基于51单片机的流水线产品计数器设计_毕业论文.doc

贵州电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 第 i 页 毕业设计（论文） 基于 51 单片机的流水线 产品计数器设计 班 级: 31001 班 学 号: 201062301051 姓 名: 唐树春 专 业: 应用电子技术 指导老师: 周晓红老师 二零一二年六月十日 贵州电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 第 ii 页 摘 要 本系统采用的是以单片机 stc89c52为核心的光电计数器。其工作原理是采用单 片机的外部中断 0来进行计数，数据采集部分采用反射式光电传感器，将红外发光 管与光电接收管相邻安放，每当物体通过一次，红外光就被物体反射，光电接收管 接收一次，光电接收管的输出电压就产生一个变化，这个变化的电压信号通过放大 和处理后，形成计数脉冲，输入至 stc89c52单片机的 p3.2口，通过软件控制和硬 件控制并用 led加以显示，便可实现对物体的计数统计。本计数器可将机械或人工 计数方式变为电子计数，并且采用 led数码管显示，可适用于诸多行业，以满足现 代生产、生活方式的需求。 所 谓 的 光电式传感器是将光信号转化为电信号的一种传感器。光 电 式 传 感 器 是 以 光 电 器 件 作 为 转 换 组 件 的 传 感 器 ， 光 电 检 测 方 法 具 有 精 度 高 、 应 用 快 、 非 接 触 等 优 点 ， 而 可 测 参 数 多 ， 光 电 传 感 器 的 结 构 简 单 ， 形 式 灵 活 多 变 因 此 ， 光 电 式 传 感 器 在 检 测 和 控 制 中 应 用 非 常 广 泛 。 关键词：计数器；光电传感器；单片机；led 数码管 贵州电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 第 iii 页 abstract this system uses is with stc89c52 single chip microcomputer as the core of the photoelectric counter. the working principle of adopting scm external interruption 0 to count, the data acquisition of the reflecting photoelectric sensor, the infrared light tube and photoelectric receiving tube adjacent put, whenever the object through a, infrared light is object reflective, photoelectric tube receiving a receiving, photoelectric receiving tube is the output voltage of produce a change, the changes of the voltage signal through the amplifier and processing, form count pulse, the input to stc89c52 scm p3.2 mouth, through the control software and hardware control and that led to, can realize the object counting statistics. this counter can or mechanical artificial count way into electronic counted, and using led digital display tube, can be used in many industries, to meet the modern production, the way of life of demand. the so-called photoelectric sensor is light signals are converted to electrical signals a sensor. photoelectric sensor is based on photoelectric device as a conversion of components of the sensor, photoelectric detection method has high accuracy, application, the advantages of fast contact, and can be measured parameters, the structure of the photoelectric sensor is simple, flexible in form so, photoelectric sensor in the detection and control is widely