光电计数器课程设计

目 录1绪论11.1设计背景11.2设计任务与要求12相关原理分析22.1单片机原理22.2555定时器原理22.3上拉电阻原理33系统总体方案的设计44系统详细设计44.1晶振电路设计44.2电源电路设计54.3复位电路设计54.4光电管电路设计64.5显示电路设计65系统测试75.1主要元器件75.2焊接元器件75.3系统测试注意事项85.4程序设计86收获与体会10参考文献10附录一 总体电路图11附录二 元器件清单12光电计数器1 绪论1.1 设计背景数字式电子计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。数字式电子计数器有多种计数触发方式，它是由实际使用条件和环境决定的。有采用机械方式的接触式触发的，有采用电子传感器的非接触式触发的，光电式传感器是其中之一，它是一种非接触式电子传感器。这种计数器在工厂的生产流水线上作产品统计，有着其他计数器不可取代的优点。该例光电触发式电子计数器只有两位数，但通过级联可以扩展为四位，甚至多位。光电计数器是通过红外线发射和接收进行计数，有直射式和反射式两种，通常用于流水线作业工件计数。直射式的发射、接收分体，发生器和接收器分别置于流水线两边，中间没有阻挡时发射器的红外线射到接收器，接收器收到发射来的红外线，经相反处理使之没有信号输出，有工件经过时挡住光路，接收机失去红外线信号的便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数。发射式是发射、接收同体，置流水线一边，前面没有工件往下流时，发射器发出的红外线直接射出没有发射，接收器没有接收到反射来的红外线信号没有输出。有工件经过时挡住光电路使发射器发出的红外线信号发射到接收器上，接收器接收到反射来的红外线信号便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数。1.2 设计任务与要求设计并制作一个单片机控制的光电计数器，使其满足以下要求：（1）上电显示初始值0000，计数上限为10000。（2）可以复位。（3）当光电开关检测到障碍物即挡住光电对管时计数一次。（4）计数满10次时指示灯闪烁2下。2 相关原理分析2.1 单片机原理单片机电路主要由单片机、振荡电路和复位电路构成。由于AT89C51内部集成了12MHz的振荡电路，所以系统外部未加。单片机电路图如图1所示。 图1AT89C51单片机的P0口用于输出显示器段码。P1口的P1.0P1.5用于6个LED的亮与灭。P2口用于构成行列矩阵键盘。此芯片是ATMEL公司一款低功耗，高性能的CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，使该公司高密度非易失性存储器制造，与MCS-51兼容。AT89C51单片机的主要工作特性：内含4KB的FLASH存储器，擦写次数1000次；内含28字节的RAM；具有32根可编程I/O线；具有2个16位可编程定时器；具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构；具有1个全双工的可编程串行通信接口；具有一个数据指针DPTR;两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式；具有可编程的3级程序锁定定位；AT89C51的工作电源电压为5（10.2）V且典型值为5V,最高工作频率为24MHz.2.2 555定时器原理555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。图2定时器的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制RS触发器和放电管T的状态。图中RD为复位输入端，当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出v0为低电平。因此在正常工作时，应将其接高电平。由图可知，当5脚悬空时，比较器C1和C2比较电压分别为2/3VCC和1/3VCC。当vI12/3VCC，vI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器被置0,放电三极管T导通，输出端vO为低电平。当vI12/3VCC，vI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器被置1,放电三极管T截止，输出端vO为高电平。