【《某生产线计数系统硬件电路设计分析案例》3400字】

第第页共22页某生产线计数系统硬件电路设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u30889某生产线计数系统硬件电路设计分析案例 1110591.1生产线计数系统的功能 1135651.2系统总体设计 2166651.1.1实物组成设计框图 2141541.1.2硬件设计框图 2871.3单片机原理及接口技术 3288621.3.1单片机的选择 344971.3.2STC89C52的引脚及功能 468981.3.3时钟电路设计 6136851.3.4复位电路设计 649711.4传感器的选择与应用 7155481.5LCD1602显示电路 9215371.7报警电路 111.1生产线计数系统的功能本设计由STC89C52RC单片机、蓝牙MODE模块、E18避障红外探头模块、LCD1602液晶显示模块、LED灯以及A/D模块等各个模块构成。当E18传感器检测到产品通过时将检测到的光感信号传输到A/D模块转变成为电信号在传输至单片机进行计算等相关的数据处理；单片机会通过检测到的进入生产线产品的数量以及输出生产线产品的数量计算出生产线现有产品数量；然后通过LCD1602进行显示；当检测到的线上产品数超过预先设定的值后，将会发出报警，提醒工作人员进行相应处理，当线上产品数回归设定值时，警报解除。生产线线上产品数量可以通过蓝牙连接在手机上设置或者在上位机上修改程序从新下载至单片机进行修改。各个独立的系统都会与单片机通过相应的I/O口建立联系，然后在单片机正常工作时进行相应的数据传输处理等工作。1.2系统总体设计1.1.1实物组成设计框图本设计的系统是集生产线产品计数、显示、报警于一身的可用于生产线产品计数监测的可携带式生产线产品计数监测系统，实物系统模拟图如图1.1所示。当向如图所示生产线内输入一定产品后，由红外光感传感器来检测产品数量并通过显示器显示；其中的信号转换有A/D转换模块完成；系统有供电电路实现外部供电；蓝牙模块和上位机接口主要是进行程序烧写以及预设值的设定。总系统设计框图如下传感器单片机传感器单片机供电模块显示器供电模块显示器图1.1生产线计数系统实物组成图1.1.2硬件设计框图本设计采用AT89C52RC单片机与各模块相结合构成生产线计数系统，传感器为红外光感传感器，数据的显示采用LCD1602液晶屏。硬件设计框图如下上位机接口A/D转换蓝牙模块LED显示器上位机接口A/D转换蓝牙模块LED显示器供电电路单片机红外探头红外探头蜂鸣器蜂鸣器图1.2总体设计框图1.3单片机原理及接口技术1.3.1单片机的选择51系列单片机作为各系列单片机中适应范围比较广的一种有很多国内外厂家都在生产，51系列单片机型号也很斑驳复杂。但是不出意外，Keil软件程序开发编程适用于所有51系列的单片机板子。但并不是所以的单片机板子的软件编程烧录过程都一样，譬如各个厂家生产的单片机烧录方式不同，各个型号也不尽相同，外部接线方式也各不相同。本系统设计选用的STC89C51RC单片机的依据（特点）现做如下介绍：(1)、拥有一个功能适合本次系统设计，而且相对强大的内核（8位），即CPU。(2)、拥有一个存储容量合适的数据存储器RAM，大小为128B，用作于存放单片机数据（读/写），例如计算过程值以及计算结果、显示器即将显示的字符等。(3)、拥有一个存储容量合适本系统设计的程序存储器ROM，大小为4KB，用作于存放代码、程序、数据库、数据指针、表格数据等。目前单片机业内的研究主题是怎么样将更小的、功能更齐全的、作用更大的元件集成在单片机中；例如以上讲到的两个存储器。这样设计的意义在于让单片机功能更能贴合用户的要求，即方便了用户，还提高了功能以及对外界环境的抵抗性。(4)、拥有四个并排的输入输出接口（I/O），即输出口P0、P1、P2、P3，每个I/O口都能实现输出与输入功能。(5)、拥有一个定时器和一个计数器，定时器用于定时，延时等，计数器用于计数；也可以用定时器与计数器组合使用来单独计数或单独定时。而且很多系统控制都需要使用到定时或计数(6)、拥有中断控制系统，分别来自外部中断0、外部中断1、定时器/计数器0中断、定时器/计数器1中断、定时器/计数器2中断、串行口中断等六个中断源(7)、拥有一个可编程的全双工串行接口，可以进行单片机烧写，上位机通讯等工作。寄存器A/B/C/D控制字格式如表2-1所示：表2-1寄存器A/B/C/D控制字格式寄存器BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0寄存器AUIPDV2DV1DV0RS3RS2RS1RS0寄存器BSETPIEAIEUIESQWFDM24/12DSE寄存器CIRQFPFAFUF0000寄存器DVRT00000001.3.2STC89C52的引脚及功能(1)、时钟电路引脚XTAL1和XTAL2：18脚(XTAL2)：主要作用为接入外部的时钟信号，用于判断振荡电路的工作状态。