used. keywords: counter; photoelectric sensor; microcomputer; led digital tube 贵州电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 第 iv 页 目 录 摘 要 i abstract.ii 第 1章 绪 论 1 1.1、本论文的背景和意义 .1 1.2、主要方法和研究进展 .1 1.3、主要内容 .1 1.4、结构安排 .1 第 2章 整体设计方案 2 2.1、设计方案选择 .2 2.2、设计方框图 .2 第 3章 硬件设计及功能 3 3.1、基本介绍 .3 3.2、at89c52 引脚功能 4 3.3、stc89c52 系统结构图 5 3.4、stc89c52 的复位与时钟 6 3.5、stc89c52 单片机的基本工作电路 6 3.6、本次设计的部分电路 .7 3.7、74hc573 芯片 7 3.8、显示电路 .8 第 4章 软件设计 10 4.1、p roteus 软 件 .10 4.2、k eil c51 软 件 10 4.3、软件设计流程图： .11 致 谢 11 结 论 13 参考文献 14 附 录 1 电气原理图 15 附 录 2 pcb 图与 3d视图 .16 附录 3 源程序 .17 附录 4 仿真效果图 .19 贵州电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 第 1 页 第 1章 绪 论 1.1、本论文的背景和意义 随着计数器技术的不断发展与进步，计数器的种类越来越多，应用的范围越 来越广，随之而来的竞争也越来越激烈。过硬的技术也成为众多生产厂商竞争的 焦点之一。厂商为了在竞争中处于不败之地，从而不断地改进技术，增加产品的 种类。 现在计数器的种类以增加到：电磁计数器、电子计数器、机械计数器（拉动 机械计数器、转动机械计数器、按动机械计数器、测长机械计数器） 、液晶计数 器等。计数器的应用范围也遍布印刷、纺织、印染、针织、电缆、电讯、军工、 轻工、机械、开关、断路器、矿山、实行多班制的纺织行业的织布机、织带机、 制线、制带、造纸、制革、薄膜、高压开关电器产品、试验设备，印刷设备、短 路器、医疗、纺织、机械、仓库和码头的货运、行人及车辆过往的数量计数、冶 金、食品、国防、包装、配料、石油、化工、发电、机床、仪表、自动化控制等 行业。 1.2、主要方法和研究进展 主要方法是通过自己所学的知识来设计的，利用单片机与外围电路来共同达 到所要设计的目的，但是该电路还是有很大的升级空间与拓展。 1.3、主要内容 主要内容有方案的选择与设计，介绍了两款（keil uvision4软件与 isis 7 professional软件）辅助软件，阐述 at89c52单片机内部结构及其最小系统的组 成，74hc573 锁存器的使用与作用以及 led数码管的结构与驱动方法等。 1.4、结构安排 首先阐述了数字计数器在日常生活中的重要性，其次介绍硬件结构及其设计 方法与软件的设计流程，最后根据硬件与流程图设计出相应的程序及代码。 贵州电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 第 2 页 第 2章 整体设计方案 2.1、设计方案选择 方案一： 采用多种数字逻辑电路来实现逻辑控制、主门、门控、计数单元的设计要求， 这样设计的电路整体比较复杂，而且不宜完成发挥部分的功能要求。所以方案一 不采用。 方案二： 可以采用 fpga来实现逻辑控制、主门、门控、计数单元的设计要求，并且 设计方便，但由于对 fpga的技术原理掌握不够熟练，所以放弃方案二。 方案三： 系统采用 at89c52为核心的单片机控制系统，实现原理图中的逻辑控制、主 门、门控、计数的设计要求。单片机计数器的方式控制寄存器 tmod中的 gate位 =1时，可以很方便的进行 int0引脚的外部输入信号的时间间隔测量。且单片机 的控制电路很容易实现扩展，比如语音模块、测温 i2c模块、时钟模块、a/d 模 块等。故采用方案三。 2.2、设计方框图 at89c5 2 单片机 led 显示 电源 电路 74hc573 驱动 复位电路 时钟源 数据采集电路 手动模拟计 数按键 清零键 贵州电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 第 3 页 第 3章 硬件设计及功能 3.1、基本介绍 at89c52 是一个低电压，高性能 cmos 8 位单片机 ，片内含 8k bytes 的可反 复擦写的 flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（ram ） ，器 件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 mcs-51 指令 系统，片内置通用 8 位中央处理器和 flash 存储单元，at89c52 单片机在电子行 业中有着广泛的应用。其引脚排列与 pdip 封装如下图所示。 