当vI11/3VCC时，基本RS触发器R=1、S=1,触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。综合上述分析，可得555定时器功能表如表2.3所示。如果在电压控制端（5脚）施加一个外加电压（其值在0-VCC之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，进而影响电路的工作状态。2.3 上拉电阻原理上拉电阻由8个电阻接在P0脚，如图3所示。图3P0口是开漏的，不管它的驱动能力多大，相当于它是没有电源的，需要外部的电路提供，绝大多数情况下P0口是必需加上拉电阻的。当p0口用来驱动PNP管子的时候，就不需要上拉电阻，因为此时的低电平有效；当P0口用来驱动NPN管子的时候，就需要上拉电阻的，因为此时只有当P0为1时候，才能够使后级端导通。3 系统总体方案的设计根据设计任务要求，光电计数系统可以分光电对管信号输入、显示和控制指示3大功能，因此可以光电对管模块、显示模块、指示灯模块、晶振和单片机模块。系统模块图如图4所示。单片机电源晶振复位上拉电阻数码管显示光电对管图44 系统详细设计4.1 晶振电路设计晶振电路由2个电容，一个晶振组成，如图5所示。图5单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。单片机晶振有2个电容的作用：这2个电容叫晶振的负载电容，分别接在晶振的2个脚上和对地的电容，一般在几十皮法。它会影响到晶振的振谐频率和输出幅度。晶振的负载电容=(Cd*Cg)/(Cd+Cg)+Cic+C。4.2 电源电路设计图64.3 复位电路设计复位电路由电容、电阻、复位组成，如图7所示。图7复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号，只要保证电容的充放电时间大于2US，即可实现复位，所以电路中的电容值是可以改变的。按键按下系统复位，是电容处于一个短路电路中，释放了所有的电能，电阻两端的电压增加引起的。基本功能是：系统上电时提供复位信号，制止系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经过一定时间才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。单片机复位参数的选定必须在振荡稳定后保证复位高电平持续时间大于2个机器周期。4.4 光电对管电路设计电路模块采用光电对管传感器，一个470欧姆一个15千欧姆的电阻结构，输出接单片机定时器0，P3.4引脚上。按键电路如图8所示。P3.4/T0图8光电对管的原理是有障碍物遮住时输出高电平，没有时输出低电平。以此来检测计数。4.5 显示电路设计显示电路由4个共阴极数码管构成。软件编程时采用动态显示方法，其结构如图9所示。图9数码管其实是由发光二极管组成，有共阴极和共阳极之分，对于共阳极来说，一位数码管由8个二极管组成，他们的阳极接在一起接+5v电源，而各个阴极与某个端口，如p1的8个引脚相连，当某个引脚输出低电平的时候数码管对应的二极管亮。软件编程时，按照下面的步骤显示字符： （1）首先从P0口输出共阳极字符的段码； （2）然后从位选输出低电平。 5 系统测试5.1 主要元器件AT89C51芯片、晶振、复位、电阻、电容、数码管、按键、二极管、光电对管。 5.2 焊接元器件领取所需元器件焊接在板子上，焊接过程注意综合考虑各个期间的引脚及接电源的节点的情况，对接线路径进行规划，尽量避免线路的重叠，要求尽量美观实用。焊接固定座槽，注意不要短路和短路，可以准备好电压表在一边变焊接边测试，确保一步步准确无误的进行，以免后面的返工。连接各条线路不要错漏，不要重复。焊接时，烙铁到鼻子的距离应该不少于 20cm ，由于焊锡丝中含有一定比例的铅，而铅是对人体有害的一种重金属，因此操作时应该戴手套或在操作后洗手，避免食入铅尘。电烙铁使用以后，一定要稳妥地插放在烙铁架上，并注意导线等其他杂物不要碰到烙铁头，以免烫伤导线，造成漏电等事故。基本操作分为五步：准备施焊，左手拿焊丝，右手握烙铁，进入备焊状态。要求烙铁头保持干净，无焊渣等氧化物，并在表面镀有一层焊锡；加热焊件，烙铁头靠在两焊件的连接处，加热整个焊件全体，时间大约为 12 秒钟。对于在印制板上焊接元器件来说，要注意使烙铁头同时接触两个被焊接物；熔化焊料，焊件的焊接面被加热到一定温度时，焊锡丝从烙铁对面接触焊件。注意：不要把焊锡丝送到烙铁头上；移开焊锡，当焊丝熔化一定量后，立即向左上 45 度方向移开焊丝；移开烙铁，焊锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后，向右上 45 度方向移开烙铁，结束焊接。