生產(chǎn)流水線產(chǎn)品產(chǎn)量顯示系統(tǒng).doc

物理與電子工程學(xué)院 單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計報告書 設(shè)計題目： 生產(chǎn)流水線產(chǎn)品產(chǎn)量顯示系統(tǒng) 專 業(yè)： 自動化 班 級： 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 指導(dǎo)教師： 2013年 12 月 16日物理與電子工程學(xué)院 課程設(shè)計任務(wù)書專業(yè)： 自動化 班級： 二班 學(xué)生姓名學(xué)號課程名稱單片機(jī)原理與接口技術(shù)設(shè)計題目生產(chǎn)流水線產(chǎn)品產(chǎn)量顯示系統(tǒng)設(shè)計目的、主要內(nèi)容（參數(shù)、方法）及要求設(shè)計目的：鞏固單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程中所學(xué)的知識，提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生查閱資料和閱讀文獻(xiàn)的能力，培養(yǎng)學(xué)生初步的科研能力，為畢業(yè)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。主要內(nèi)容：本課程設(shè)計主要是利用單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程中所學(xué)的知識，完成一個生產(chǎn)流水線產(chǎn)品產(chǎn)量統(tǒng)計顯示系統(tǒng)的設(shè)計。設(shè)計內(nèi)容包括硬件電路原理圖、顯示程序設(shè)計、硬件和軟件的綜合調(diào)試。設(shè)計要求：1、以80C51系列單片機(jī)為核心器件，組成一個生產(chǎn)流水線產(chǎn)品產(chǎn)量顯示系統(tǒng)。用三位數(shù)碼管顯示一個班組的產(chǎn)品件數(shù)。2、在現(xiàn)有的單片機(jī)實(shí)驗系統(tǒng)上完成硬件電路接線。3、完成該課題的程序設(shè)計、提交程序設(shè)計框圖及程序設(shè)計清單。4、完成硬件與軟件的綜合調(diào)試，實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。5、通過老師審核，提交課程設(shè)計報告。工作量2周時間，每天3學(xué)時，共計42學(xué)時進(jìn)度安排第1-3天：根據(jù)任務(wù)書的要求查閱相關(guān)資料。閱讀相關(guān)文獻(xiàn)。搞清楚本課題的設(shè)計內(nèi)容，對本課題的設(shè)計有個初步的設(shè)想。第4-5天：完成本課題設(shè)計的基本設(shè)計方案，通過指導(dǎo)老師的審核。第6-7天：完成課題的硬件電路的設(shè)計,完成程序設(shè)計。第8-9天：進(jìn)行調(diào)試。第10-11天：撰寫課題設(shè)計報告書，并根據(jù)指導(dǎo)教師的意見進(jìn)行修改。第12天：完成課程設(shè)計報告書。第13天：提交報告書。第14天：指導(dǎo)教師批閱課程設(shè)計報告書。 主要參考資料1、韓志軍，沈晉源，王振波.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M機(jī)械工業(yè)出版社，2005年2、李全利.單片機(jī)原理與接口技術(shù)M高等教育出版社，2009年第二版3、馬淑蘭.單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用實(shí)例分析M西安電子科技大學(xué)出版社，2009年指導(dǎo)教師簽字教研室主任簽字摘 要 隨著當(dāng)今社會的快速發(fā)展，越來越多的產(chǎn)品裝配線上及各種公共場所都需要自動計數(shù)?；趩纹瑱C(jī)的自動計數(shù)器是計數(shù)直觀、顯示準(zhǔn)確的優(yōu)勢產(chǎn)品，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。自動計數(shù)器有各種形式，具體來說有接觸式和非接觸式兩種計數(shù)器。隨著當(dāng)今科學(xué)的發(fā)展，非接觸式紅外計數(shù)器被廣泛的應(yīng)用到各行各業(yè)。本次設(shè)計以STC89C51單片機(jī)為核心，利用專用的紅外傳感器作為檢測裝置，用LED數(shù)碼管作為人機(jī)交互的界面。具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、顯示清楚等特點(diǎn)。