引脚排列 pdip 封装 主 要 功 能 特 性 : 1、 兼 容 mcs51 指 令 系 统 2、 8k 可 反 复 擦 写 (大 于 1000 次 ） flash rom； 3、 32 个 双 向 i/o 口 ； 4、 256x8bit 内 部 ram； 5、 3 个 16 位 可 编 程 定 时 /计 数 器 中 断 ； 6、 时 钟 频 率 0-24mhz； 7、 2 个 串 行 中 断 ， 可 编 程 uart 串 行 通 道 ； 8、 2 个 外 部 中 断 源 ， 共 8 个 中 断 源 ； 9、 2 个 读 写 中 断 口 线 ， 3 级 加 密 位 ； 10、 低 功 耗 空 闲 和 掉 电 模 式 ， 软 件 设 置 睡 眠 和 唤 醒 功 能 ； 11、有 pdip、pqfp、tqfp 及 plcc 等几种封装形式，以适应不同产品的需 求。 贵州电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 第 4 页 3.2、at89c52 引脚功能 vcc：单片机的供电电压 4v-5.5v,最佳工作电压为 5v。 gnd：单片机的接地引脚。 rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 rst脚两个机器周期的高电 平时间。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的 地位字节。 /psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个 机器周期两次/psen 有效。在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen 信号 将不出现。 /ea / vpp：当/ea 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h- ffffh） ，不管是否有内部程序存储器。 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。 p0端口p0.0-p0.7 p0是一个 8位漏极开路型双向 i/o端口，端口置 1（对 端口写 1）时作高阻抗输入端。作为输出口时能驱动 8个 ttl。 对内部 flash程序存储器编程时，接收指令字节;校验程序时输出指令字节， 要求外接上拉电阻。 在访问外部程序和外部数据存储器时，p0 口是分时转换的地址(低 8位)/数 据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。 p1端口p1.0p1.7 p1是一个带有内部上拉电阻的 8位双向 i/0端口。输 出时可驱动 4个 ttl。端口置 1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。 对内部 flash程序存储器编程时，接收低 8位地址信息。 p2端口p2.0p2.7 p2是一个带有内部上拉电阻的 8位双向 i/0端口。 输出时可驱动 4个 ttl。端口置 1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入 用。对内部 flash程序存储器编程时，接收高 8位地址和控制信息。 在访问外部程序和 16位外部数据存储器时，p2 口送出高 8位地址。而在访 问 8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。 p3端口p3.0p3.7 p2是一个带有内部上拉电阻的 8位双向 i/0端口。输 出时可驱动 4个 ttl。端口置 1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。 对内部 flash程序存储器编程时，接控制信息。除此之外 p3端口还用于一 些专门功能，具体如表 1-1所示。 贵州电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 第 5 页 p3引脚 兼用功能 p3.0 串行通讯输入（rxd） p3.1 串行通讯输出（txd） p3.2 外部中断 0（ int0） p3.3 外部中断 1（int1） p3.4 定时器 0输入(t0) p3.5 定时器 1输入(t1) p3.6 外部数据存储器写选通 wr p3.7 外部数据存储器写选通 rd 表 1-1 p3 端口引脚第二功能 3.3、stc89c52 系统结构图 图 1-1是 mcs-52系列单片机的内部结构示意图。 图 1-1 贵州电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 第 6 页 3.4、stc89c52 的复位与时钟 mcs-52单片机具有两种复位方式，如图 1-2所示。 上电复位 手动复位 图 1-2 mcs-52 单片机时钟信号源连接如图 1-3所示。 内部时钟信号源 外部时钟信号源 图 1-3 3.5、stc89c52 单片机的基本工作电路 单片机的基本工作电路也称为单片机的最小系统，如图 1-4所示。 贵州电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 第 7 页 图 1-4 3.6、本次设计的部分电路 本次设计的按键控制分为两部分，按键控制电路如图 1-5所示。 