基于51單片機(jī)的顏色檢測儀設(shè)計-《光電檢測技術(shù)》課程設(shè)計

基于51單片機(jī)的顏色檢測儀設(shè)計

摘要：隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向著自動化、智能化方向的發(fā)展，生產(chǎn)過程中長期由人眼占據(jù)主導(dǎo)地位的顏色識別工作即將被效率和精確度更高的顏色傳感器所替代，顏色傳感器在未來生活與生產(chǎn)中扮演的作用將會越來越大。顏色識別器的應(yīng)用十分廣泛，現(xiàn)階段其主要應(yīng)作為彩色打印機(jī)和繪圖儀的主要構(gòu)成部分。并在化妝品、紡織品和涂料制造過程中顏色的調(diào)配以及醫(yī)療等方面都起著重要的作用。因此對顏色識別器的研究對未來檢測行業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。本文將研究TCS230顏色傳感器識別顏色的原理，并結(jié)合單片機(jī)和液晶顯示模塊來實現(xiàn)顏色識別功能。首先，需要了解一定程度的光與顏色的知識以及深入研究TCS230顏色傳感器對顏色的識別原理并實現(xiàn)其識別顏色的功能。其次，利用ST89C52單片機(jī)對顏色傳感器輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的RGB三原色顏色值。最后，通過LCD1602將RGB三原色顏色值顯示出來并通過RGB顏色對應(yīng)表對比和分析所測數(shù)據(jù)。本設(shè)計具有設(shè)備成本低、體積小、易于操作、靈敏度和精確度高等特點。關(guān)鍵詞：STC89C51單片機(jī)TCS230顏色傳感器顏色識別系統(tǒng)

引言隨著工業(yè)生產(chǎn)中自動化、高速化程度的不斷提升，顏色識別在各種工業(yè)控制和檢測領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛，顏色傳感器在終生活與生產(chǎn)中的作用將會越來越大，顏色傳感器在終端設(shè)備中的作用將會越來越大。例如顏色識別器在圖書館圖書的分類和包裝行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)十分普遍；現(xiàn)階段其主要應(yīng)作為彩色打印機(jī)和繪圖儀的主要構(gòu)成部分。并在化妝品、紡織品和涂料制造過程中顏色的調(diào)配以及醫(yī)療等方面都起著重要的作用。顏色識別系統(tǒng)2.1顏色識別技術(shù)的現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢顏色識別技術(shù)是新興檢測技術(shù)，在彩色打印、商標(biāo)識別和材料分揀等方面已在我國擁有廣泛應(yīng)用。雖然我國在機(jī)器人視覺系統(tǒng)領(lǐng)域已取得舉世矚目的成就，但是在高分辨的顏色識別方面仍然缺乏自主研發(fā)能力。高精度的顏色識別技術(shù)仍然由少數(shù)發(fā)達(dá)國家掌控，我國高分辨率顏色傳感器的研究工作任重而道遠(yuǎn)。

顏色識別系統(tǒng)提出的時間較晚，出現(xiàn)在自動控制系統(tǒng)之后。其作為一種新興的檢測技術(shù)也是控制理論的簡單應(yīng)用，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在工業(yè)控制中逐漸開始大范圍的應(yīng)用。顏色傳感器在實時檢測系統(tǒng)以及自動控制方面有著重要的意義，伴隨著單片機(jī)等處理器技術(shù)的發(fā)展，顏色識別系統(tǒng)的效率也大大的增加。顏色識別在現(xiàn)代生產(chǎn)中的應(yīng)用愈加廣泛，特別是在遙感技術(shù)、工業(yè)過程控制、材料分揀、圖像處理、機(jī)器人視覺系統(tǒng)等方面的起著重要的作用，顏色傳感器的快速發(fā)展為上述生產(chǎn)應(yīng)用自動化的實現(xiàn)提供了可能。隨著顏色傳感器的廣泛應(yīng)用，顏色識別技術(shù)已成為工業(yè)自動化必不可少的部分，發(fā)展前景十分廣闊。三基色原理：適當(dāng)?shù)倪x取三種基本顏色，任何顏色都能由這三種顏色按照不同的比例疊加合成，這三種顏色相互獨立不能由其他顏色按比例配出，這三種顏色就稱為三基色。國際照明委員會（CIE）推薦使用紅、綠、藍(lán)作為三種基本顏色且此原理已在現(xiàn)代工業(yè)中有了非常廣泛的應(yīng)用。

