基于单片机的产品自动计数器课题设计

1、单片机课题设计题目：基于单片机的产品自动计数器姓名：黎富强学号:3080444905学院：机械与控制工程学院班级：机械08-3指导老师：蒋存波摘要在当今社会飞速发展的格局下，越来越多的流水线上的产品需要进行自动计数.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普遍使用。有采用机械方式的接触式触发的，有采用电子传感器这类非接触式触发的。本文设计的计数器是采用红外对射式方式，抗干扰性好，可靠性高.本设计的指导思想是利用红外发光管发射红外线，红外接收管接收此红外线，并将其放大、整流形成高电平信号.当物挡住红外光时，接收管没有接收到红外信号，放大器将输出低电平，同时将这个电

2、平信号送入单片机进行控制计数，并经译码驱动电路使数码管显示数值。这样就得到要统计流水线上的产品的数量。关键词：自动计数、红外检测、单片机、8位数码管.目录 TOC o 1-5 h z 摘要I第一章绪论11.1前言1.2设计功能与要求11.3国内外的研究概况1.4此次设计研究的主要内容应解决的问题1第二章基于单片机构成的产品自动计数器的设计.2.1设计方案选择（总体框图）和原理22.2系统各单兀电路设计23.1电源供电设计23.2红外线检测设计33.3计数、显示设计62.3系统程序设计102.3.1程序流程图102.3.2程序设计122.4电路总图16第三章总结17参考文献18致谢19附录20第

3、一章：绪论、前言在当今社会飞速发展的格局下，厂家基本采用流水线技术进行产品生产作业，而怎样对其线上的产品进行实时的、有效率的、精确的自动计数成为广大生产厂家十分关注的问题。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,而且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。而基于单片机为核心控制的计数器有着能够实时，精确，可靠，稳定等计数优点已成为广大厂家的首选自动计数的装置。、设计功能与要求整个系统有较强的抗干扰能力，随时可以进行暂停计数、复位计数操作；实现一段时间产品数量的统计，计数范围：00000000999

4、99999；能够实现实时、稳定、精确地将计数值准确显示出来.、国内外的研究概况如今的产品自动计数器大多采用非接触式的计数触发方式。早已开发出了多种型号的专用检测芯片而利用AT89C51为控制单元、辅以多种外围硬件搭配而成的计数装置已成为现在自动计数应用领域的潮流。而如何提高自动计数器的实时性，抗干扰能力、稳定性是现在国内外自动计数生产厂家研究的主要课题.产品自动计数器主要用于工厂的流水线上，往往是处于高温，高噪声等极度恶劣的环境当中.而MCS-51系列单片机构成的产品自动计数器在这种环境中工作时往往会出现误动作（单片机程序跑飞）或死机（程序进入死循环）.这也是基于单片机构成的产品自动计数器存在

5、的致命问题。、此次设计研究的主要内容应解决的问题基于单片机构成的产品自动计数器研究的主要内容包括：如果构成检测电路、MCS-51单片机用何种方式对外部计数脉冲进行计数显示控制、LED显示驱动模块的选择、MCS-51单片机的扩展。在这个设计中主要需要解决的问题便是如何提高MCS-5俾片机的抗干扰能力以及稳定性。第二章：基于单片机构成的产品自动计数器的设计、设计方案选择（总体框图）和原理设计方案（系统总体框图）如图一图一：系统总体框图电路的指导思路是利用红外发光管发射红外线，红外接收管接收此红外线，并将其放大、整流形成高电平信号。当产品挡住红外光时，接收管没有接收到红外信号，放大器将输出低电平。这

6、个便是外部计数脉冲信号。这个计数脉冲信号送入AT89C5俾片机中进行计数控制，在经过扩展、显示驱动完成最后的显示过程。之所以选用主要是这个方案涉及的知识面广且能达到精确、稳定的自动计数.o、系统各单元电路设计D1电源供电电路LM7805VinVoutT1DIDDETRANSTGEDVss +5DIDDED4Ci lOOOufca lODOufDIDDEGED图二：电源供电电路如图二所示电源供电部分采用变压器降压、桥式整流、电容器滤波、三端稳压器LM7805急压后供电,电源用220VT电经变T1压器降压成9V交流电，然后经四个整流二极管（D1-D4）组成的桥式整流变成直流电压，经C1滤波后送入L

