《基于單片機的自動計數器的設計》8000字

基于單片機的自動計數器的設計摘要隨著當今社會的快速發(fā)展，構造簡單的單片機得以通過流水線大量生產，以及受到疫情影響各種公共場所需要用到自動計數系統(tǒng)?；趩纹瑱C的產品自動計數器具有直觀、計數準確等優(yōu)點，已廣泛應用于各行業(yè)。數字計數器有多種形式。大致可以分為兩種類型：接觸式數字計數器和非接觸式數字計數器。隨著科學技術的發(fā)展，因具有價格低廉、抗干擾性好、結構簡單、操作方便等特點，非接觸式紅外計數器得到了廣泛的應用。本設計采用一對紅外發(fā)射和接收管作為紅外計數器的信號檢測頭。其基本原理是用紅外線發(fā)射器發(fā)射紅外線。紅外線接收器接收紅外光，對其進行放大和整流，形成低電平信號。當有人或物擋住紅外光時，接收管不接收紅外光信號，同時放大器輸出高電平信號，送單片機控制計數，使數碼管顯示數值。這樣，就得到了要計數的人或物的數量。關鍵詞：計數器；單片機；紅外線管摘要 21緒論 41.1前言 41.2選題背景及意義 41.3設計要求 41.4國內外的研究概況 41.5此次設計研究的主要內容應解決問題 52基于單片機構成的產品自動計數器的設計 52.1方案論證與選擇 52.2系統(tǒng)總體框圖和原理 72.3系統(tǒng)單元電路設計 72.3.1電源供電電路 72.3.2紅外線檢測部分 102.3.3數碼管顯示部分 103.硬件說明 143.1硬件復位 143.2復位電路 153.3復位電路的分類 163.4全電路圖 174結論 176參考文獻 20

1緒論1.1前言如今，在經歷了百年的興建基礎建設之后，雙門公共汽車得到了普及即使在四線五線城市之中公共汽車也能做到主線覆蓋，如何實時，有效，準確地在線統(tǒng)計車內人數已成為大多數公交車廠商關注的問題。傳統(tǒng)的機械或電子計數器（主要由數字電路集成部件組成）具有電路復雜，部件數量多，故障率高，維護困難等特點。然而，設置預定值不方便，并且功能不容易改變。而且，功能過于單一，適用范圍狹窄。基于單片機的計數器具有實時，準確，可靠，穩(wěn)定的優(yōu)點，已成為大多數公交車廠商的第一臺自動計數裝置。1.2選題背景及意義隨著當今社會的快速發(fā)展，構造簡單的單片機得以通過流水線大量生產，以及受到疫情影響各種公共場所需要用到自動計數系統(tǒng)。單片機技術促進了產品和設備生產工藝的提高。這些智能產品的應用、維護和管理需要社會提供大量的單片機技術師和開發(fā)員工。單片機的體積小、功能強、可靠性高、性價比高等特點，為實現工業(yè)生產技術進步和機電一體化及智能測控產品指明了發(fā)展方向。智能測控產品已經實現或部分實現，為了完全地實現上述特點，設計者還要做很多的工作，電子計數器不是一種單一功能的電子產品，而是一種多功能的電子測量儀器，它用電子學方法量取并記錄一段時間內輸入其中的脈沖數，并顯示數字形式的記錄結果。1.3設計要求整個系統(tǒng)穩(wěn)定性強。滿足100以內計數精確實時顯示計數值具有自動和手動清0能力1.4國內外的研究概況目前的公共場所人數計數系統(tǒng)大多采用非接觸式方式，各種類型的專用檢測芯片已經研制成功。其中以AT89C51芯片為核心，以多種外圍硬件的計數裝置為輔助已成為當前自動計數應用領域的發(fā)展趨勢。目前國內外自動計數產品研究的主要課題是其中自動計數器的實時性、穩(wěn)定性和抗干擾能力方面的強化。產品自動計數重點應用于工廠流水線、公共汽車、教室上，往往在人流量中等、情形復雜等干擾較大的環(huán)境中。由AT89C系列單片機組成的自動計數器經常因為計算能力問題出現誤操作（單片機程序跑掉）或崩潰（程序進入無限循環(huán)）。這也是基于單片機的產品自動計數器的致命存在。1.5此次設計研究的主要內容應解決問題在本設計中，基于單片機設計的人數計數系統(tǒng)的關鍵是自動計數器的研究。自動計數研究的關鍵包括以下幾點：如果構成檢測電路、AT89C51單片機采用計數方式：對外部計數脈沖進行計數顯示控制、LED顯示驅動模塊的選擇，以及AT89C51單片機的擴展。