RGB顏色模型如下圖2.1所示。

由三基色原理可知自然界中所有色光都可由R、G、B三種基本顏色按照不同的比例疊加合成，當(dāng)三基色分量都為0時，疊加出的光為黑色，對應(yīng)于立方體坐標(biāo)中的（0,0,0）點；當(dāng)三基色分量都為255時，疊加出的光為白色光，對應(yīng)于立體坐標(biāo)中得（255,255,255）。以由黑到白為對角線的正方體的其他六個頂點分別為紅（255,0,0），黃（255,255,0），綠（0,255,0），青（0,255,255），藍(lán)（0,0,255）和品紅（255,0,255）。每個顏色都有其獨自RGB值。TCS230芯片的結(jié)構(gòu)框圖與特點國產(chǎn)宏晶STC51系列單片機(jī)不但低功耗、高穩(wěn)定性能而且具有低廉的價格，自上市以來成為國內(nèi)單片機(jī)從業(yè)者的首選。STC8952系列單片機(jī)便是目前國內(nèi)使用最多的一種單片機(jī)類型。其采用MCS-51為內(nèi)核，并在此基礎(chǔ)上做了很多改進(jìn)使的芯片功能更加強(qiáng)大。

STC89C52型單片機(jī)參數(shù)如下：

1.指令代碼與傳統(tǒng)8051的代碼完全兼容

2.

工作電壓：3.3V～5.5V

3.

工作頻率：0～40MHz

4.

8K

字節(jié)Flash

5.

片上集成512

K

RAM

6.

通用I/O

口（32

個）

7.不需專用編程器，也不需專用得仿真器，可通過串口直接下載程序

8.

具有EEPROM

功能

9.

具有看門狗功能

10.

有3個

十六位定時器/計數(shù)器。即T0、T1和T2

11.

有四個外部中斷

12.

通用異步串行口

13.

工作溫度范圍：

0～75℃

14.

PDIP

封裝TCS230是TAOS公司推出的可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器，它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉(zhuǎn)換器集成在一個單一的CMOS電路上，同時在單一芯片上集成了紅綠藍(lán)(RGB)三種濾光器，是業(yè)界第一個有數(shù)字兼容接口的RGB彩色傳感器，TCS230的輸出信號是數(shù)字量，可以驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)的TTL或CMOS邏輯輸入，因此可直接與微處理器或其他邏輯電路相連接。由于輸出的是數(shù)字量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每個彩色信道10位以上的轉(zhuǎn)換精度，因而不再需要A/D轉(zhuǎn)換電路，使電路變得更簡單，當(dāng)入射光投射到TCS230上時，通過光電二極管控制引腳S2、S3的不同組合，可以選擇不同的濾波器；經(jīng)過電流到頻率轉(zhuǎn)換器后輸出不同頻率的方波（占空比是50％），不同的顏色和光強(qiáng)對應(yīng)不同頻率的方波；還可以通過輸出定標(biāo)控制引腳S0、S1，選擇不同的輸出比例因子，對輸出頻率范圍進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的需求。下面簡要介紹TCS230芯片各個引腳的功能。在單一的TCS230芯片上集成四種類型的光電二極管，這些光電二極管表面分別鑲嵌著紅、綠、藍(lán)三種顏色的濾光器，加上未鑲嵌的中共64個，每種16個。這四種帶濾波器的光電二極管在傳感器芯片內(nèi)交叉排列，四種光電二極管能夠均勻的就接收光源輻射，極大的地減小因入射光幅射不均而造成的誤差，提高顏色識別的精確度。工作時，通過引腳S2、S3選擇所需濾波器的顏色類型。TCS230傳感器的可通過引腳S0、S1來選擇輸出頻率定標(biāo)，其輸出頻率范圍為2Hz~500kHz。下面簡要介紹TCS230芯片各個引腳的功能。S0、S1引腳用于選擇電源關(guān)斷模式和輸出比例因子（2%，20%，100%）；引腳S2、S3用于選擇濾波器的類型；OE可以控制輸出的狀態(tài)為頻率輸出使能引腳，當(dāng)微處理器同接收控制多個芯片時，OE可作為芯片的片選信號；OUT為頻率輸出引腳，GND接電源地，VCC接+5V電源。圖1TCS230引腳圖TCS230的S0、S1用于選擇輸出比例因子或電源關(guān)斷模式；S2、S3用于選擇濾波器的類型；OE反是頻率輸出使能引腳，可以控制輸出的狀態(tài)，當(dāng)有多個芯片引腳共用微處理器的輸出引腳時，也可以作為片選信號，OUT是頻率輸出引腳，GND是芯片的接地引腳，VCC為芯片提供工作電壓。下表給出了TCS230顏色傳感器使用時相關(guān)控制引腳的一些組合選項。表1：輸出頻率分頻選擇S0S1輸出頻率分頻比例LL掉電LH2%HL20%HH100%表2：濾光顏色選擇S2S3光電二極管類型LL紅色LH藍(lán)色HL消除（無濾光）HH綠色

