毕业论文之基于51单片机的流水线产品计数器设计

1、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

2、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AbstractThis system USES is with STC89c52 si ngle chip microcomputer as the core of the

3、 photoelectriccounter. The working principleof adopting SCMbxternalinterruption0 to count, the data acquisitionof the reflectingphotoelectricsen sor, the in frared light tube and photoelectricrecei ving tube adjace nt put,whe never the object through a, i nfrared light is object reflective, photoele

4、ctric tube receiving a receiving, photoelectricreceiving tube is theoutput voltage of produce a change, the changes of the voltage signal through the amplifier and process ing, form count pulse, the in put to STC89c52SCMP3.2 mouth, through the control software and hardware control and that LEDto, ca

5、n 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 in dustries, to meet the moder n producti on, the way of life of dema nd.The so-called photoelectric sen sor is light sig nal

6、s are conv erted to electrical sig nals a sen sor. Photoelectric sen sor is based on photoelectric device as a con versi on of comp onents of the sen sor, photoelectric detecti on method has high accuracy, applicati on, the adva ntages of fast con tact, and can be measured parameters, the structure

7、of the photoelectric sen sor is simple, flexible in form so, photoelectricsen sor in the detect ion and con trolis widely used.Keywords: coun ter; Photoelectric sen sor; microcomputer; LED digital tube摘 要IIABSTRACTIII第1章绪 论11.1、 本论文的背景和意义 11.2、 主要方法和研究进展 11.3、 主要内容11.4、 结构安排1第2章 整体设计方案 22.1、 设计方案选择

8、22.2、 设计方框图2第3章硬件设计及功能 33.1、 基本介绍33.2、 AT89C52引脚功能33.3、 STC8952系统结构图 53.4、 STC8952的复位与时钟 53.5、 STC8952单片机的基本工作电路 63.6、 本次设计的部分电路 63.7、 74HC573芯片73.8、 显示电路8第4章软件设计104.1、 ProteuS件 104.2、Keil C51 软件104.3、 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

9、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

10、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 Professi onal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

11、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。第2章整体设计方案2.1、设计方案选择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 不米用。万案一:可以采用FPG/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。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INTO引脚的外部输入信

12、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、设计方框图电源电路AT89C52LED显示74HC驱动单片机数据采集电路手动模拟计数按键清零键时钟源第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睑单片机，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ATME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

13、 广泛的应用。其引脚排列与 PDIP封装如下图所示。T2/P1. 0 CT2EX/Pk 1 C匚匚匚匚c C2 34 5 S 7 111111 p F F F F PRST RXD/P3, 0 TXD/P3. 1 iWoP3- 2 IHT1/P3. 3 T0/F3. 4T1/P3. 5 就P飢6R5/P3. 7 XT心 mu FEip £应O 9 OV 7 6 5 4 3 2 1 O 3 B 7 6 54 3 2 1 4 333333 3 33OJ2 2 222 2-2 2-23 Vcc PO, O/ADO3 PQ. 1/AD1 PO, 2/AD23 PO. 3"D3D P

14、O.4ZAD43 PO. 5/AD5 po.e/Ai n PO. 7ZAD7 glypp ALEZFRD& P3 T/A1S P2.6/A143 P3 5/AU3 P2.4/U2 P2 3/MI P2.3 P2一1/A9 P2 0/A&PDIP封装引脚排列主要功能特性: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 RAM5、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

15、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。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

16、/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（OOOOH-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 P1.0 P1.7 P1是一个带有内部上拉电阻的 8位双

17、向I/0端口。输 出时可驱动4个TTLo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 P2.0 P2.7 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TTLo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 P3.0 P3.7 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TT

18、Lo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P3引脚兼用功能P3.0串行通讯输入（RXDP3.1串行通讯输出（TXDP3.2外部中断0 ( INTO)P3.3外部中断1( INT1)P3.4定时器0输入(TO)P3.5定时器1输入(T1)P3.6外部数据存储器写选通WRP3.7外部数据存储器写选通RD表1-1P3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RAM 地址 奇存-ffl-ffl-H-.-mH-bi-h-|通泓0呃耐鶉