如何提高AT89C51單片機的抗干擾能力和穩(wěn)定性是AT89C51單片機需要解決的主要問題。應盡可能保持輸出電壓的直流分量，以使輸出電壓接近理想2基于單片機構成的產品自動計數器的設計2.1方案論證與選擇方案一、如圖一原理闡述：專業(yè)檢測芯片形成計數后，通過其片上計數和顯示編程，送入AT89C51單片機控制單元。74LS245芯片是一種LED驅動芯片，在同一時間完成對4個7段數碼管的驅動。微控制器操作的中間有用結果可以借由一個EEPROM模塊AT24C02暫時儲存。在突然斷電、斷電或瞬時電源電壓不穩(wěn)定時使用。不會造成數據丟失或數據誤寫，而且在重新上電后還可以從中讀取保存的數據內容，極大的增加了單片機的抗干擾性。方案二、如圖二原理闡述：以NE555為核心的紅外發(fā)射電路和以LM567為核心的紅外接收電路組成紅外檢測單元，組成計數脈沖。計數顯示部分使用四合一芯片CL102，該芯片集成了解碼，驅動，鎖存和顯示功能。方案三、如圖三原理闡述：利用紅外線發(fā)射器-接收器的性能，即紅外檢測器以與紅外電阻原理分開的電壓接收參考電壓，如果存在紅外線，則紅外接收器的串聯(lián)電阻除以接收電壓，電壓比較器會產生高電壓，因此，LM324電壓比較器的輸出電平非常低。沒有紅外線時，分成串聯(lián)電阻紅外接收器的電壓非常低，因此輸出電平非常低。然后，單片機產??生一個精確的計算值。上面三個選項中的每一個都有自己的優(yōu)點：第一種解決方案是理想的產品，可實現產品的自動計算功能，并通過防止特殊外圍芯片的干擾使系統(tǒng)保持在異常狀態(tài)；一種好的解決方案；外圍電路簡單且性能高。停止市場的自動計算。同時，一個嚴重的問題是這些產品價格昂貴，因此無法移動，如果使用這種設計方案，就足以了解每個專用芯片的輸出功能。外部連接模式的自動計算，這不符合我的發(fā)布目標，因此，盡管這是一個理想的解決方案，但它并沒有被放棄。第二種解決方案特點是簡單，廉價且準確的自動產品計數器，但是在系統(tǒng)處于異常狀態(tài)時非常不穩(wěn)定，在當今市場上它也是自動計算機產品的過時產品，在某些情況下，產品數量很少在這種情況下，這種選擇過于簡單且難以做出。第三個程序是該論文項目中采用的程序，其主要原因如下：該系統(tǒng)具有廣泛的知識，可以提供精確且穩(wěn)定的自動化計算。-干擾能力整個系統(tǒng)無法保存數據時發(fā)生故障當系統(tǒng)儀表板不正確時，可能會發(fā)生故障或故障，這也是一個嚴重的設計問題。2.2系統(tǒng)總體框圖和原理系統(tǒng)總體框圖如圖四、電路構建原理：先由紅外線發(fā)生器發(fā)射紅外線，再由紅外線接收器接收被反射回來的紅外線。當紅外線被阻擋反射時，反射光照射紅外線接收器使接收器電阻減少，與無阻礙物時比較電壓發(fā)生變化，這樣就可以通過電壓比較器與基準電壓進行比較。當接收到反射紅外線時，紅外線電阻減小，分壓減小，與其串聯(lián)電阻分壓增大，電壓比較器對外輸出高電平。反之，再未接受反射紅外線時，紅外線電阻增大，分壓增大，與其串聯(lián)電阻分壓減小，電壓比較器對外輸出低電平。讓后通過AT89C51單片機對該電平變化進行計數，最后經過擴展令顯示器顯示2.3系統(tǒng)單元電路設計2.3.1電源供電電路圖五如圖5所示，電源使用變壓器降壓，橋式整流和電容器濾波。在穩(wěn)定電壓之后，將三端鎮(zhèn)流器785用作電源。該電源使用220V家用電源，并使用變壓器代替9VAC，使用由四個整流二極管（D1至D4）組成的橋式整流器形成DC電壓。經過C1濾波后，輸入到7805芯片以穩(wěn)定電壓，形成5V直流電源，用于紅外發(fā)射和接收電路，AT89C51電源。橋式整流電路：橋式整流器是最常見的電路，其中整流器由將交流電轉換為直流電的二極管使用。原理：橋式整流是對二極管半波整流的一種改進。利用二極管的單向導電性，在輸入正弦交流電的情況下輸出正弦交流電的正向部分負向部分被損失。