)所采用的光電開關(guān)，其型號(hào)為 E18-D50NK 的反射紅外傳感器。圖 4 反射紅外傳感器紅外傳感器輸出端的原理圖如下：圖 5 紅外傳感器信號(hào)輸入端 紅外傳感器感受到外界信息時(shí)，產(chǎn)生高低電平，通過軟件程序設(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，通過設(shè)置中斷服務(wù)程序，進(jìn)行計(jì)數(shù)。并通過 P2.4，P23，P2.5，P2.6，P2.口計(jì)數(shù)信息傳送至數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)的個(gè)

10、數(shù)。當(dāng)需要時(shí)按下復(fù)位開關(guān)，則計(jì)數(shù)課程設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁器清零，數(shù)碼管顯示清零，重新開始計(jì)數(shù)。2.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路P1.0 V CCP1.1 P0.0P1.2 P0.1P1.3 P0.2P1.4 P0.3P1.5 P0.4P1.6 P0.5P1.7 P0.6RESET P0.7P3.0EAP3.1 ALEP3.2PSENP3.3 P2.7P3.4 P2.6P3.5 P2.5P3.6 P2.4P3.7 P2.3X T AL2 P2.2X T AL1 P2.1V SSP2.0AT 89C51V CCC130PC230PC01UY1S0R0100KV CCP0.4P0.5P0.7P0.6圖

11、6 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng).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。 單片機(jī)的晶振電路是一種典型起振電路，分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種。本次設(shè)計(jì)所采用的為內(nèi)部時(shí)鐘方式。典型的晶振取 11.0592MHz（因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600 波特率和 19200 波特率，用于有串口通訊的場(chǎng)合）/12MHz（產(chǎn)生精確的 uS 級(jí)時(shí)歇，方便定時(shí)操作）5。單片機(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機(jī)，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境

12、干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開始執(zhí)行。2.4 光電傳感器電路 本設(shè)計(jì)使用的光電接受部分是紅外光電式傳感器，它是采用光電元件作為檢測(cè)元 件信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成，其中光電傳感器是型號(hào) 1E8-B03M 封裝的紅外反射傳感器，E18-DS30NK 光電傳感器，課程設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁其工作電壓為 5V，其傳感器有三條引腳，一條接+5V，一條接 GND，另一條則是數(shù)據(jù)輸出接口，正常情況下輸出為高電平，當(dāng)有物體遮擋時(shí)輸出為低電平，本課題就是利用該傳感器的這種工作原理實(shí)現(xiàn)的。將數(shù)據(jù)輸出端與單片機(jī)進(jìn)行通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。2.5

13、顯示電路P1.0 V CCP1.1 P0.0P1.2 P0.1P1.3 P0.2P1.4 P0.3P1.5 P0.4P1.6 P0.5P1.7 P0.6RESET P0.7P3.0EAP3.1 ALEP3.2PSENP3.3 P2.7P3.4 P2.6P3.5 P2.5P3.6 P2.4P3.7 P2.3X T AL2 P2.2X T AL1 P2.1V SSP2.0AT 89C51V CCa b c d efgcabfgde cabfgde cabfgdecabfgde2 3 41dpDPY_4-SEG12345678161514131211109220P0.4P0.5P0.7P0.6P2.

14、1P2.2P2.3P2.0P2.4P2.5P2.6P2.7P0.5P0.7P0.6P2.1P2.2P2.3P2.0P2.4P2.5P2.6P2.7P0.4圖 7 顯示電路本課題采用四位八段數(shù)碼管，該數(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，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，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管

15、的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。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)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，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，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的6，能夠節(jié)省大量課程設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁的 I/O 端口，而且功耗更低。其四位八段數(shù)碼管顯示電路圖 7。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)的軟件運(yùn)程圖本次軟件的流程圖如下：圖 7 系統(tǒng)的軟件流程圖3.2 程序設(shè)計(jì)#inclu

16、de#include#define uchar unsigned char課程設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁void timer1_init（);void smg_dis（);void Delay1ms（uchar ms);sbit P34=P34;unsigned int num=0; uchar smg_duanma10 =0 xc0，0 xf9，0 xa4，0 xb0，0 x99，0 x92，0 x82，0 xf8，0 x80，0 x90;segbuf4=0，0，0，0;uchar dspcom，i;/*主函數(shù)*/void main（void)timer1_init（);P3=0 xff;whi

17、le（1) if（P34=0); Delay1ms（20);if（P34=0) +num; if（num=9999)num=0; while（P34); void timer1_init（) TMOD=0 x10; / TMOD=0000 0110B，使用計(jì)數(shù)器T1的模式2 TH1=（65536-5000)/256;課程設(shè)計(jì)說明書 第 8 頁 TL1=（65536-5000)%256; EA=1; /開總中斷 ET1=1; /允許定時(shí)器T1的中斷 TR1=1; /啟動(dòng)T1 void Key_counter（) interrupt 3 TH1=（65536-5000)/256;TL1=（6553

18、6-5000)%256;smg_dis（); void smg_dis（) segbuf0=num/1000;segbuf1=num/100% 10;segbuf2=num/10%10;segbuf3=num%10; P0=0 xff; P0=smg_duanmasegbufdspcom;P2=0 x10dspcom; if（+dspcom = 4)dspcom = 0; void Delay1ms（uchar ms) unsigned int k;課程設(shè)計(jì)說明書 第 9 頁for（k=0;kms;k+)unsigned char i， j;_nop_（);_nop_（);_nop_（);i

19、= 11;j = 190;dowhile （-j); while （-i);4 仿真XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A92

20、2P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51R1 100R8課程設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁圖 8 仿真結(jié)果在 Keil uvision3 下新建工程，在工程下新建文件，完成程序的編寫，并生成 hex文件，在 Proteus 中畫出電路圖，進(jìn)行仿真。由于光傳感器在仿真過程中無法接受光信號(hào)，不能產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，所以在仿真中是將光電傳感器電路改為一個(gè)開關(guān)按鍵。開關(guān)按鍵一端接地，一端接 P3.4 端口。將 P3.4 端置為高電平，按下開關(guān)按鍵時(shí)，P3.4變?yōu)榈碗娖健亩_(dá)到光傳感器接收光的效果。仿真結(jié)果如圖 8 所示。課程設(shè)計(jì)說明書 第 11 頁總 結(jié)本文介紹了一種基于 AT89C51 單片機(jī)的光電脈沖計(jì)數(shù)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要包括單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路、顯示電路和光電傳感器電路。本文利用軟件編程、這樣做占用硬件資源少，成本較低。光電傳感器電路通過光的采集輸出相應(yīng)的高低電平即；單片機(jī)將收到的脈沖