具體思路是專業(yè)檢測芯片（本次設(shè)計用紅外傳感器）形成計數(shù)脈沖后送入STC89C51單片機(jī)控制單元，通過對單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)計數(shù)，然后由數(shù)碼管LED顯示，從而實(shí)現(xiàn)對流水線產(chǎn)品產(chǎn)量的統(tǒng)計顯示。關(guān)鍵詞：紅外檢測；自動計數(shù)；單片機(jī)；LED數(shù)碼管 目 錄 1緒論51.1前言51.2研究背景51.3國內(nèi)外研究概況51.4課題分析61.5設(shè)計要求62.系統(tǒng)硬件框圖63.系統(tǒng)單元電路的設(shè)計73.1 紅外線檢測電路73.1.1 紅外傳感器的概念73.1.2紅外傳感器的組成和分類73.1.3紅外傳感器的特點(diǎn)與原理73.2 LED顯示器部分83.2.1 MCS-51單片機(jī)和LED顯示接口83.2.2 本次設(shè)計數(shù)碼管顯示部分83.2.3 本次設(shè)計次單片機(jī)與數(shù)碼管連接仿真圖93.3 單片機(jī)計數(shù)及控制部分103.3.1外部中斷計數(shù)103.3.2 本次設(shè)計中斷仿真圖104. 系統(tǒng)流程圖、程序設(shè)計114.1 主程序流程圖114.2 脈沖中斷流程圖114.3 程序設(shè)計115. 整體系統(tǒng)仿真原理圖136. 心得體會131緒論1.1前言自動化時代的社會，許多制造商在生產(chǎn)經(jīng)營中幾乎都要使用到流水線技術(shù)，但如何實(shí)現(xiàn)對其產(chǎn)品實(shí)時，高效，準(zhǔn)確的自動計數(shù)成為廣大廠商的極為關(guān)注的問題。傳統(tǒng)的計數(shù)器是一個數(shù)字集成電路組件，有許多缺點(diǎn)：例如：電路有更復(fù)雜的組件，較高的故障率，維修比較困難等。并且不能很方便設(shè)置預(yù)定值，功能比較單一，適用范圍窄。因此，具有實(shí)時計數(shù)準(zhǔn)確、可靠、穩(wěn)定的基于以單片機(jī)作為控制核心的自動計數(shù)裝置成為廣大廠家的首選。1.2研究背景當(dāng)今社會，基于單片機(jī)計數(shù)設(shè)備和以開發(fā)產(chǎn)品的微控制器技術(shù)為基礎(chǔ)的控制技術(shù)發(fā)展迅速，在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。以單片機(jī)為核心的產(chǎn)品和設(shè)備，促進(jìn)了生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，因此企業(yè)迫切需要很多懂單片機(jī)技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用和維護(hù)這些智能產(chǎn)品管理的高級工程技術(shù)人員。電子計數(shù)器是一種多功能的電子測量儀器，它采用電子檢測在一段時間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)，以數(shù)字形式顯示的結(jié)果。單片機(jī)以其體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、性價比高的特點(diǎn)，已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、智能化測量和控制產(chǎn)品的進(jìn)步和發(fā)展的一個重要手段。 1.3國內(nèi)外研究概況當(dāng)今的自動計數(shù)器產(chǎn)品大多采用非接觸的方式，并已開發(fā)出多種型號的專用測試芯片。使用以STC89C5為核心，輔以各種外設(shè)控制單元的自動計數(shù)裝置應(yīng)用已成為趨勢。但是，如何提高自動實(shí)時計數(shù)器的抗干擾能力、穩(wěn)定性等是國內(nèi)外生產(chǎn)研究的自動計數(shù)器的重要課題。自動計數(shù)是工廠流水線產(chǎn)品產(chǎn)量檢測的主體，但其往往工作在極其惡劣的高溫、高噪音環(huán)境中。而以STC89C51的為核心的微控制器產(chǎn)品系列自動計數(shù)器工作在這種環(huán)境下會經(jīng)常進(jìn)入死機(jī)（程序進(jìn)入無限循環(huán)）或出現(xiàn)濫用（單片機(jī)逍遙），這是基于單芯片自動技術(shù)產(chǎn)品存在的致命缺點(diǎn)。 1.4課題分析基于單片機(jī)構(gòu)成的自動計數(shù)器產(chǎn)品研究的主要課題包括：紅外模塊的原理、紅外模塊如何與單片機(jī)相連接、單片機(jī)如何與數(shù)碼管相連接、STC89C51單片機(jī)用何種方式對外部計數(shù)脈沖進(jìn)行計數(shù)顯示控制、數(shù)碼管如何編程顯示計數(shù)值。