19脚(XTAL1)：主要是在18脚接入外部时钟信号时进行接地操作，保证系统可行。(2)、控制信号引脚RST,ALE,PSEN和EA：9脚(RST/VPD)：RST的主要作用是高电位复位，其次是VPD,即给RAM供电以保证数据在复位时保留。30脚(ALE/PROG)：第一作用是信号允许地址锁存，其次是PROG，作为固化程序时的脉冲输入端。29脚(PSEN)：程序存储允许输出信号端。31脚(EA/Vpp)：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端，其次是Vpp，是，作为EPROM固化编程时时施加较高编程电压(一般12V～21V)的输入端。(3)、输入/输出端口P0/P1/P2/P3：表2-2P0-P3各引脚功能P0（39-32脚）P0口是一个8位准双向通信I/O口，漏极端开路。P1（1-8脚）P1口是一个8位准双向通信I/O口，内部带有上拉电阻。P2（21-28脚）P2口是一个8位准双向通信I/O口，内部带有上拉电阻。P3（10-17脚）P3口是一个8位准双向通信I/O口，内部带有上拉电阻。表2-3P3端口各引脚第二功能P3.0(RXD)串行通信数据接收。P3.1(RXD)串行通信数据发送。P3.2(INT0#)外部中断0输入。P3.3(INT1#)外部中断1输入。P3.4(T0)定时/计数器0的外部计数输入。P3.5(T1)定时/计数器1的外部计数输入。P3.6(WR#)外部数据存储器写选通。P3.7(RD#)外部数据存储器读选通。STC89C52芯片的引脚如图1.3所示：图1.3单片机引脚图1.3.3时钟电路设计在单片机内部有一个内部振荡器，时钟电路的两端分别构成反相放大器的输出端还有输入端。时钟电路电容大小会影响振荡器工作，例如影响到起振快慢、影响振荡频率、影响震荡温度，所以时钟电路的电容一般不大。时钟电路如图2-4图1.4时钟电路1.3.4复位电路设计复位电路由电阻和10μF的极性电容简单组成如图1.5所示。复位电路的第一个作用是为了增加单片机系统的稳定性，防止在上电时，电压过高导致单片机内部元器件受损。第二个作用是当振荡器工作时，为了保证振荡器正常工作，需要两个机器周期持续在24个振荡周期以上的高电位信号保持，这样才能将使单片机复位，当这个高电位一直存在的话，单片机会一直重复复位指令。在复位指令执行后，P0口到P3口会表现为高电位，这时候单片机程序计数器会清零。当电位由高变为低电位时，一切回到刚开机状态，程序重头开始运行。图1.5复位电路1.4传感器的选择与应用E18-D80NK-N传感器是一种收发一体的光电传感器，光源发射与接收在一个探头内，光源将调整后的光束发出激射在物体上，然后又反射回来被接收器接收，接收器可以分辨反射光的成分，最后接收到由光源发出的红外线。经过调节后发出的红外线光可以减弱其他光线的侵扰。在探头前方有透镜，这可以让我们调节检测距离变得轻松起来，要向调节检测距离，不需要再挪动探头位置，只需要调节透镜与探头的位置距离即可，由于红外光在不同颜色上的反射效果不一样，所以黑色物体探测距离较近，白色物体探测的最远剩下的可以根据光的吸收特性来调节。一、模块参数说明（1）光感式传感器（光电开关）NPN常开（2）红色：VCC+；黑色：GND—；黄色：OUT信号输出。（3）工作电压：5VDC（4）工作电流：10-15mA（5）驱动电流：100mA（6）感应距离：3-80CM可调（7）颜色：橙黄色（8）直径:18MM（9）长度:45MM（10）引线长度:25CM。（11）消耗电流DC<25mA（12）响应时间<2ms（13）检测产品：不透明物体（14）正常工作温度：-25℃~+75℃二、模块接口说明表2-4E18模块接口说明棕色线外接5V电压，VCC蓝线外接GND黑线数字量输出接口（0和1）E18红外避障传感器模块工作原理原理图、实物图及系统连接电路图如下图所示。图1.6光电传感器实物图1.7光电传感器电路图图1.8光电传感器工作原理图1.5LCD1602显示电路LCD显示器有一个控制器，就是LCD片内的HD44780控制器，该控制器通过指令集来控制显示，这个指令集简单而且功能性较强，可以实现LED所具备的一切显示功能，也支持显示字符滚动、闪烁等功能，且较于LED而言LCD优点更多。例如能更清楚的显示、消耗更低、能适用于更多的设备等。LCD显示方式有两种，由单片机的程序输入决定，一种是字段显示，这种显示方式相对简单，在相对应的管脚输入相对应的程序代码就可以直接实现显示；另一种是字符显示，字符显示相对比较复杂，这种显示方式需要在LCD屏上找出对应显示点才能显示字符。本系统设计采用第二种显示方式。其引脚功能说明如下：表2-5LCD功能引脚第1脚（VSS）接地第2脚（VDD）5v电源第3脚（V0）对比度调整第4脚（RS）寄存器选择端，置1时为数据寄存器，置0时为指令寄存器第5脚（RW）读写信号线，置1读，置0写第