光电传感器脉冲计数器设计 特选材料

仅供参考# 光电传感器脉冲计数电路设计 摘 要 本文基于 AT89C51 单片机设计了一个结构简单、性能稳定反射式光电计数器，可 实现脉冲实时计数功能。系统采用型号为 E18-D50NK 的红外传感器为信号采集装置， 将光信号转换成电信号，经单片机处理后显示在数码管上。当系统出现锁死情况时可 以通过复位键调整，直至系统正常工作。 关键词：AT89C51， 光电计数器， E18-D50NK 仅供参考# 目 录 1 绪论.1 1.1 课题描述 .1 1.2 基本工作原理及框图 .1 2 相关芯片及硬件电路设计.2 2.1 AT89C51 芯片.2 2.1.1 AT89C51 的功能特性.3 2.1.2 AT89C51 的主要性能参数.3 2.2 E18-D50NK 反射式红外传感器.4 2.3 单片机最小系统电路 .5 2.4 光电传感器电路 .5 2.5 显示电路.6 3 系统软件设计.6 3.1 系统的软件运行流程图 .7 3.2 程序设计 .7 4 仿真.10 总 结.12 致 谢.13 参考文献.14 仅供参考# 1 绪论 1.1 课题描述 在当今社会飞速发展的今天，越来越多的流水线上的产品和各种公共场所需要进 行实时的、有效的、精确的自动计数。传统的机械式或电子式计数器（主要是用数字 电路集成组件组成)电路比较复杂，元器件数量较多，故障率较高，维修比较困难，而 设置预定数值不太方便，功能不易更改且功能过于单一，适用范围较窄。而基于单片 机构成的产品自动计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中得到广泛应 用。数字计数器有多种形式，总体来说有接触式和非接触式两种，在科技发展的今天， 非接触式光电计数器得到了广泛的应用，光电式传感器是其中之一。 1.2 基本工作原理及框图 本系统是以单片机AT89C51为核心的脉冲计数器。采用光电式传感器，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发 生一次变化，这个变化的电压信号通过放大和处理后，通过接收头输出相应的电信号1。 当有物体穿越光路时，接收头输出为低电平，反之则为高电平，接收头接单片机P3.4 端口，当电信号变化时，启动计数器开始计数，并将计数后所得的数据送给数码管显 示。系统的基本原理如图1所示。 图 1 基本工作原理框图 系统的电路图如图 2 所示。 红外检测电路 单片机 AT89C51 数码管显示 电源 仅供参考# P1.0 V CC P1.1 P0.0 P1.2 P0.1 P1.3 P0.2 P1.4 P0.3 P1.5 P0.4 P1.6 P0.5 P1.7 P0.6 RESET P0.7 P3.0EA P3.1 ALE P3.2PSEN P3.3 P2.7 P3.4 P2.6 P3.5 P2.5 P3.6 P2.4 P3.7 P2.3 X T AL2 P2.2 X T AL1 P2.1 V SSP2.0 AT 89C51 V CC C1 30P C2 30P C0 1U Y1 S0 R0 100K V CC V CC a b c d efg c a bf g de c a bf g de c a bf g de c a bf g de 2 3 41dp DPY_4-SEG E18-D50NK V CC R1 1k 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 220 P0.4 P0.5 P0.7 P0.6 P2.1 P2.2 P2.3 P2.0 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 P0.5 P0.7 P0.6 P2.1 P2.2 P2.3 P2.0 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 P0.4 图 2 光电脉冲计数器原理图 2 相关芯片及硬件电路设计 2.1 AT89C51 芯片 图 3 3 种常见单片机及引脚图 AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器（FPEROMFlash Programmable 仅供参考# and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片 机。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容2。由于将多功能 8 位 CPU 和闪速存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C051 是它的一种精简版本。 AT89C51 单片机为很多嵌入式系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 2.1.1 AT89C51 的功能特性 AT89C51 提供以下标准功能：4K 字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部 RAM，32 个 I/O 口线，两个十六位定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通 信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持 两种软件可选的节电工作模式3。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时/计 数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止 工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。 2.1.2 AT89C51 的主要性能参数 AT89C51 主要性能参数如下： （1）与 MCS-51 兼容 （2）4K 字节可编程 FLASH 存储器 （3）寿命：1000 写/擦循环 （4）数据保留时间：10 年 （5）全静态工作：0Hz-24MHz （6）三级程序存储器锁定 （7）288 位内部 RAM （8）32 可编程 I/O 线 （9）两个 16 位定时器/计数器 （10）5 个中断源 （11）可编程串行通道 （12）低功耗的闲置和掉电模式 （13）片内振荡器和时钟电路 仅供参考# 2.2 E18-D50NK 反射式红外传感器 光电开关电路主要由光电开关管，即光电传感器是采用光电元件作为检测元件的 传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光 信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成4。电 检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单， 形式灵活样因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。如下图示为本次课程 设计所采用的光电开关，其型号为 E18-D50NK 的反射红外传感器。 图 4 反射红外传感器 红外传感器输出端的原理图如下： 图 5 红外传感器信号输入端 红外传感器感受到外界信息时，产生高低电平，通过软件程序设置单片机内部寄 存器，当传感器的高低脉冲被单片机接收到时，单片机产生中断，中断产生后进入中 断服务程序，通过设置中断服务程序，进行计数。并通过 P2.4，P23，P2.5，P2.6，P2. 仅供参考# 口计数信息传送至数码管，数码管显示计数的个数。