模拟计数控制 计数清零控制 图 1-5 本次设计的数据采集部分如图 1-6 所示。 图 1-6 3.7、74hc573 芯片 原理说明： 74hc573的八个锁存器都是透明的 d 型锁存器，当使 能（g）为高时，q 输出将随数据（d）输入而变。当使能为 低时，输出将锁存在已建立的数据电平上。输出控制不影响 锁存器的内部工作，即老数据可以保持，甚至当输出被关闭 时，新的数据也可以置入。这种电路可以驱动大电容或低阻 抗负载，可以直接与系统总线接口并驱动总线，而不需要外 接口。特别适用于缓冲寄存器，i/o 通道，双向总线驱动器 和工作寄存器。 74hc573 特点： 三态总线驱动输出 置数全并行存取 贵州电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 第 8 页 缓冲控制输入 使能输入有改善抗扰度的滞后作用 74hc573引脚功能表 3.8、显示电路 显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及 产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有： 发光二极管 led显示器、液晶 lcd显示器、crt 显示器等。led 显示器是现在最常用的显示器之一，如下图所示。 led显示器的符号图 共阳式、共阴式 led数码管的符号图 发光二极管（led）由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单 独使用，也可以组装成分段式或点阵式 led显示器件（半导体显示器）。分段式 显示器（led 数码管）由 7条线段围成 8字型，每一段包含一个发光二极管。外 加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。只要按规律控制各发光段亮、灭，就 可以显示各种字形或符号。led 数码管有共阳、共阴之分。图是共阳式、共阴式 led数码管的原理图和符号. 显示电路显示模块需要实时显示当前的时间,即时、分、秒，因此需要 6个 数码管，另需两个数码管来显示横。采用动态显示方式显示时间，硬件连接如下 pin no 引脚号 symbol符号 name and function名称及功能 1 oe 3 state output enable input (active low)3态输出使能输入（低电平） 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 d0 to d7 data inputs数据输入 12,13,14,15,16,17,18,19 q0 to q7 3 state latch outputs 3态锁存输出 11 le latch enable input 锁存使能输入 10 gnd ground接地(0v) 20 vcc positive supply voltage电源电压 贵州电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 第 9 页 图所示，时的十位和个位分别显示在第一个和第二个数码管，分的十位和个位分 别显示在第四个和第五个数码管，秒的十位和个位分别显示在第七个和第八个数 码管，其余数码管显示横线。led 显示器的显示控制方式按驱动方式可分成静态 显示方式和动态显示方式两种。对于多位 led显示器，通常 都是采用动态扫描的方法进行显示，其硬件连接方式如下图所示。 图 3-6 数码管动态扫描的硬件连接示意图 数码管使用条件： a、段及小数点上加限流电阻 b、使用电压：段：根据发光颜色决定； 小数点：根据发光颜色决定 c、使用电流：静态：总电流 80ma（每段 10ma）；动态：平均电流 4-5ma 峰值 电流 100ma 数码管使用注意事项说明： （）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引脚； （）焊接温度：260 度；焊接时间：5s （）表面有保护膜的产品,可以在使用时撕下来。 贵州电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 第 10 页 第 4章 软件设计 4.1、p roteus 软 件 proteus 软 件 是 英 国 labcenter electronics 公 司 出 版 的 eda 工 具 软 件 （ 该 软 件 中 国 总 代 理 为 广 州 风 标 电 子 技 术 有 限 公 司 ） 。 它 不 仅 具 有 其 它 eda 工 具 软 件 的 仿 真 功 能 ， 还 能 仿 真 单 片 机 及 外 围 器 件 。 它 是 目 前 最 好 的 仿 真 单 片 机 及 外 围 器 件 的 工 具 。 虽 然 目 前 国 内 推 广 刚 起 步 ， 但 已 受 到 单 片 机 爱 好 者 、 从 事 单 片 机 教 学 的 教 师 、 致 力 于 单 片 机 开 发 应 用 的 科 技 工 作 者 的 青 睐 。 