2.3TCS230識別顏色的原理（1）三原色的感應(yīng)原理

通常所看到的物體顏色，實際上是物體表面吸收了照射到它上面的白光(日光)中的一部分有色成分，而反射出的另一部分有色光在人眼中的反應(yīng)。白色是由各種頻率的可見光混合在一起構(gòu)成的，也就是說白光中包含著各種顏色的色光(如紅R、黃Y、綠G、青V、藍(lán)B、紫P)。根據(jù)德國物理學(xué)家赫姆霍茲(Helinholtz)的三原色理論可知，各種顏色是由不同比例的三原色(紅、綠、藍(lán))混合而成的。（2）TCS230識別顏色的原理

由三原色感應(yīng)原理可知，如果知道構(gòu)成各種顏色的三原色的值，就能夠知道所測試物體的顏色。對于TCS230來說，當(dāng)選定一個顏色濾波器時，它只允許某種特定的原色通過，阻止其他原色的通過。例如：當(dāng)選擇紅色濾波器時，入射光中只有紅色可以通過，藍(lán)色和綠色都被阻止，這樣就可以得到紅色光的光強(qiáng)；同理，選擇其他的濾波器，就可以得到藍(lán)色光和綠色光的光強(qiáng)。通過這三個值，就可以分析投射到TCS230傳感器上的光的顏色。（3）白平衡和顏色識別原理從理論上講，白色是由等量的紅色、綠色和藍(lán)色混合而成的；但實際上，白色中的三原色并不完全相等，并且對于TCS230的光傳感器來說，它對這三種基本色的敏感性是不相同的，導(dǎo)致TCS230的RGB輸出并不相等，因此在測試前必須進(jìn)行白平衡調(diào)整。在本裝置中，白平衡調(diào)整的具體步驟和方法如下：將空的試管放置在傳感器的上方，試管的上方放置一個白色的光源，使入射光能夠穿過試管照射到TCS230上；根據(jù)前面所介紹的方法，依次選通紅色、綠色和藍(lán)色濾波器，分別測得紅色、綠色和藍(lán)色的值，然后就可計算出需要的3個調(diào)整參數(shù)。當(dāng)用TCS230識別顏色時，就用這3個參數(shù)對所測顏色的R、G和B進(jìn)行調(diào)整。這里有兩種方法來計算調(diào)整參數(shù)：①依次選通三種顏色的濾波器，然后對TCS230的輸出脈沖依次進(jìn)行計數(shù)。當(dāng)計數(shù)到255時停止計數(shù)，分別計算每個通道所用的時間。這些時間對應(yīng)于實際測試時TCS230每種濾波器所采用的時間基準(zhǔn)，在這段時間內(nèi)所測得的脈沖數(shù)就是所對應(yīng)的R、G和B的值。②設(shè)置定時器為一固定時間(例如10ms)，然后選通三種顏色的濾波器，計算這段時間內(nèi)TCS230的輸出脈沖數(shù)，計算出一個比例因子，通過這個比例因子可以把這些脈沖數(shù)變?yōu)?55。在實際測試時，使用同樣的時間進(jìn)行計數(shù)，把測得的脈沖數(shù)再乘以求得的比例因子，然后就可以得到所對應(yīng)的R、G和B的值。3.顏色識別系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)本文介紹的基于單片機(jī)的顏色識別系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，硬件電路部分主要是由單片機(jī)最小系統(tǒng)、顏色傳感器TCS230組成的顏色采集系統(tǒng)和數(shù)碼管顯示電路。首先是由顏色傳感器TCS230進(jìn)行顏色采集，直接輸出數(shù)字量并且利用單片機(jī)的數(shù)字頻率計的作用將各種顏色的頻率輸出，最紅用數(shù)碼管將其顯示出來。數(shù)碼管顯示電路單片機(jī)系統(tǒng)電路顏色數(shù)碼管顯示電路單片機(jī)系統(tǒng)電路顏色采集電路圖2顏色識別系統(tǒng)系統(tǒng)框圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路STC89C51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外STC89X51可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35Mhz，6T/12T可選。（一）STC89C51主要功能、性能參數(shù)如下：（1）內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)51內(nèi)核，機(jī)器周期：增強(qiáng)型為6時鐘，普通型為12時鐘;（2）工作頻率范圍：0~40MHZ，相當(dāng)于普通8051的0~80MHZ;（3）STC89C51RC對應(yīng)Flash空間：4KB;（4）內(nèi)部存儲器（RAM)：512B;（5）定時器\計數(shù)器：3個16位；（6）通用異步通信口（UART）1個；（7）中斷源:8個；（8）有ISP(在系統(tǒng)可編程\IAP(在應(yīng)用可編程),無需專用編程器\仿真器；（9）通用I\O口：32\36個；（10）工作電壓：3.8~5.5V；（11）外形封裝：40腳PDIP、44腳PLCC和PQFP等。