当需要时按下复位开关，则计数 器清零，数码管显示清零，重新开始计数。 2.3 单片机最小系统电路 P1.0 V CC P1.1 P0.0 P1.2 P0.1 P1.3 P0.2 P1.4 P0.3 P1.5 P0.4 P1.6 P0.5 P1.7 P0.6 RESET P0.7 P3.0EA P3.1 ALE P3.2PSEN P3.3 P2.7 P3.4 P2.6 P3.5 P2.5 P3.6 P2.4 P3.7 P2.3 X T AL2 P2.2 X T AL1 P2.1 V SSP2.0 AT 89C51 V CC C1 30P C2 30P C0 1U Y1 S0 R0 100K V CC P0.4 P0.5 P0.7 P0.6 图 6 单片机最小系统 单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以 工作的系统.对 51 系列单片机来说，最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位 电路。 单片机的晶振电路是一种典型起振电路，分为内部时钟方式和外部时钟方式两种。 本次设计所采用的为内部时钟方式。典型的晶振取 11.0592MHz（因为可以准确地得到 9600 波特率和 19200 波特率，用于有串口通讯的场合）/12MHz（产生精确的 uS 级时 歇，方便定时操作）5。 单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按 钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境 干扰 出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。 2.4 光电传感器电路 本设计使用的光电接受部分是红外光电式传感器，它是采用光电元件作为检测元 件信号转换成电信号，光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成，其 仅供参考# 中光电传感器是型号 1E8-B03M 封装的红外反射传感器，E18-DS30NK 光电传感器， 其工作电压为 5V，其传感器有三条引脚，一条接+5V，一条接 GND，另一条则是数据 输出接口，正常情况下输出为高电平，当有物体遮挡时输出为低电平，本课题就是利 用该传感器的这种工作原理实现的。将数据输出端与单片机进行通信，进而实现计数 功能。 2.5 显示电路 P1.0 V CC P1.1 P0.0 P1.2 P0.1 P1.3 P0.2 P1.4 P0.3 P1.5 P0.4 P1.6 P0.5 P1.7 P0.6 RESET P0.7 P3.0EA P3.1 ALE P3.2PSEN P3.3 P2.7 P3.4 P2.6 P3.5 P2.5 P3.6 P2.4 P3.7 P2.3 X T AL2 P2.2 X T AL1 P2.1 V SSP2.0 AT 89C51 V CC a b c d efg c a bf g de c a bf g de c a bf g de c a bf g de 2 3 41dp DPY_4-SEG 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 220 P0.4 P0.5 P0.7 P0.6 P2.1 P2.2 P2.3 P2.0 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 P0.5 P0.7 P0.6 P2.1 P2.2 P2.3 P2.0 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 P0.4 图 7 显示电路 本课题采用四位八段数码管，该数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的 一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划 “a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所 有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机 对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该 位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位 数码管的点亮时间为 12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管 仅供参考# 实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳 定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的6，能够节省大量 的 I/O 端口，而且功耗更低。其四位八段数码管显示电路图 7。 3 系统软件设计 3.1 系统的软件运程图 本次软件的流程图如下： 图 7 系统的软件流程图 3.2 程序设计 #include 仅供参考# #include #define uchar unsigned char 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; /*主函数*/ void main（void) timer1_init（); P3=0 xff; while（1) if（P34=0); Delay1ms（20); if（P34=0) +num; if（num=9999) num=0; while（P34); void timer1_init（) 仅供参考# TMOD=0 x10; / TMOD=0000 0110B，使用计数器T1的模式2 TH1=（65536-5000)/256; TL1=（65536-5000)%256; EA=1; /开总中断 ET1=1; /允许定时器T1的中断 TR1=1; /启动T1 void Key_counter（) interrupt 3 TH1=（65536-5000)/256; TL1=（65536-5000)%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) 仅供参考# unsigned int k; for（k=0;kms;k+) unsigned char i， j; _nop_（); _nop_（); _nop_（); i = 11; j = 190; do while （-j); while （-i); 4 仿真 仅供参考# XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 R1 100 R8 图 8 仿真结果 在 Keil uvision3 下新建工程，在工程下新建文件，完成程序的编写，并生成 hex 文件，在 Proteus 中画出电路图，进行仿真。由于光传感器在仿真过程中无法接受光信 号，不能产生相应的电信号，所以在仿真中是将光电传感器电路改为一个开关按键。 开关按键一端接地，一端接 P3.4 端口。将 P3.4 端置为高电平，按下开关按键时，P3.4 变为低电平。从而达到光传感器接收光的效果。仿真结果如图 8 所示。 仅供参考# 总 结 本文介绍了一种基于 AT89C51 单片机的光电脉冲计数器系统的设计，主要包括单 片机的最小系统电路、显示电路和光电传感器电路。本文利用软件编程、这样做占用 硬件资源少，成本较低