光電計數(shù)器課程設(shè)計匯本

1、目錄1 緒論 11.1 設(shè)計背景 . 11.2 設(shè)計任務(wù)與要求 12 相關(guān)原理分析 . 22.1 單片機原理 . 22.2 555 定時器原理 22.3 上拉電阻原理 . 33 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計 . 44 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計 . 44.1 晶振電路設(shè)計 . 44.2 電源電路設(shè)計 . 54.3 復(fù)位電路設(shè)計 . 54.4 光電管電路設(shè)計 64.5 顯示電路設(shè)計 . 65 系統(tǒng)測試 75.1 主要元器件 . 75.2 焊接元器件 . 75.3 系統(tǒng)測試注意事項 85.4 程序設(shè)計 . 86 收獲與體會 10參考文獻(xiàn) . 10附錄一 總體電路圖 . 11附錄二 元器件清單 . 12光電計數(shù)器1 緒論1

2、.1 設(shè)計背景數(shù)字式電子計數(shù)器有直觀和計數(shù)精確的優(yōu)點，目前已在各種行業(yè)中普遍使用。數(shù)字 式電子計數(shù)器有多種計數(shù)觸發(fā)方式，它是由實際使用條件和環(huán)境決定的。有采用機械方 式的接觸式觸發(fā)的，有采用電子傳感器的非接觸式觸發(fā)的，光電式傳感器是其中之一， 它是一種非接觸式電子傳感器。這種計數(shù)器在工廠的生產(chǎn)流水線上作產(chǎn)品統(tǒng)計，有著其 他計數(shù)器不可取代的優(yōu)點。該例光電觸發(fā)式電子計數(shù)器只有兩位數(shù)，但通過級聯(lián)可以擴 展為四位，甚至多位。光電計數(shù)器是通過紅外線發(fā)射和接收進行計數(shù)，有直射式和反射式兩種，通常用于 流水線作業(yè)工件計數(shù)。 直射式的發(fā)射、 接收分體，發(fā)生器和接收器分別置于流水線兩邊， 中間沒有阻擋時發(fā)射器的

3、紅外線射到接收器，接收器收到發(fā)射來的紅外線，經(jīng)相反處理 使之沒有信號輸出，有工件經(jīng)過時擋住光路，接收機失去紅外線信號的便輸出一個脈沖 信號到運算累加器進行計數(shù)。發(fā)射式是發(fā)射、接收同體，置流水線一邊，前面沒有工件 往下流時，發(fā)射器發(fā)出的紅外線直接射出沒有發(fā)射，接收器沒有接收到反射來的紅外線 信號沒有輸出。有工件經(jīng)過時擋住光電路使發(fā)射器發(fā)出的紅外線信號發(fā)射到接收器上， 接收器接收到反射來的紅外線信號便輸出一個脈沖信號到運算累加器進行計數(shù)。1.2 設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計并制作一個單片機控制的光電計數(shù)器，使其滿足以下要求：（ 1）上電顯示初始值 0000，計數(shù)上限為 10000。（2）可以復(fù)位。（3）當(dāng)光

4、電開關(guān)檢測到障礙物即擋住光電對管時計數(shù)一次。（4）計數(shù)滿 10 次時指示燈閃爍 2下。2相關(guān)原理分析2.1單片機原理單片機電路主要由單片機、振蕩電路和復(fù)位電路構(gòu)成。由于AT89C51部集成了 12MHz的振蕩電路，所以系統(tǒng)外部未加。單片機電路圖如圖1所示 J I «r-i f 丁4丘PZ £fidi£3E 亠CMdm MJL,董Ism ms4-Li1AT89C51單片機的P0 口用于輸出顯示器段碼。P1 口的P1.0P1.5用于6個LED的亮與滅。P2 口用于構(gòu)成行列矩陣鍵盤。此芯片是ATMEI公司一款低功耗，高性能的CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程F