橋式整流器使用4個二極管，2個一組，首尾相接組成單向通路，并將連接部分連入輸出端。兩組p端接輸出端負極，n端接輸出端正極。并且輸入正弦波的正半部分在第一個二極管處導通輸出電壓。如果輸入正弦波的負一半，另一端二極管形成通路同樣輸出電壓，即使它們都反向連接，它們仍會輸出正弦波的一半，橋式整流器的輸入正弦波的利用率為是半波整流器的兩倍。需要特別指出的是，二極管作為整流元件，要根據不同的整流方式和負載大小加以選擇。如選擇不當，則或者不能安全工作，甚至燒了管子；或者大材小用，造成浪費。優(yōu)點：橋式整流電路是由多只整流二極管作橋式連接，外用絕緣塑料封裝而成，大功率橋式整流器會在絕緣層外添加金屬殼包封，增強散熱。橋式整流器品種多，性能優(yōu)良，整流效率高，穩(wěn)定性好，最大整流電流從0.5A到50A，最高反向峰值電壓從50V到1000V。濾波電路分析濾波電路的作用是將交流電轉換為直流電，但是由于該電路的脈動分量很大。而一般的通用電子設備要求直流電源的脈動系數（電壓或電流幅度與平均值之比，稱為脈動系數s）必須小于0.01，因此，必需在保持輸出電壓的直流分量不變的情況下，設法減小直流電源的脈動分量，最終使輸出電壓趨于穩(wěn)定。這樣的電路是直流電源中的濾波電路。常見的濾波器電路有兩種類型：無源濾波器和有源濾波器，無源濾波器的主要形式是電容器濾波器，感應濾波器和復數濾波器無源濾波電路通常用在功率電路中，比如直流電源整流后的濾波，或者大電流負載時采用LC（電感、電容）電路濾波DC中的肋骨成分的大小由肋骨系數表示。值越大，濾波效果越差。分數系數（s）=輸出電壓的交流分量的最大值/輸出電壓的直流分量的最大值如果交流電的角頻率是固定的，那么R和C2越大，脈動系數越小，濾波效果越好；隨著R值的增加，電阻上直流電壓的壓降將增大。這將增加內部直流電源的損耗增加；如果增加C2的電容，電容器的體積和重量將增加，這是不現實的。為了解決這個問題，我們在電壓穩(wěn)定之前和之后都吸收了濾波器，并使用電容器的充電和放電來補償AC組件的電壓波動。穩(wěn)壓電路2.3.2紅外線檢測部分如圖六所示紅外探測器接管一對紅外發(fā)射器和接收器，如果電路工作正常，則沒有障礙物阻擋紅外接收器，紅外接收器具有紅外輻射，此時紅外接收器的電阻很小，大部分電壓加到R3，這是電壓比較器LM324的正輸入電壓，而負輸入電壓則由R4和R5的分壓以及該電壓確定為。R3的值大于參考電壓值，使得電壓比較器LM324輸出高電平；如果紅外發(fā)射器和接收器之間有障礙物，則紅外接收器沒有紅外輻射，并且紅外接收器的電阻非常大，大部分電壓加到紅外接收器上，這也是當電壓正向輸入電壓比較器LM324的負電壓為負，輸入電壓也由R4和R5分壓確定。作為輸出電壓，R3電壓低于參考電壓值，因此該電壓低于LM324。2.3.3數碼管顯示部分圖七、數碼管顯示部分顯示器使用74LS245作為數字管的驅動器電平，通過兩個PNP三極管完成位選擇操作，并通過軟件解碼完成?？紤]到動態(tài)掃描期間的燈點亮時間非常短，此處將74LS245用作斜坡的段驅動器電平。在此設計中，中間代碼輸出端口的輸出端口為P0端口，漏極開路為P0端口。它具有非常強的填充電流容量，但是上拉電流容量很差，因此我在P0端口上增加了10個漏極電阻作為導通電阻。上拉電阻的作用是，當單芯片輸入為0時，上拉電阻上的電流直接流入宏處理器，從而使數字管的段代碼保持在低電平。因此，數碼管此時不發(fā)光。另一方面，當宏處理器的輸出為0時，上拉電阻器使電流進入單個芯片，而漏極電阻器上的電流流入數字電子管，從而使軟線管以該數字發(fā)光。次（此處為共陰數碼管）。圖八、共陰數碼管原理圖 圖九、共陽數碼管原理圖數字管實際上是八個發(fā)光二極管，它們以兩種方式連接。當連接它們的陰極時，以這種方式構造的數字管變成連接其陽極的公共負數字管。這成為陰極數碼管。LED數碼管的特點：多個LED數字管的所有部分均由8位I/O端口控制，因此我們的位LED始終顯示相同的字符。為了顯示不同的字符，必須使用掃描方法依次打開每個LED。即，每次只顯示一個字符。