7、M780忠片稳压成5V直流电源供红外线发射、接收电路、AT89C5等供电.2.3.2、外线检测部分这个部分主要由NE555m的红外发射电路和LM56构成的红外接收电路构成.工作原理为当红外发射二级管发出红外光，检测是否受物体遮挡，然后由红外线接收二极管将调制信号通过锁相环鉴频后输出C数脉冲以便单片机进行计数控制SOODufYcc血图三：红外线发射电路如图三所示，红外线发射电路以时钟定时集成芯片NE55的核心。内部含有两个电压比较器，一个分压器，一个RSt虫发器，一个放电晶体管和一个功率输出级构成一个多谐振荡器。产生一个频率在91kHz至130kHz勺脉冲波(这是理论值。由于元件偏差，以实际测量

8、为准)，通过3脚输出脉冲波，由红外线发光二极管(D1)发射出去。频率计算方法:F=1.443/(R1+2R2)C1因此根据公式计算我们知道此设计中红外线发光二极管的发射频率为12.4KHZ94.5kHZ。发射的是脉冲波。-Ri-n-lVl .TIM.5 ri；r.llpniI 5 IR.F5ETMSCJIOCTGNUTr曲出图四:NE555芯片电路引脚以及芯片外型NE5555片弓I脚功能为:引脚功能引脚功能功能功能引脚功能1脚芯片GND3脚输出5脚控制电压7脚放电2脚触发4脚复位6脚门限（阈值）8脚电源电压VccNE555S片可构成三大类型的电路：单稳态电路、双稳态电路、无稳态电路在本设计中使

9、用的是间接反馈型无稳态电路。其主要特点是振荡电路直接连接在电源上。Vcc图五：红外线接收电路红外接收电路如图五所表示是以锁相环集成芯片LM567为核心，构成一个鉴频电路。如图五所示，红外线接收二极管将感应到的脉冲信号通过电容C1耦合到三极管Q1的基极，由Q1组成的放大电路把感应信号放大约100倍后，送给LM567勺3脚，由LM567完成鉴频。如果接收信号在LM567的捕捉带宽内，8脚输出低电平；否则8脚维持高电平。5脚，6脚上的电容、电阻决定了内部压控晶体振荡器的中心频率（f1=1/1.1R4c5）当f=f1时LM567开始工作（即构成红外接收电路）。1脚上的电容C4和二脚上的电容C3接地构成

10、输出滤波网络和低通滤波网络，在具体值的设置上C4通常设定为C3的两倍。利用LM567锁相环解码芯片的好处是可以提高整个检测电路的检测灵敏度和消除太阳光等背景光的干扰，从而提高了整个检测电路的干扰能力。如果在对射管（接收管和发射管）外加滤光片便可以更好的提高抗干扰能力。VQGSV4图六:LM567的引脚图与内部功能图2.3计数、显示部分设计R日.日,日RICS718Giu 七4(416171 p p pp PPPPn (7.Al*l!ll X7INols4 56一 PAPAPAPAmPAPAPA图七：计数、显示原理图计数显示部分如图七所示。由单片机AT89C51控制完成。基本原理为当红外检测部分

11、检测到有产品经过时，红外接收电路LM567芯片的8脚输出口将产生一个低电平信号，这个信号将供给单片机进行计数控制；显示部分是通过扩展8155I/0口实现，通过集成驱动芯片BIC8718完成最终的显示.计数控制部分是将计数脉冲（负脉冲有效）送入单片机AT89C51两个中断入口的INTO入口，经过单片机内部对这个中断信号进行计数编程构成AT89C51与MCS-51指令系统完全兼容。提供以下标准功能：4K字节FLASHR烁存储器、128字节内部RAM32个I/O口线、2个16位定时/计数器、一个5向量两级中断、一个全双工串行通信口、片内振荡器及时钟电路。同时AT89C5何降至0HZ的静态逻辑操作，并