（二）STC89C51單片機(jī)的引腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。I/O口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。上面圖中的兩個三角形表示的就是輸入緩沖器CPU將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作。這是由硬件自動完成的，不需要我們操心，1然后再實行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯，為什么看上面的圖，如果不對端口置1端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為0Q端為0Q^為1加到場效應(yīng)管柵極的信號為1，該場效應(yīng)管就導(dǎo)通對地呈現(xiàn)低阻抗，此時即使引腳上輸入的信號為1，也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的1信號讀入后不一定是1。若先執(zhí)行置1操作，則可以使場效應(yīng)管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實現(xiàn)正確的讀入，由于在輸入操作時還必須附加一個準(zhǔn)備動作，所以這類I/O口被稱為準(zhǔn)雙向口。89C51的P0/P1/P2/P3口作為輸入時都是準(zhǔn)雙向口。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。（三）STC89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)：最小系統(tǒng)包括單片機(jī)及其所需的必要的電源、時鐘、復(fù)位等部件，能使單片機(jī)始終處于正常的運行狀態(tài)。電源、時鐘等電路是使單片機(jī)能運行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，通過對其進(jìn)行存儲器擴(kuò)展、A/D擴(kuò)展等，使單片機(jī)完成較復(fù)雜的功能。STC89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。用STC89C52單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機(jī)接上時鐘電路和復(fù)位電路即可，結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。STC89C51單片機(jī)學(xué)習(xí)板是一款基于8位單片機(jī)處理芯片STC89C52RC的系統(tǒng)。STC89C52RC是采用8051核的ISP(InSystemProgramming)在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作時鐘頻率為80MHz，片內(nèi)含8KBytes的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，具有在系統(tǒng)可編程(ISP)特性，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購買通用編程器，而且速度更快。STC89C52RC系列單片機(jī)是單時鐘/機(jī)器周期(1T)的兼容8051內(nèi)核單片機(jī)，是高速/低功耗的新一代8051單片機(jī)，全新的流水線/精簡指令集結(jié)構(gòu),內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。單片機(jī)最小系統(tǒng)是指讓單片機(jī)能正常工作并發(fā)揮其功能所必須的組成部分。對51系列單片機(jī)來說,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路等。下面給出一個51系列單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路。

圖3單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2復(fù)位電路基本的復(fù)位方式：單片機(jī)在啟動時都需要復(fù)位89系列單片機(jī)的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機(jī)器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鍵復(fù)位和上電復(fù)位。(1)手動按鍵復(fù)位