此時，段選擇控制I/O輸出相應的字符段選擇代碼（字體代碼），并且位選擇控制I/O端口將門控制電平傳輸到顯示位（當LED是共陰極時））。如果LED是共陽極，則在該位上顯示相應的字符，以便依次顯示每個字符。對于每個輸入，段選擇和位選擇的延遲時間為1ms。如果是0.1s，則每個顯示之間的間隔不必超過20ms，并且保持延遲時間恒定可以提供視覺上的持續(xù)時間效果，每個數字顯像管始終給人以打開的感覺。數碼管驅動部分圖十、74LS245引腳圖引腳功能：A：A總線端B:B總線端：三態(tài)允許端（低電平有效）DIR：方向控制端功能表DIR操作LLB端流向A端LHA端流向B端HX高阻利用74LS245可將單片機輸出的4個TTL門電流提高到每人口為8個TTL門，中樣提高了數碼管的段選輸入電流，從而提高數碼的亮度。單片機計數及控制部分圖十一、單片機計數部分計數部分如圖11所示。它由AT89C51控制。基本原理是，當紅外檢測部分檢測到經過的物體時，紅外接收電路的串聯(lián)電阻將降低分壓，從而使電壓比較器的正輸入小于負輸入電壓，從而使電壓比較器輸出低電平信號，該信號將提供給MCU進行計數控制。計數部分有三種方案：外部中斷，t0或T1計數器脈沖統(tǒng)計信息和查詢方法。t0或T1計數器的主要功能是對特定時間段內的脈沖數進行計數。我們不是在這里研究在一定時間內通過的項目數，而是在顯示屏上實時顯示當前計數值，因此在這里我們不能使用t0或T1計數器。查詢方法是在一定時間段或一定時間內查詢CPU是否存在計數脈沖。眾所周知，CPU查詢一個脈沖大約需要一個機器周期，即12個振蕩周期。與MCU的速度相比，外部流水線的傳輸速度太慢。如果我們堅持使用查詢方法來計算對象的傳輸速度，那么對于MCU來說就是太浪費時間了。在單片機產品的設計中，時間資源和空間數據特別寶貴，不易浪費，因此放棄了查詢方案。外部中斷方法是使用p3.2端口的第二個功能INT0中斷。此時，當產生低電平時，MCU將自動進入中斷服務程序以處理外部中斷問題。但是，此時，由于外部干擾或對象的特性，可能會觸發(fā)反向中斷，這可能會導致計算錯誤，重新計算以及其他錯誤后果。原因是我們不再使用電平觸發(fā)器，而是使用負邊沿觸發(fā)模式，因此只有當產生完整的脈沖時，才會出現負邊沿，這可以解決大型程序中的錯誤問題。綜上所述，在這種設計中，最合理的方法是使用外部中斷計數。4K字節(jié)閃存，128字節(jié)內部RAM，32個I/O端口線，兩個16位定時/計數器，5矢量二級中斷，全雙工串行通信端口，片內振蕩電路到時候，AT89C51可以降低到0Hz靜態(tài)邏輯運行，并支持兩種軟件的省電模式?？臻e模式使CPU停止工作，但允許ram，定時器/計數器，串行端口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電后，ROM的內容被保存，但是振蕩器停止工作，并且所有其他組件被禁止工作，直到下一次硬件復位為止。3.硬件說明3.1硬件復位圖十二、AT89C51單片機外型圖十三、AT89C51P3口功能AT89C51共有四十個引腳，采用雙列直插式封閉，各引腳功能如下：P0～P3：數據輸入輸出端口。P0口：一個漏極開路的8位準雙向I/O端口，作為漏極開路的輸出端口，每位能驅動8個LS型TTL負載。當P0口作為輸入口使用時，應先向口鎖存器（地址80H）定入全1，此時P0口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口作用時要先寫我，這就是準雙向的含義。P1口：一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P1的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫1時，能過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P1作輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（）。