在這個設(shè)計中主要需要解決的問題便是如何用單片機(jī)通過C語言程序?qū)崿F(xiàn)對紅外檢測裝置信號的計數(shù)、數(shù)碼管對單片機(jī)傳過來信號的顯示。1.5設(shè)計要求 1)整個系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。 2)單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計，包括復(fù)位電路等。 3)能夠準(zhǔn)確地顯示計數(shù)值。4)具有自動清除功能。2.系統(tǒng)硬件框圖圖2.1 系統(tǒng)硬件框圖 原理闡述：當(dāng)流水線上沒有物體時，紅外傳感器沒有檢測到外部信號，處于高電平狀態(tài)；當(dāng)流水線上有物體時，紅外傳感器檢測到有外部信號，由原來的高電平狀態(tài)變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)，產(chǎn)生信號。將紅外傳感器的輸出端與單片機(jī)I/O連接，通過軟件程序設(shè)置單片機(jī)內(nèi)部寄存器，當(dāng)傳感器的高低脈沖被單片機(jī)接收到時，單片機(jī)產(chǎn)生中斷，中斷產(chǎn)生后進(jìn)入中斷服務(wù)程序，通過設(shè)置中斷服務(wù)程序，進(jìn)行計數(shù)。并通過P0、P1、P2分別接到數(shù)碼管上，由數(shù)碼管來顯示其個數(shù)。當(dāng)需要置位時按下復(fù)位開關(guān)，則計數(shù)器清零，重新開始計數(shù)。3.系統(tǒng)單元電路的設(shè)計 3.1 紅外線檢測電路 3.1.1 紅外傳感器的概念 紅外傳感器，在20世紀(jì)80年代興起的一個新的，高度敏感的探測器元件。它是一種能夠探測到由紅外線發(fā)射出的信號并且轉(zhuǎn)換成電信號的器件。紅外又稱紅外光，它具有反射，折射，散射，干涉，吸收和其他屬性。利用物體產(chǎn)生紅外輻射特性，紅外傳感器可以實(shí)現(xiàn)自動檢測。任何物質(zhì)，只要有一定的溫度（絕對零度以上），可以產(chǎn)生紅外線輻射，就可以用紅外傳感器檢測。紅外傳感器測量與被測對象無直接接觸，從而具有無摩擦，靈敏度高，響應(yīng)速度快的優(yōu)勢。 3.1.2紅外傳感器的組成和分類 組成：紅外傳感器組成由光學(xué)系統(tǒng)、檢測設(shè)備和轉(zhuǎn)換電路組成。分類：按結(jié)構(gòu)的不同可分為光學(xué)系統(tǒng)的傳輸和反射兩種類型。檢測元件根 據(jù)熱檢測設(shè)備和光學(xué)檢測設(shè)備的原則，可以分為熱敏監(jiān)測和光電檢測兩部分。使用最廣泛的熱元件是熱敏電阻。熱敏電阻器是由紅外輻射、溫度、電阻改變成電信號輸出的轉(zhuǎn)換電路。 3.1.3紅外傳感器的特點(diǎn)與原理特點(diǎn)：（1)具有信號輸出指示 （2)單路信號輸出 （3)輸出為低電平有效 （4)靈敏度可調(diào) (5)可用于工件計數(shù)、電機(jī)測速等 （6)電路板輸出開關(guān)量 原理：紅外模塊有三個I/O口，兩個口分別接電源正負(fù)極，另一個口則為輸出口，當(dāng)紅外傳感器沒有檢測到外部信號時該輸出口處于高電平狀態(tài)，當(dāng)檢測到外部物體時該輸出口由高電平狀態(tài)變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)，通過與單片機(jī)的I/O連接來檢測高低電平變化。原理圖：圖3.1.3 原理圖 3.2 LED顯示器部分 3.2.1 MCS-51單片機(jī)和LED顯示接口 經(jīng)常使用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，LED數(shù)碼管作為顯示輸出設(shè)備。雖然LED顯示屏顯示信息簡單，但它有顯示清晰、高亮度、低電壓、使用壽命長等特點(diǎn)。和單片機(jī)接口連接方便，基本能夠滿足單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的需求，所以經(jīng)常被用在單片機(jī)領(lǐng)域。 3.2.2 本次設(shè)計數(shù)碼管顯示部分 顯示部分是通過三個數(shù)碼管來完成，分別接到P0、P1、P2口上。然后再通過軟件譯碼來完成，為了考慮到數(shù)碼管在動態(tài)掃描時，每點(diǎn)亮一個數(shù)碼管的時間很短暫，這樣就會影響到數(shù)碼管的亮度，故在此用共陽極數(shù)碼管，用共陽極數(shù)碼管可以不用加驅(qū)動，而且顯示亮度非常好。 該設(shè)計中段碼輸出口是利用P0口作為輸出口，而P0口是漏極開路，雖然有很強(qiáng)的灌電流能力，但拉電流能力很差，故在P0口上加一個10K的排阻作為上接電阻。