基于单片机的流水线产品计数系统设计

天津理工大学2015届本科毕业设计说明书基于单片机的流水线产品计数系统设计摘要随着社会的不断发展，生产流水线产品产量统计显示系统广泛应用于各种工业流水线生产系统，实现流水线产品产量的实时计数统计，是现代工业生产流水线控制系统中不可或缺的组成部分。单片机已逐渐成为电子产品研制和开发中首选的控制器，它的应用越来越被人们所看重，用单片机来实现流水线产品计数系统设计这一课题不仅能与生活实际相结合，又能很好的锻炼我们的基础知识和动手能力，也是对所学知识的一个总结和回顾。生产流水线产品产量统计显示系统广泛应用于各种工业流水线生产系统，实现流水线产品产量的实时计数统计，是现代工业生产流水线控制系统中不可或缺的组成部分。本设计以Atmel半导体公司的AT89S52单片机为核心器件，设计一个生产流水线产品产量统计显示系统。该系统采用红外光电开关实现对流水线产品的通过检测，单片机完成检测值计数，并通过四位7段数码管动态显示产品件数（设班产量不超过10000件）。系统通过计数开关实现计数控制，当某班开始生产时，将该开关置于高电平，系统开始统计并且动态显示班产量；将开关置于低电平，则停止计数，显示值清零，班产量存入指定存储单元备用。关键词: AT89S52 流水线计数 模拟设计 调试Based microcontroller product line counting system designABSTRACTWith the continuous development of society, production line product yield statistics system is widely used in various industrial assembly line production system for real-time product counting statistics production lines, it is a modern industrial production line control systems integral part. SCM has become electronic product research and development in the preferred controller, which is more and more becoming the focus of attention, with the microcontroller to streamline product design this topic counting system can not only be combined with real life, but it good verify our basic knowledge and ability, but also for the entire university study and review a summary of knowledge.Production line product yield statistics system is widely used in various industrial assembly line production system for real-time product counting statistics production lines, it is a modern industrial production line control systems integral part. The design of the semiconductor company Atmel AT89S52 microcontroller as the core device, the design of a production line product yield statistics system. The system uses infrared photoelectric switch to achieve the pipeline products through testing, the MCU to complete the detection value count, and by four 7-segment LED displays the number of product items dynamically (based shift production is not more than 10,000). System control is achieved by counting the switch count, when a shift to begin production, the switch to high, the system began keeping statistics and dynamic display shift output; will switch to low, then stops counting, the display is cleared, shift production into a designated storage unit backup.Key words: AT89S52 Line count Analog design Debugging目录第1章 绪论. 1 1.1选题的背景. 1 1.2设计的意义 .1 1.3技术现状分析. 1 1.4选题研究内容. 1 第2章 设计方案及原理.2 2.1 设计方案 .2 2.2 设计控制要求及原理. 2 2.2.1控制要求.2 2.2.2开关状态检测. 3 2.2.3红外线传感器. 3 2.2.4中断系统.4第3章 硬件设计. 5 3.1 单片机. 5 3.1.1单片机的选择. 5 3.1.2 AT89S52引脚图及其功能.5 3.2 单片机控制系统电路图. 8 3.2.1单片机控制流水线计数系统框图.8 3.2.2复位电路.9 3.2.3单片机控制流水线计数电路图. 