手動按鍵復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。手動按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。圖4按鍵復(fù)位圖5上電復(fù)位電路圖6復(fù)位電路(2)上電復(fù)位上電復(fù)位的工作過程是在加電時，復(fù)位電路通過電容加給RST端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著Vcc對電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST端的高電平信號必須維持足夠長的時間。在圖6的復(fù)位電路中，當(dāng)Vcc掉電時，必然會使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個負(fù)電壓將不會對器件產(chǎn)生損害。在本設(shè)計中采用了按鍵復(fù)位和上電復(fù)位的兩種模式（如圖7所示）。3.3晶振電路一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器(注意是放大器不是反相器)的兩端接入晶振再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地。圖7晶振電路晶振與單片機(jī)的腳XTAL2和腳XTAL1構(gòu)成的振蕩電路中會產(chǎn)生偕波，為了電路的穩(wěn)定性起見ATMEL公司只是建議在晶振的兩引腳處接入兩個10pf-50pf的瓷片電容接地來削減偕波對電路的穩(wěn)定性的影響，所以晶振所配的電容在10pf-50pf之間都可以的。3.4TCS230顏色傳感器與單片機(jī)的接口電路在本設(shè)計中，顏色傳感器TCS230主要與單片機(jī)的P1口和P3口連接。P1口是準(zhǔn)雙向口I/O口。P1口的輸入輸出特性與P0口作為通用I/O口似的特性一樣；但是當(dāng)P1口輸出時可提供電流負(fù)載，不需要外接上拉電阻。P1口能驅(qū)動4個TTL。顏色傳感器TCS230的引腳封裝應(yīng)經(jīng)在TCS230的結(jié)構(gòu)框圖與特點處做了簡單的介紹，下圖是單片機(jī)與顏色傳感器TCS230之間的接口電路。

圖8TCS230與單片機(jī)的接口電路顏色傳感器TCS230的片選端口（OE）連接至單片機(jī)的P1.0口。輸出波形占空比控制端口S0.S1分別連接至單片機(jī)的P1.2和P1.3口。濾波選擇端口S2和S3風(fēng)別連接至單片機(jī)的P1.4和P1.5口。輸出端口連接至單片機(jī)的定時計數(shù)端口P3.5。3.5數(shù)碼管顯示電路在進(jìn)行數(shù)碼管顯示電路設(shè)計時采用138譯碼器作為數(shù)碼管的位選，采用鎖存器573作為數(shù)碼管的段選控制，這樣一方面為數(shù)碼管的顯示提供了驅(qū)動同時又節(jié)省了單片機(jī)的端口資源。其電路如下：圖9數(shù)碼管顯示電路動態(tài)顯示：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM端電路的控制。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。4.系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1總體流程圖系統(tǒng)軟件主要包括：組程序、白平衡矯正子程序和顏色比較子程序。其中白平衡矯正子程序用于顏色標(biāo)定；比較子程序用于顏色檢測。程序流程圖如下：

圖10總體流程圖4.2子程序流程圖子程序設(shè)計程序需進(jìn)行白平衡調(diào)節(jié)，得出比例因子，再實現(xiàn)對物體顏色檢驗和校準(zhǔn)，并在數(shù)碼管上顯示R.G.B值，下面給出了顏色識別子程序流程：

圖11子程序流程圖利用C語言編譯程序，待軟件編譯通過后下載入單片機(jī)，依據(jù)設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)節(jié)測試并記錄下實驗數(shù)據(jù)。具體操作如下：首先將顏色采集模塊用個光效果的紙盒遮蓋起來，鋪上待測彩色紙板是傳感器一段面對彩色紙板。接通開發(fā)板電源，將待測彩色紙板平鋪于桌面上，再把顏色采集模塊平放在待測的紙板上方月一厘米出，然后記錄下LCD顯示出的數(shù)數(shù)值，對不同顏色的待測紙板重復(fù)上述步驟即可。進(jìn)行測試時要注意以下兩個問題：

1)

顏色識別時要確保紙盒的密閉隔光性，避免外界光線對顏色傳感器的干擾，使外界光對實驗結(jié)果的影響經(jīng)可能減到最小。

2)

白平衡調(diào)整：首次使用TCS230時，需要進(jìn)行白平衡調(diào)整。因為標(biāo)準(zhǔn)的白光其R、G、B三原色分量均為255，而我們的四個白色LED補(bǔ)光電路所發(fā)出的白光并不是標(biāo)準(zhǔn)的白光。所以，我們要進(jìn)行白平衡調(diào)整，以減小識別系統(tǒng)的誤差。