上拉電阻的作用是，當(dāng)單片機(jī)的P0口上輸入為1時，上拉電阻上的電流直接流入單片機(jī)中，使數(shù)碼管的段碼上保持低電平，因此碼管在這時不發(fā)光；而當(dāng)單片機(jī)的P0口輸出為高電平時，這時上拉電阻使電流灌入單片機(jī)中，故排阻上的電流流入數(shù)碼管中，因此這時數(shù)碼管發(fā)光（這里用的是共陽極數(shù)碼管）。本次設(shè)計顯示部分采用軟件譯碼動態(tài)顯示，所謂的軟件譯碼動態(tài)顯示是指字符段選擇組織一個表來顯示字符的第一次查表得到其選舉的代碼段，然后傳送到顯示段碼。3.2.3 本次設(shè)計次單片機(jī)與數(shù)碼管連接仿真圖 圖3.2.3 仿真圖3.3 單片機(jī)計數(shù)及控制部分 3.3.1外部中斷計數(shù) 完成技術(shù)功能的部分由單片機(jī)STC89C51控制，基本原理為當(dāng)紅外檢測部分檢測到光時，紅外接收電路輸出口將產(chǎn)生一個高電平信號，該信號將提供給單片機(jī)計數(shù)控制，P0、P1、P2三個端口負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)顯示的部分。 計數(shù)控制部分將計入脈沖的單片機(jī)STC89C51中斷INT0的入口，計數(shù)編程構(gòu)成中斷信號后，內(nèi)部的微控制器。 STC89C51的MCS-52指令集完全兼容。提供下列標(biāo)準(zhǔn)特性：4K字節(jié)的FLASH閃存，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 I / O口線，3個16位定時器/計數(shù)器，一個五向量兩個中斷，片上振蕩器和時鐘電路。 STC89C51的兩種省電模式具有下調(diào)至0Hz的靜態(tài)的邏輯功能。在CPU、振蕩器停止工作時，禁止其他部分工作，仍可繼續(xù)正常運(yùn)行的有RAM、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)，RAM中內(nèi)容不會刪除，復(fù)位時一切恢復(fù)正常?？傊O(shè)計最合理的是外部中斷計數(shù)，故本次設(shè)計采用外部中斷計數(shù)。3.3.2 本次設(shè)計中斷仿真圖 圖3.3.2 中斷仿真圖4. 系統(tǒng)流程圖、程序設(shè)計 4.1 主程序流程圖 圖4.1 主程序流程圖 4.2 脈沖中斷流程圖 圖4.2 脈沖中斷流程圖 4.3 程序設(shè)計 /* 說明：每次按下計數(shù)鍵時觸發(fā) INT0 中斷，中斷程序累加計數(shù)， 計數(shù)值顯示在3 只數(shù)碼管上，按下 清零鍵時數(shù)碼管清零 */#include #define char unsigned char #define unit unsigned int /09 的段碼 DSY_CODE=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff; char DSY_Buffer=0,0,0; char Count=0; bit Clear_Key=P36; /數(shù)碼管上顯示計數(shù)值 void Show_Count_ON_DSY() DSY_Buffer2=Count/100; /獲取3 個數(shù) DSY_Buffer1=Count%100/10; DSY_Buffer0=Count%10; if(DSY_Buffer2=0) /高位為0 時不顯示 DSY_Buffer2=0x0a; if(DSY_Buffer1=0) /高位為0，若第二位為0 同樣不顯示 DSY_Buffer1=0x0a; P0=DSY_CODEDSY_Buffer0; P1=DSY_CODEDSY_Buffer1; P2=DSY_CODEDSY_Buffer2; /主程序 void main() P0=0xff; P1=0xff; P2=0x00; IE=0x81; /允許INT0 中斷 IT0=1; /下降沿觸發(fā) while(1) if(Clear_Key=0) Count=0; /清0 Show_Count_ON_DSY(); /INT0 中斷函數(shù) void EX_INT0() interrupt 0 Count+; /計數(shù)值遞增 5. 整體系統(tǒng)仿真原理圖 圖5.1 整體系統(tǒng)仿真原理圖6. 心得體會 通過這次設(shè)計，使我對電路設(shè)計有了很多的了解。其實(shí)，有些設(shè)計并不是你想象的那么難，關(guān)鍵看你怎么轉(zhuǎn)換。就像這個計數(shù)系統(tǒng)，聽起來好像有多難似的，其實(shí)它就是一個計數(shù)、譯碼的過程。因此，做這個實(shí)驗選芯片很關(guān)鍵。還有要充分掌握芯片的用法及引腳功能。給我印象最深的是原來我們那個原理圖上沒有設(shè)計清零功能 ，后來我們通過了解74LS192的引腳功能，我們設(shè)置了清零開關(guān)。感覺挺有成就感。 本次設(shè)計我一開始很沒頭緒，不知怎么做。后來經(jīng)過看書研究終于有點(diǎn)眉目，一開始連紅外模塊是什么都不知道，更不要說怎么與單片機(jī)