12、支持两个软件的节电工作模式。空闲方式停止CPU勺工作，1是允许RAM定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电后保存RAW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。AT89C51单片机芯片外型如图八、PDIPRI. f C RL3T rram ra.ic iThITM P3/C il H 1 V| 12 匚 (t(m mJT1J RJ.i CWJH3 AMIC iflBl P3.?cXIAL7C XTAL 1 C -iNPEJ WQC 3P04 PD 1 AO1J 5时受奴阳 3 TO J 51 P11 *AIM r 4 4AJM3 J PO ? AIJ 力 Ou

13、v 2 j aifOHB3 FS E /him i f OM” 3 P24J iAIO J TO ft内外 1 P2 4 (AlZji3 FP 3 闪 1, 3 R7J- m3 PS 1 6& 力年滥P30IIX)(新加D阳IM IO1D)mm （卿骊啕SF附酊）*1U侪折镭Q）P35T1【城播!】）P16脑1嘱娓胸需凝）PS7丽擀蹦前甘蒸王图九：AT89C51Pg端口功能图八：AT89C5WL片机外型显示部分是通过8155芯片扩展I/O口和显示驱动芯片BIC8178以及8段数码管构成.采用的是软件译码方式。软件译码是把各字符的段选码组织到一个表中，要显示某字符先查表得到其段选码，然后送往显示

14、器的段码线。单片机应用系统中多采用软件译码的动态显示。图七中PB口输出的是段选码，PA口输出位选码。对应于MCS51单片机的I/O口扩展普遍的选用8155和8255系列。选择使用8155扩展芯片。Intel8155芯片内包含有256个字节RAM2个8位、1个6位的可编程并行I/O口和1个14位定时器/计数器。8155可直接与MCS-51单片机连接不需要增加任何硬件逻辑。由于8155既有RAMK具有I/O口，因而是MCS-51单片机系统中最常用的外围接口芯片之一，8155的引脚及内部结构如图十:“同E。兑T GUDVl方4/,MlilIEIJMMlfllrTlltM .HUIJR三HI11三二三

15、三昌匚匚nnnnnrmnnns:nnrmnnrm 7HMXXl:MWr2slJE m也 MMfl图十：8155引脚以及内部引脚图H一： 8155外部引脚图8155芯片外部引脚图如图十五c8155共有40个引脚，采用双列直插式封装。各引脚功能如下:AD入AD0地址数据总路线。单片机和8155之间的地址、数据、命令、状态信息都是通过它传送的。/CE:片选信号线，低电平有效。/RD:存储器读信号线，低电平有效。/WR存储器写信号线，低电平有效、ALE地址及片选信号锁存线，高电平有效，其后沿将地址及片选信号锁存到器件中。IO/M:I/O接口与存储器选择依赖线，高电平表示选择I/O接口，低电平选择存储器

16、。PA入PAQA口输入/输出线。PB入PBQB口输入/输出线。PC5-PCQC口输入/输出或控制信号线。用作控制信号线时，其功能如下：PCQAINTR（A口中断信号线）。PC1:ABF（A口缓冲器满信号线）。PC2/ASTB（A口选通线）。PC3BINTR（B口中断信号线）。PC4BBF（B口缓冲器满信号线）。PC5/BSTB（B口选通线）。TIMERIN:定时器/计时器输入端。/TIMEROUT定时器/计数器输出端。RESET复位信号线。VCC+5V电源。VSS地。8155内部结构包括两个8位并行输入/输出端口，一个6位并行输入/输出端口，256个字节的静态随机存取存储器RAM一个地址锁存器

17、，一个14位的定时器/计数器以及控制逻辑电路，各部件和存储器地址的选择由IO/M信号决定。当IO/M=Q（低电平）时，表示AD入ADQ输入的是存储器地址，寻址范围为QQHFF。当IO/M=1（高电平）时，表示AD入AD0输入白是I/O接口地址，其编码如下表所示。其中A7A3可经译码器进行译码，产生片选信号/CE,内部寄存器和口地址由A2A0给出8段数码显示管的型号选DS-2181BX+5v-匚4.7牛图十二：LDS-2181BX图十三：暂停电路图十四时钟电路（晶振）系统程序设计、程序流程图百INTO边沿触发方式置INTO为高优先级初始化DISPLAYCPU开断.INTO中断计数单元清零待中断图