5、lash存儲器，使該公司高密度非易失性存儲器制 造，與MCS-51兼容。AT89C51單片機的主要工作特性：含4KB的FLASH存儲器，擦寫次數(shù)1000次；含28字節(jié)的RAM具有32根可編程I/O線；具有2個16位可編程定時器；具有6個中斷源、5個中斷矢量、2級優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；具有1個全雙工的可編程串行通信接口；具有一個數(shù)據(jù)指針DPTR;兩種低功耗工作模式，即空閑模式和掉電模式；具有可編程的3級程序鎖定定位；AT89C51的工作電源電壓為 5 (1± 0.2 ) V且典型值為5V,最高工作頻率為 24MHz.2.2 555定時器原理555定時器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該

6、電路使用靈活、方便，只需 外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、 變換、控制與檢測。i1 8VCC1 TRIGGER4RESETOUTPUT5 CONTROL36THRESHOLD7DISCHARGEGND1555B圖2定時器的主要功能取決于比較器，比較器的輸出控制RS觸發(fā)器和放電管T的狀態(tài)。 圖中RD為復(fù)位輸入端，當(dāng)RD為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出 v0為低 電平。因此在正常工作時，應(yīng)將其接高電平。由圖可知，當(dāng)5腳懸空時，比較器C1和C2比較電壓分別為2/3VCC和 1/3 VCC當(dāng)vl1>2/3VCC vl2>1/3VCC時

7、，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出 高電平，基本RS觸發(fā)器被置0,放電三極管T導(dǎo)通，輸出端vO為低電平。當(dāng)vl1<2/3VCC vl2<1/3VCC時，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出 低電平，基本RS觸發(fā)器被置1,放電三極管T截止，輸出端V0為高電平。當(dāng)vI1<2/3 VCC vl2>1/3 VCC時，基本RS觸發(fā)器R =1、S =1,觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦 保持原狀態(tài)不變。綜合上述分析，可得555定時器功能表如表 2.3所示。如果在電壓控制端（5腳）施加一個外加電壓（其值在 0-VCC之間），比較器的參考電壓將發(fā)生變化，電路相應(yīng)的閾值、觸發(fā) 電平也將隨之變化

8、，進而影響電路的工作狀態(tài)。2.3上拉電阻原理上拉電阻由8個電阻接在P0腳，如圖3所示。圖3P0 口是開漏的，不管它的驅(qū)動能力多大，相當(dāng)于它是沒有電源的，需要外部的電路 提供，絕大多數(shù)情況下P0 口是必需加上拉電阻的。當(dāng)p0 口用來驅(qū)動PNP管子的時候， 就不需要上拉電阻，因為此時的低電平有效；當(dāng) P0口用來驅(qū)動NPN管子的時候，就需 要上拉電阻的，因為此時只有當(dāng) P0為1時候，才能夠使后級端導(dǎo)通。3系統(tǒng)總體方案的設(shè)計根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，光電計數(shù)系統(tǒng)可以分光電對管信號輸入、顯示和控制指示3大功能，因此可以光電對管模塊、顯示模塊、指示燈模塊、晶振和單片機模塊。系統(tǒng)模塊 圖如圖4所示。4系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計4

9、.1晶振電路設(shè)計晶振電路由2個電容，一個晶振組成，如圖5所示圖5單片機晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便 于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率 的方法保持同步。單片機晶振有2個電容的作用：這2個電容叫晶振的負(fù)載電容，分別 接在晶振的2個腳上和對地的電容，一般在幾十皮法。它會影響到晶振的振諧頻率和輸 出幅度。晶振的負(fù)載電容=(Cd*Cg)/(Cd+Cg)+Cic+C 。4.2電源電路設(shè)計4.3復(fù)位電路設(shè)計復(fù)位電路由電容、電阻、復(fù)位組成，如圖7所示RESVCC=Ci nnpF復(fù)位電路的原理是單片機RST引腳接收到2US以上的電平信號，只要保證電容的充 放電時間大于2US即可實現(xiàn)復(fù)位，所以電路中的電容值是可以改變的。按鍵按下系統(tǒng)復(fù)位，是電容處于一個短路電路中，釋放了所有的電能，電阻兩端的電壓增加引起的。 基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，制止系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠 起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)過一定時間才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。單片機復(fù)位參數(shù)的選定必須在振蕩穩(wěn)定后保證復(fù)位高電 平持續(xù)時間大于2個機器周期。4.4光電對管電路設(shè)計