19、| I遇记2韭訪器®F°ROM4 y8耳.| ATH BUkTUP!堆扶指计自存SSTMP21【u=T JiLU Te症时器應镐足时和审再器1 0芒_网诒1輛动器運血s肺动龍FT?a這城打器IDHKT*L2IIDFTR程序世址KTAL1一-Fl. 0一Pl. 7P3. oF氛 7图1-13.4、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GNDRO wxn10IT2HF16P1.2P1.3PL4P1.5P1.6P1.7R.STVPD ps.o/RxnP3.1/TXDP3.27TNT0 P3 3/KTTP34T0P35T1P.16/WRVL2

20、345673g10111213141516Hi oPi 1Pl.2PI.?Pl APl.5PL 6PI.7RSTATDP3.Q/RXDP3.L7XDP3.2?lNiOP33/IMTP34，TOP3.5/T1P3 6.WR上电复位手动复位图1-2MCS-52单片机时钟信号源连接如图1-3所示。6辽Ts7920P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XFAL1CJNIJ15"ltd1719r接外部振芮源人1P3.5<j 3PS .6 WRP 王 K1U5XTAL2X1AJJGND内部时钟信号源外部时钟信号源图1-33.5、STC89C52单片机的基本工作电路单片机的基本工作电路 也称

21、为单片机的最小系统，如图1-4所示liMHZaXl 1523456785101112丁1415161718GNDC53.6、本次设计的部分电路PLO Pl J PI.2P13Pl. .4Ul.FlPI.6Pl.7RSTATDF34ZRXDP31/TXDP3.2/INT0P3-3/INT1P3.4/T0P3T1PJ.6.-WRP36向XTAL2XTAL1GNDVCCPO.OPO. 1PD.2POJP0.4P03P0.6 =P" EATP ALEZPROG PSENP2,7P2.6P2.5P2.4P2.3PZ2P2.1P2.040PR1AT89C52图1-4+5V 10KQ*S27262

22、524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11P1IJXD计数清零控制模拟计数控制本次设计的数据采集部分如图图1-51-6所示。U32*QO19014£02Q3訂04f9 inQ544QSi-707LE74HC573 <TEXT>74HC5733.7、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

23、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。特点：三态总线驱动输出置数全并行存取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PIN No引脚号SYMBO符号NAME AND FUNCTION称 及功能1OE3 State output En able In put (ActiveLOW)3态输出使能输入(低电平)2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9D0 to D7Data In puts 数据输入12,13,14,15,16,17,18,19Q0 to Q73 State Latch O

24、utputs 3态锁存输出11LELatch En able In put锁存使能输入10GNDGrou nd 接地(0V)20VCCPositive Supply Voltage电源电压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、CRTS示器等。LED显示器是现在最常用的显示器之一，如下图所示。4 P9ur-id 4-SV尹阳玻7哽埶辺管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

25、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LE

26、D显示器的显示控制方式按驱动方式可分成静态显示LED显示器，通常管，其余数码管显示横线。方式和动态显示方式两种。对于多位图3-6数码管动态扫描的硬件连接示意图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。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：(1) 数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引脚；(2) 焊接温度：260度；焊接时间：5s(3) 表面有保护膜的产品，可以在使用时撕下来。第4章软件设计4.

27、1、Proteus 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:I- .'具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事al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

28、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 MSP43C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、Keil C51 软件KeiluVision4Keil 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

29、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 WIN2000WINXF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。4.3、软件设计流程图: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

30、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

31、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。本设计介绍了一种基于AT89C205鲜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

32、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。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 喻宗泉

33、单片机原理与应用技术西安电子科技大学出版社，2005年.4 刘松.曹金玲单片机技术与应用机械工业出版社,2011年. 于晓平数字电子技术清华大学出版社,2010年.附录1电气原理图本次设计的整体原理图如下图所示。in亠亠.中-hr©3147T MWXHW hvxhw HRXHy VW*旨 勻I,总 IIJKy Do C 门口.8圉亍IRIG 775? r"7 r7 gl-t-l£ 77l-rr_!MFH7 二|£sr LLMHlog9.IS鋼,FEI康gI1 1宀！11<£-1L：|gi F、宀Ch,1_闍sr-iES£tri1 1 dr1 1 dg号11§1厂12dg ar->! g2冒=0HrHT"FT/ZEEcd* 1SS附录2 PCB图与3D视图PCB图mmOOO