18、十六主程序流程图图十七主程序初始化流程图畸洌外邹u数脉却IWTO阳中断一次数量加显示数码退回；图十八中断计数程序流程图图十九：示子程序流程图、程序设计ORG0000H；上电、复位入口地址LJMP STARTORG 0003HLJMP INTORG 000BHLJMP SEVER;转向主程序初始化INT0中断入口地址;转向INT0中断服务程序T0中断入口地址;转向T0中断服务程序ORG0030H;主程序初始化STAR：TMOVSP，#60H置堆栈指针SETBIT0置INT0边沿触发方式MOVIP,#01H置INT0为高优先级MOVIE,#81H;CPUFF中断、INT0中断MOV78H，#00M

19、OV79H，#00MOV7AH，#00MOV7BH，#00MOV7CH，#00MOV7DH，#00MOV7EH，#00MOV7FH，#00MAIN：LJMPMAIN;转主程序执行，并等待中断ORG0100H；INT0中断服务程序,中断一次，数量加1INT:PUSHACC;INTO中断服务程序PUSHPAWJNBP1.0,DISPLAYMOVA,78HADDA,#1MOV78H,ACLRAADDCA,79HMOV79H,ACLRAADDCA,7AHMOV7AH,ACLRAADDCA,7BHMOV7BH,ACLRAADDCA,7CHMOV7CH,ACLRAADDCA,7DHMOV7DH,ACLRA

20、ADDCA,7EHMOV7EH,ACLRAADDCA,7FHMOV7FH,ALCALLDISPLAYPOPACCRETIDISPLAY：MOVA，#00000011B；8155初始化MOVDPTR,#7F00H;使DPTR旨向8155控制寄存器端口MOVXDPTR，AMOVR0,#78H;动态显示初始化，使R0指向缓冲区首地址MOVR3，#7FH；首选位字节送R3MOVA，R3LDOMOVDPTR#7F01H;使DPTR旨向PA口MOVX DPTR， AINC DPTRMOV A ， ROADD A ， #0DH MOVC A ， A+PC;选通显示器低位（最右端一位）;DPTR旨向PB口；读

21、要显示数；调整距段码表首的偏移量;查表取得段选码MOVXDPTR，ALCALLDL1INCR0MOVA，R3JNBACC.0，LD1RRAMOVR3，AAJMPLD0LD0：RETDSEG：DB3FH，06H，5BH，4FH，DB07H，7FH，6FHDL1：MOVR7，#02H；延时子程序;段选码从PB口输出;调用1M碗时子程序；指向缓冲区下一单元；位选码送累加器A；判断6位是否显示完毕，；未显示完，把位选数字变为下一位选字；修改后的位选字送R3；循环实现按位序依次显示66H，6DH，7DH；断码表延时子程序DL：MOVR6，#0FFHDLO:DJNZR6,DL6DJNZR7,DLRET程序

22、说明：R0显示缓冲区数据指针,初值为78HR3位扫描寄存器,初值7FR5、R7-减1计数器显示缓冲区一一设80C31片内RAMM勺78H7FH1元位显示缓冲区,依次（从低位到高位）存放八个要显示的字符/数据在段选码地址表中的序号。2.5、电路总图遏且dab38dze I -s-j s I g j u| 0 cjiI cm U pl mid cjII 员la-JTW E-l 卑 Lg OS 1揩X 更0王口整 莘为md w M :d me gd -w QXL 二整 l_wGuv0二%口交阳知匚石Wil I 6W gw - I 1 图 也：图总路电：十一一图第三章:结论在检测单元的选择上是选择光电传感器还是红外对在研究这个课程设计的过程当中面对很多选择:射式曾经让我迷茫.在MCS-51单片机的选择上是选择内部具有4KB字节的闪烁存储器的AT89C5处是选择内部具有8KB字节的闪烁存储器的AT89C2051曾经也让我困惑不已（其实任选一款都可以实现）.而最让我感到迷茫的是否利用8155进行I/O口的扩展，其实通过设计要求可以看出不难看出根本不需要又tAT89C51进行扩展就可有完成0-99999999的计数显示功能（采用7段数码管显示可以不扩展）。而我最终还是选择了扩展是因为虽然这样让电路复杂了许多但也让我对单片机的I/O口扩展部分详细进行了重新学习和掌握。本次设计的基于单片机构