9第4章 软件设计.11 4.1 PROTEUS软件.114.1.1 PROTEUS软件简介.114.1.2 PROTEUS软件使用.11 4.2 KELL软件介绍.12 4.3流水线计数系统流程图.124.3.1控制系统程序流程图.124.3.2中断服务程序流程图.13 4.4主程序流程图.14第5章 总结.15参考文献.16第一章 绪论1.1选题的背景 在如今的科学技术领域中，单片机普及了各个方面，它从早期的计算机系统里分化出来，有着体积小、功能强、性能稳定和价格便宜的特点。利用数字电路和模拟电路来实现控制模块功能，使用单片机和通过软件编程的方法来实现操控功能，来使各个独立的单位有效完美地结合成一个整体，从而研发出智能型的产品。单片机的应用必将会在未来更多的领域中带来促进和方便。 单片机的优势就在于它使我们的产品向着多功能小型化的方向发展，同时在提高生产效率，减轻劳动力强度等许多方面起了很大作用。现如今的流水线控制之中也多处用到了单片机的应用。1.2设计的意义 随着社会的不断发展，生产流水线产品产量统计显示系统广泛应用于各种工业流水线生产系统，实现流水线产品产量的实时计数统计，是现代工业生产流水线控制系统中不可或缺的组成部分。单片机已逐渐成为电子产品研制和开发中首选的控制器，它的应用越来越成被人们所看重，用单片机来实现流水线产品计数系统设计这一课题能与生活实际相结合。1.3技术现状分析电子计数器是一种基础测量仪器，到目前为止已有几十年的发展史。它利用电子学的方法测出一定时间内输入的脉冲数目，并将结果以数字形式显示出来。电子计数器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。电子计数器技术的发展和电子技术的高速发展密不可分，人类社会对电子计数器提出越来越高的要求。本电路的制作是根据生活中的需要而设计出来的一种计数器，它适用于工厂生产流水线的计数和产品的包装等方面，具有成本低、灵敏度高和制作简单等优点。该电子计数器可用于工厂流水线计数，利用红外线检测传送带传送的物体，以单片机芯片作为控制单元，在数码管上显示计数。1.3选题研究内容本设计以Atmel半导体公司的AT89S52单片机为核心器件，设计一个生产流水线产品产量统计显示系统。该系统采用红外光电开关实现对流水线产品的通过检测，单片机完成检测值计数，并通过四位7段数码管动态显示产品件数（设班产量不超过10000件）。系统通过计数开关实现计数控制，当某班开始生产时，将该开关置于高电平，系统开始统计并且动态显示班产量；将开关置于低电平，则停止计数，显示值清零，班产量存入指定存储单元备用。第二章 设计方案及原理2.1设计方案流水线产品计数系统的硬件主要有单片机、复位、时钟、按键、故障检测电路、显示电路、电源。由他们组成了组基本的单片机系统。单片机AT89S52自身的功能十分强大，计数系统的驱动用它的驱动来驱动，这样单片机的功能便得到充分的运用。图2.1 计数器系统硬件构成Fig. 2.1 Control system hardware 2.2设计控制要求及原理2.2.1控制要求 由红外光线传感器与中断系统的共同作用组成控制系统的工作原理。该系统采用红外光电开关实现对流水线产品的通过检测，单片机完成检测值计数，并通过四位7段数码管动态显示产品件数（设班产量不超过10000件）。系统通过计数开关实现计数控制，当某班开始生产时，将该开关置于高电平，系统开始统计并且动态显示班产量；将开关置于低电平，则停止计数，显示值清零，班产量存入指定存储单元备用。图2.2 产品统计模块电路 Fig. 2.2 Product Statistics module circuit2.2.2开关状态检测 开关状态的检测，对单片机AT89S52来说是输入关系，可以分别检测各个开关的状态，采用JNB REL P1.X指令来完成；另外也可以一次性检测5路开关的状态。2.2.3红外线传感器红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。使用红外对管作为此模块的核心器件。红外对管通电时，红外发射管发出红外线，当红外接收管接收到红外线时，红外接收管导通；当红外接收管接没有收到红外线时，红外接收管不导通。当红外接收管接收到红外线时，接收管导通，LM324与其相连的阴极电压被拉低（0V），即比较器的同相端为0V，反相端电压为正（05V,可以通过电位器调节），此时比较器输出低电平（0）；当红外接收管没有接收到红外线时，接收管不导通，LM324与其相连的阴极电压被拉高（5V），即比较器的同相端为5V，反相端电压为正（05V,可以通过电位器调节），此时比较器输出高电平（1）；将比较器的输出端连接到单片机的外部中断0引脚。设置单片机的外部中断处罚方式来检测电平变化，实现产品的检测、统计。2.2.4中断系统单片机的中断指的是CPU暂停它正在执行的程序转而为中断源服务，实际就是执行中断服务的程序，在执行完成中断服务的程序后再返回到源程序继续。中断系统是指能够处理上述中断过程所需要的部分电路。单片机的中断技术主要应用在实时的控制，在单片机上可以看见有两个引脚，即INTO、INT1。这两个引脚接收外部的中断信号然后输入到单片机，跟单片机的定时器一样，需要用到C51的软件编程来实现中断系统的处理。第三章 硬件设计3.1 单片机3.1.1单片机的选择 单片机微型计算机简称为单片机，在控制领域得到广泛应用，所以又被称为微控制器。常见的单片机是由单块的集成电路芯片构成，计算机的基本功能部件都包含在其中，如存储器、中央处理器和I/O接口电路等。所以，通过适当的外部设备和软件相结合来使用单片机，便可以构成一个单片机控制系统。 本设计以Atmel半导体公司的AT89S52单片机为核心器件，设计一个生产流水线产品产量统计显示系统。AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编AT89S52-24PU程Flash存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 3.1.2 AT89S52引脚图及其功能 图3.1 AT89S52引脚图 Fig. 3.1 AT89S52 Pin diagram它具有的主要性能参数：与MCS-51单片机产品兼容;8K字节在系统可编程Flash存储器;1000次擦写周期;全静态操作:0Hz-33MHz;三级加密程序存储器;32个可编程I/O口线;三个16位定时器/计数器;8个中断源;全双工UART串行通道;低功耗空闲和掉电模式;掉电后中断可唤醒;看门狗定时器;双数据指针;掉电标识符。