P2口：一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內部的上接電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P2作輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被部信號拉低的引腳會輸出一個電流（）。P3口:一個還內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對商品寫1時，通過內部的上拉電阻把商品拉到高電位，這時可用作輸入口。P3作輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流：（）。在AT89C51中，P3口還用于一些復用的功能，即第二功能，其復用功能如圖十三所示。此外，RST引腳是復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效，其有效時間應持續(xù)24個振蕩周期（即二個機器周期）以上，若使用頻率為6MHZ晶振，則復位信號持續(xù)時間應超過4s，才能完成復位操作。3.2復位電路整個復位電路包括芯片內、外兩部分。外部電路（如圖十四）產生的復位信號送至施密特觸發(fā)器，再由片內復位電路在每個機器周期的S5P2時施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內部復位操作所需要的信號。圖十四、復位電路邏輯圖3.3復位電路的分類復位電路又分為手動復位，上電復位和看門狗復位。上電復位：在加電瞬間電容通過充電來實現的，其電路如圖十五所示。在通電瞬間，電容C通過電阻R充電，RST端出現正脈沖，用以復位。圖十五、上電復位電路手動復位：所謂手動復位就是通過一按鍵開關，使單片機進入復位狀態(tài)。系統(tǒng)在上電運行后，需要復位，通過手動得利位來實現，一般是阻容復位和手動復位相結合。圖十六、手動復位電路看門狗復位：看門狗（以max813為例）是一種監(jiān)控單片機是否出問題和上電復位的一專用芯片，它在單片機上電的時候可以給出上電復位信號，當系統(tǒng)進行正常工作的時候，要在1.6秒之內要給出一個脈沖信號，否則看門狗就會發(fā)出一個復位信號至單片機的復位角，使單片機復位，這種操作一般在程序中處理。圖十七、看門狗復位電路3.4全電路圖4結論在這個畢業(yè)項目的研究過程中，我遇到了很多問題:在選擇單元時，光電傳感器總是紅外輻射類型，或者紅外發(fā)射機和紅外接收機，這讓我很困惑。在選擇單片機時，無論是選擇內部閃存為4ko的AT89C51，還是選擇內部閃存為8K的AT89C2051，還是選擇內部閃存為8K的STC89C51，我都感到困惑(事實上，兩者都可以實現上述功能)。最讓我困惑的是紅外發(fā)射和接收管是否能產生高低電平或脈沖信號，以及如何產生脈沖或跳級信號。事實上，通過設計要求，我們可以看到沒有必要過多地考慮或擴展at89c51。我們可以用七段nixie管來計數。但是在計數過程中，由于使用了動態(tài)掃描，在第一次實驗中，nixie管是非常暗的，然后增加一個試點階段，使nixie管正常工作?；趩纹瑱C的自動產品計數器可以實現實時、穩(wěn)定、準確的計數。如果我們希望就此問題開展深入研究,我們可以使用自動計數器AT89S52作為產品的控制單元,這樣的特殊芯片與數據保護(AT24C02芯片)、溫泉為微機monopuce芯片,自動復位的看門狗(MAX813)、報警功能鍵的游戲賬戶上限等。自動電表設計中的抗干擾問題一直是設計人員的一門課程!只要我們能有效地解決這個問題，高質量的自動化技術產品的形成就在街角!at89c51的溫度范圍為-55~150，頻率范圍的上限為24MHz。過程中的插圖、漫畫開頭,我想用這個詞本身這個詞所畫,但結果并不好,要是有個小條,插圖中的變化不能連接和分散,因此并非實際的改變。后來我想用AutoCAD來