白平衡之后，把顏色傳感器對著不同的彩色紙板進(jìn)行顏色檢測查看其RGB的值。由得出的數(shù)值，可根據(jù)RGB顏色表來檢驗測試結(jié)果與實際結(jié)果的差別。5.結(jié)論及展望本設(shè)計從TCS230的結(jié)構(gòu)特點和應(yīng)用領(lǐng)域出發(fā)，結(jié)合AT89S52單片機(jī)，實現(xiàn)了能夠同時測量和辨別光線中三基色成分。簡述了利用軟件對TCS230的實際顏色測量值進(jìn)行校準(zhǔn)的處理辦法，大大提高了系統(tǒng)對顏色的辨識精度。給出了相應(yīng)的硬件設(shè)計電路、軟件流程圖和測試程序、電路具有成本低、測量速度快、精確高等特點，可以廣泛應(yīng)用于各種對需要對光色成分進(jìn)行測量、分析和識別的行業(yè)。本文主要研究了顏色識別系統(tǒng)的原理及其功能的實現(xiàn)。本設(shè)計的主要工作可歸結(jié)如下：

(1)了解一定深度的顏色相關(guān)的知識和顏色傳感器識別顏色的原理。

(2)介紹顏色傳感器、單片機(jī)、補(bǔ)光燈電路和液晶顯示模塊。

(3)對顏色識別系統(tǒng)進(jìn)行總體性設(shè)計。

(4)做出實物進(jìn)行測試，并分析實驗數(shù)據(jù)。

總顏色識別的核心難點在于如何設(shè)計出先進(jìn)RGB三種顏色測量的算法，只有優(yōu)秀的算才能基于這種算法設(shè)計出先進(jìn)的顏色識別系統(tǒng)。由于作者水平有限，難以建立精確的測量算法，因此設(shè)計出的系統(tǒng)存在著較大的誤差。色彩識別技術(shù)作為一種新興的檢測技術(shù)是未來實現(xiàn)工業(yè)自動化、智能化的重要手段。基于本文所完成的工作，對下一步研究做如下展望：

(1)完善色彩識別的算法。本文測得的RGB在精確度上不夠精確，后續(xù)研究應(yīng)因建立更加合理更加精確的顏色識別算法。

(2)對所測顏色進(jìn)行更多的色彩區(qū)分。在后續(xù)研究中要對顏色空間進(jìn)行更為細(xì)微的顏色空間劃分，使色彩識別更加精確。

從色彩識別系統(tǒng)設(shè)計到實際的顏色識別器，這其中需要考慮識別系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，也應(yīng)注意系統(tǒng)的供電等問題。因而還有大量的研究內(nèi)容，需要我們?nèi)チ私馊パ芯俊Ｎ蚁嘈旁诓痪玫膶?，色彩識別系統(tǒng)將被廣泛應(yīng)用到各個行業(yè)之中，成為工業(yè)自動化的一門重要技術(shù)。

參考文獻(xiàn)[1]梁冀，基于三基色反射光的顏色識別系統(tǒng)設(shè)計，大眾科技，2008.[2]龔向東，曾振興，林丹，基于SPCE061A單片機(jī)的顏色檢測系統(tǒng)的設(shè)計，電子測量技術(shù)，2008.[3]鄭喜鳳，黃娉，劉貴華.三基色亮度計的設(shè)計和應(yīng)用，微計算機(jī)信息2009。[4]丁茹，李剛.可編程彩色光/頻率轉(zhuǎn)換器TCS230及其應(yīng)用，國外電子元器件，2005。[5]盧川英，于浩成，孫敬輝，孟中.基于TCS230顏色傳感器的顏色檢測系統(tǒng)。吉林大學(xué)學(xué)報，2008。[6]TAOS公司.TCS230技術(shù)說明書,德拉瓦，TAOS公司，2006。

基于C8051F單片機(jī)直流電動機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號檢測儀基于單片機(jī)的電機(jī)運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計基于雙單片機(jī)的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實驗中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機(jī)的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)單片機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機(jī)上的應(yīng)用MSP430單片機(jī)在智能水