proteus 是 世 界 上 著 名 的 eda 工 具 (仿 真 软 件 )， 从 原 理 图 布 图 、 代 码 调 试 到 单 片 机 与 外 围 电 路 协 同 仿 真 ， 一 键 切 换 到 pcb 设 计 ， 真 正 实 现 了 从 概 念 到 产 品 的 完 整 设 计 。 是 目 前 世 界 上 唯 一 将 电 路 仿 真 软 件 、 pcb 设 计 软 件 和 虚 拟 模 型 仿 真 软 件 三 合 一 的 设 计 平 台 ， 其 处 理 器 模 型 支 持 8051、 hc11、 pic10/12/16/18/24/30/dspic33、 avr、 arm、 8086 和 msp430 等 ， 2010 年 又 增 加 了 cortex 和 dsp 系 列 处 理 器 ， 并 持 续 增 加 其 他 系 列 处 理 器 模 型 。 在 编 译 方 面 ， 它 也 支 持 iar、 keil 和 mplab 等 多 种 编 译 器 。 4.2、k eil c51 软 件 keil c51 是美国 keil software 公司出品的 51 系列兼容单 片机 c 语言软件开发系统，与汇编相比，c 语言在功能上、 结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。 keil 提供了包括 c 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个 功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成 开发环境（uvision ）将这些部分组合在一起。运行 keil 软件需要 win98、nt、win2000、winxp 等操作系统。如果你使用 c 语言编程，那么 keil 几乎就是你的不二之选，即使不使用 c 语言而仅用汇编语言编程，其方便易 用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。 贵州电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 第 11 页 4.3、软件设计流程图： yes yes 结束 开始 对计数脉冲进行 计数 初始化 等待 int0 产生 计数脉冲 int0 产生计 数脉冲了吗？ 清零键按 下了吗？ 显示计数值 对计数值清零 计数值达到 9999 了吗？ 对计数值清零 no yes no no 贵州电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 第 12 页 致 谢 论文的完成标志着我的大专三年即将结束，也意味着，新的生活又将开始了。 最近的半年则并行着找工作和写论文。其间的起起伏伏、悲喜得失，今天想来仍旧 唏嘘不已。所幸我没有被失败击垮。自信、坚强、乐观的态度让我坚持到了最后， 并且争取了最好的结局。 通过悉心设计，在指导教师的耐心指导下，我完成了毕业设计的工作。此次的 毕业设计是我们三年来专业知识的综合运用，是对我们能力的综合考核。这不仅涉 及到对基本原理的理解，也涉及到对问题的分析能力。 通过本次毕业设计，让我对我国电子软件有了新的认识。这也使我认识到了自 己知识的匮乏和能力的有限。从而激励我在今后的学习和工作中更要努力的学习和 不断的充实自己。在这里我尤其感谢老师。在您的耐心指导下，我才能成功的完成 这次的毕业设计，在写论文时老师严格的要求我们，培养我们强烈的责任心和工作 学习的积极性，并且耐心的解答论文中出现的问题。他还为我们指明了论文方向， 校定论文方向。在他的要求下，我不仅完成了整个设计和论文，更重要的是锻炼了 我分析问题和独立思考的能力。 最后，我再一次表达我对领导以及教过我所有的老师最衷心的感谢，是你们在 我前进的道路上给以引导，并无私的教给我许多专业知识以及做人的道理。再次， 让我对所有的老师及所有帮助过我的同学们致以最崇高的敬意。 “长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。 ”这是我最喜欢的诗句。就用这话作为这 篇论文的一个结尾，也是一段生活的结束。希望自己能够记取少年时的梦想，永不 放弃。 贵州电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 第 13 页 结 论 本 设 计 介绍了一种基于 at89c2052单片机的智能化光电计数系统的设计，并已成 功的用于实际系统中，需要指出的是，本课程设计利用软件编程、这样做不仅占用 硬件资源少，而且成本较低，如果用于强磁强电的现场环境，考虑到要加以屏蔽。 在项目设计的开始到结束本人一直认真对待，在制作的过程中遇到了很多困难，通 过查阅相关资料和咨询张斌老师已逐一解决问题的同时自己也增长了加深了关与光 电转换，汇编语言的深化，单片机基础知识的认识理解领悟，到最后对光电计数系 统的工作原理的掌握，最终设计出了自己理解的智能化光电计数系统。 贵州电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 第 14 页 参考文献 1 彭伟.单片机 c语言程序设计实训 100例：基于 8051+proteus仿真 电子工业出版社，2011 年. 2 郭天祥.新概念 51单片机 c语言教程：入门、提高、开发、拓展全攻略电 子工业出版社，2009 年. 3