从第三步开始到第五步结束，时间大约也是12s。由于焊接技术的不纯熟以及工具的有限，我们焊接的电路板存在一系列问题。5.3 系统测试注意事项测试时注意接上电源，不上CPU，电压调为2-2.5V，尽量低点，测电阻。数码管接低电压，大约为2.5V 由于接上拉电阻。 检查焊接是否牢固，是否存在虚焊非线。 焊接完毕检查无误后，装上下载好程序的芯片，接通电源，测试。测试时要求必须耐心、细心，目标是尽可能早一些找出电路板的缺陷，然后改正，最后达到测试成功的目的。,5.4 程序设计#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intucharcodeseg=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7b,0x39,0x5e,0x79,0x73;uint count=0;/指示灯sbit p35=P35;sbit p36=P36;sbit p37=P37;void delay(int n)uchar j=0;uint k=0;for(j=0;j0;k-);void display(uint dat)/4位数码管循环显示 uchar qian=0,bai=0,shi=0,ge=0; qian=dat/1000;bai=dat%1000/100;shi=dat%100/10;ge=dat%10; P1=0xfe;P0=segge;delay(5);P1=0xfd;P0=segshi;delay(5);P1=0xfb;P0=segbai;delay(5);P1=0xf7;P0=segqian;delay(5);void main() TMOD=0X066;TH0=0XFF;TL0=0XFf;/计数值设为1TR0=1;IE=0X8A;/采用定时器计数输入EA=1;while(1) display(count);voidtimer0(void)interrupt1/unsignedcharcounter;EA=0;TR0=0;count+;if(count%10=0)/满10次等闪烁2次p35=0;p36=0;p37=0;delay(10);p35=1;p36=1;p37=1;delay(10);p35=0;p36=0;p37=0;delay(10);p35=1;p36=1;p37=1;TH0=0XFF;TL0=0XFf;TR0=1;EA=1;6 收获与体会通过本光电计数器的设计，使我对单片机系统有了更深的了解。而本次设计让我又一次有机会去实践了这一知识。本设计只是一个简单的光电计数器，还有很多功能可以添加上去；单片机课程设计不仅是对单片机掌握程度的一个测试，也对单片机的了解有很大作用。我对单片机及附属电路及PCB板子的制作流程加深了解。提高了自己的动手能力。我意识到实践的重要性，同时也学到了很多书本上学不到的知识。这次课程设计的完成，是一个从无到有的过程，经历了兴奋、自信、失落、奋发、所悟、完成几个过程。一步一步下来，一分耕耘，一分收获，有付出才有回报，就在这样的痛苦与快乐的交换中，我学到了知识。参考文献【1】肖看.单片机原理接口与应用.北京：清华大学出版.2005【2】陈光东，赵性初.单片微型计算机原理与接口技术. 武汉：华中科技大学出版社.1999【3】谢自美.电路线路设计.实验测试（二版）.武汉.华中科技大学出版社。2000.【4】李世雄，丁康源.数字集成技术教程.北京：高等教育出版社.1993【5】杨志忠.数字基础：数字部分.北京.中国电力工业出版社.1999【6】陈光梦.可编程逻辑器件的原理与应用.上海.复旦大学出版社。1998【7】周建民.可编程逻辑器件与开发技术.北京.人民邮电出版社.1995【8】李亚伯.数字电路与系统.北京.电子工业出版社.1998【9】郑崇勋，数字系统故障对策与可靠性技术。北京。国防工业出版社.1995【10】张若辉.数字技术新符号读图入门.北京：中国电力出版社.1999【11】李瀚荪.电路分析基础（第三版）.北京.高等教育出版社.1993【12】张肃文.高频电子线路（第三版）.北京.高等教育出版.1993【13】董在望.通信电路原理.北京.高等教育出版社.1989【14】谢嘉奎.电子线路（非线性）（第三版）.北京.高等教育出版社【15】李守义.高频电子技术.北京.电子工业出版社.1999【16】倪福卿.董嘉真.罗伟雄.非线性电子.北京。高等教育出版社.1987【17】谢沅清。现代电子电路与技术。北京。中央广播电视大学出版社。1996【18】黄正瑾.在系统编程技术应用.南京.东南大学出版社.1998【19】赵六骏.金良玉.数字电路与逻辑设计.北京.北京邮电大学