AT89S52具有以下标准功能: 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数AT89S52引脚图 DIP封装器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。引脚功能说明： Vcc：供电电源电压GND：接地P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。也就是地址/数据总路线复用口。当作为输出口时，每位能驱动8个TTL负载。 P1口：P1 口是一组功能比较单一的口，他是个内部自带了上拉8位双向I/O口，可以驱动4个TTL负载。当作为输入口使用的时候，由于内部存在的上拉电阻，使得某个引脚会被外部的信号拉低，然后会输出一个电流。P2口：P2 口是一组8 位的双向I/O 口，且内部带有上拉电阻，可以驱动4 个 TTL 负载。同样由于上拉电阻的存在，作为输入口时，某个引脚会被拉低，于是便输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX RI指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能存储器（SFR)区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。 Flash编程或校验时，P2口也接收高位地址和其它控制信号。P3口：P3 口也是一组8 位的准双向I/O 口，内部有上拉电阻，驱动TTL负载数量为4个。P3口还有一些专用功能： I/O线 专用功能 P3.0 RxD（串行数据接收） P3.1 TxD（串行数据发送） P3.2 INT0（外部中断0） P3.3 INT1(外部中断1） P3.4 T0(计时器0外部输入） P3.5 T1（计时器1外部输入） P3.6 WR(外部数据存储器写信号） P3.7 RD（外部数据存储器读信号） P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。振荡器工作时，如RST引脚有两个机器周期以上的高电平，那么将会使单片机复位。XTAL1：时钟信号的产生引脚。XTAL2：时钟信号的产生引脚。ALE/PROG: 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许器)。输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可以对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。PSEN：外部存储器的片选信号。EA/VPP: 当单片机内置存储器不够用时，要接外部存储器。该引脚的作用就是选择，高电平时访问的是内部存储器，低电平时访问的是外部存储器。3.2单片机控制系统电路图3.2.1单片机控制流水线计数系统框图图3.2.1 系统硬件构成图 Fig. 3.2.1 Control system hardware3.2.2复位电路许多机器、电子产品都有复位键，例如电脑和手机的重启键一样。自然，此次设计的单片机中也应当有复位电路，当单片机死机或者程序进入死循环的时候，就可以按下复位键，让程序重新进行。AT89S52的RST引脚就可以用来实现这个功能，如图。 图3.2.2 复位电路 Fig. 3.2.2 Reset circuit3.2.3单片机控制流水线计数电路图利用PROTUES软件，再结合设计的需求，便可画出单片机控制流水线计数系统的模拟图。如图。 图3.2.3 模拟图 Fig. 3.2.3 Simulation diagram第四章 软件设计4.1 PROTEUS软件4.1.1 PROTEUS软件简介Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司发明的EDA工具软件。问世至今已有30多年发展历史，受到许多设计者、单片机教学老师等广大学者的喜爱。Proteus是集成多种电路一体的设计和仿真平台，包括了数字电路、模拟电路等等。它实现了在计算机电脑上完成设计、仿真、运行调试到最后成型的一系列过程。利用这一特点，可以弥补了实验和工业应用之间的空白脱节现象，使得单片机功能更直观，过程更加直观化和形象化，有助于学校用于单片机的教学工作。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的老师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus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。 Proteus软件特点：1. 集原理图设计、仿真和PCB设计于一体，真正实现从概念到产品的完整电子设计工具，2. 具有模拟电路、数字电路、单片机应用系统、嵌入系统（不高于ARM7）设计与仿真功能，3. 具有全速、单步、设置断点等多种形式的调试功能，4. 具有各种信号源个电路分析所需的虚拟仪表，5. 支持Keil C51 uVision2、MPLAB等第三方的软件编译和调试环境，6. 具有强大的原理图到PCB板设计功能，可以输出多种格式的电路设计报表。4.1.2 PROTEUS软件使用PROTEUS软件的操作使用方法总结起来是（以windows系统为例）：1. 打开ISIS，根据设计的所需画出相应的模拟元器件、电路接线图。2. 利用Keil软件去编写、翻译出正确的HEX文件。3. 最后是在ISIS中把之前生成的HEX文件导入到单片机中，运行后点击各键进行观察、调试。4.2 KEIL软件介绍Keil软件是如今开发51系列单片机的软件中使用最多的。它支持汇编语言和c语言。Keil软件使用了Windows操作界面，有着丰富的集成开发调试工具和库函数。还有一点是，可以发现Keil C51生成的目标代码效率十分高，容易理解，充分体现出高级语言优势。到目前，Keil软件有Keil uVision2、Keil uVision3、Keil uVision4、Keil uVision5、几种版本。4.3 流水线计数系统流程图4.3.1 控制系统程序流程图 图4.3.1 控制系统主程序流程图 Fig. 4.3.1 The control system main program flow chart4.3.2 中断服务程序流程图 图4.3.2 中断服务的程序流程图 Fig. 4.