智能儀表綜合課程設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的紅外脈沖計(jì)數(shù)器

摘要計(jì)數(shù)是一種簡(jiǎn)單的基本運(yùn)算，計(jì)數(shù)器就是實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)算的邏輯電路。計(jì)數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對(duì)脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量、計(jì)數(shù)和控制的功能。同時(shí)兼有分頻功能，計(jì)數(shù)器是由基本的計(jì)數(shù)單元和一些控制門所組成，計(jì)數(shù)單元?jiǎng)t是由基本的計(jì)數(shù)單元和一些控制門組成，計(jì)數(shù)單元?jiǎng)t是由一系列具有存儲(chǔ)信息功能的各類觸發(fā)器構(gòu)成。還有的計(jì)數(shù)器是通過(guò)一些復(fù)雜的集成單元比如單片機(jī)以及外設(shè)構(gòu)成，以完成顯示、控制等一些復(fù)雜的功能帶有傳感器的計(jì)數(shù)器應(yīng)用范圍遍布印刷、紡織、印染、針織、電纜、電訊、軍工、輕工、機(jī)械、開(kāi)關(guān)、斷路器、礦山、實(shí)行多班制的紡織行業(yè)的織布機(jī)、織帶機(jī)、制線、制帶、造紙、制革、薄膜、高壓開(kāi)關(guān)電器產(chǎn)品、試驗(yàn)設(shè)備，印刷設(shè)備、短路器、醫(yī)療、紡織、機(jī)械、倉(cāng)庫(kù)和碼頭的貨運(yùn)、行人及車輛過(guò)往的數(shù)量計(jì)數(shù)、冶金、食品、國(guó)防、包裝、配料、石油、化工、發(fā)電、機(jī)床、儀表、自動(dòng)化控制等行業(yè)。關(guān)鍵詞：紅外脈沖計(jì)數(shù)；1838；AT89C51目錄1紅外脈沖計(jì)數(shù)器的簡(jiǎn)介 1紅外脈沖計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介 1紅外計(jì)數(shù)器的作用 1本課題的背景和意義 12系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 22.1紅外脈沖計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介 22.2設(shè)計(jì)要求 22.3設(shè)計(jì)方案論證 22.4硬件設(shè)計(jì)電路 33.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 5主控制器選擇 5顯示電路 5紅外傳感器簡(jiǎn)介 61838紅外傳感器與單片機(jī)的接口電路 7時(shí)鐘電路 8復(fù)位電路 8系統(tǒng)總體電路圖 94設(shè)計(jì)語(yǔ)言及軟件介紹 104.1C語(yǔ)言介紹 104.2keilC51軟件介紹 115系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 125.1概述 125.2系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)模塊 12主程序 12顯示子程序 12中斷子程序 125.3控制源程序 135.3.1C程序 13程序清單 155.4調(diào)試及仿真 15結(jié)論 18參考文獻(xiàn) 191紅外脈沖計(jì)數(shù)器的簡(jiǎn)介紅外脈沖計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介計(jì)數(shù)是一種簡(jiǎn)單的基本運(yùn)算，計(jì)數(shù)器就是實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)算的邏輯電路。計(jì)數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對(duì)脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量、計(jì)數(shù)和控制的功能。同時(shí)兼有分頻功能，計(jì)數(shù)器是由基本的計(jì)數(shù)單元和一些控制門所組成，計(jì)數(shù)單元?jiǎng)t是由基本的計(jì)數(shù)單元和一些控制門組成，計(jì)數(shù)單元?jiǎng)t是由一系列具有存儲(chǔ)信息功能的各類觸發(fā)器構(gòu)成。還有的計(jì)數(shù)器是通過(guò)一些復(fù)雜的集成單元比如單片機(jī)以及外設(shè)構(gòu)成，以完成顯示、控制等一些復(fù)雜的功能。紅外計(jì)數(shù)器的作用計(jì)數(shù)器的應(yīng)用范圍也遍布印刷、紡織、印染、針織、電纜、電訊、軍工、輕工、機(jī)械、開(kāi)關(guān)、斷路器、礦山、實(shí)行多班制的紡織行業(yè)的織布機(jī)、織帶機(jī)、制線、制帶、造紙、制革、薄膜、高壓開(kāi)關(guān)電器產(chǎn)品、試驗(yàn)設(shè)備，印刷設(shè)備、短路器、醫(yī)療、紡織、機(jī)械、倉(cāng)庫(kù)和碼頭的貨運(yùn)、行人及車輛過(guò)往的數(shù)量計(jì)數(shù)、冶金、食品、國(guó)防、包裝、配料、石油、化工、發(fā)電、機(jī)床、儀表、自動(dòng)化控制等行業(yè)。本次設(shè)計(jì)的目的就是讓我們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中，制作一個(gè)以單片機(jī)為MCU的計(jì)數(shù)顯示器件。并使我們了解電子設(shè)備在工業(yè)中的實(shí)際運(yùn)用，以及工程設(shè)計(jì)的相關(guān)程序。1.3本課題的背景和意義將紅外脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以顯示出來(lái)的數(shù)值，然后通過(guò)顯示單元，如LED、LCD或者電腦屏幕等顯示出來(lái)給人觀察。這樣就完成了紅外脈沖計(jì)數(shù)器的基本計(jì)數(shù)功能。隨著計(jì)數(shù)器技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，計(jì)數(shù)器的種類越來(lái)越多，應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣，隨之而來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈。過(guò)硬的技術(shù)也成為眾多生產(chǎn)廠商競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。廠商為了在競(jìng)爭(zhēng)中處于不敗之地，從而不斷地改進(jìn)技術(shù)，增加產(chǎn)品的種類?，F(xiàn)計(jì)數(shù)器的種類以增加到：電磁計(jì)數(shù)器、電子計(jì)數(shù)器、機(jī)械計(jì)數(shù)器（拉動(dòng)機(jī)械計(jì)數(shù)器、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械計(jì)數(shù)器、按動(dòng)機(jī)械計(jì)數(shù)器、測(cè)長(zhǎng)機(jī)械計(jì)數(shù)器）、液晶計(jì)數(shù)器等。 本課題以設(shè)計(jì)紅外脈沖計(jì)數(shù)器為目標(biāo)，采用1838紅外接受管作為傳感器，由單片機(jī)對(duì)其輸出信號(hào)做處理并顯示。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介紅外脈沖計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介紅外脈沖計(jì)數(shù)器就是對(duì)紅外脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并對(duì)當(dāng)前值進(jìn)行檢測(cè)并作出相應(yīng)的處理。紅外脈沖計(jì)數(shù)器具有良好的抗干擾性及穩(wěn)定性，在生產(chǎn)生活中尤其是在工業(yè)自動(dòng)控制方面具有相當(dāng)重要的作用。應(yīng)用范圍也遍布印刷、紡織、印染、針織、電纜、電訊、軍工、輕工、機(jī)械、開(kāi)關(guān)、斷路器、礦山、儀表、自動(dòng)化控制等行業(yè)。設(shè)計(jì)要求1、將計(jì)數(shù)值準(zhǔn)確通過(guò)LED數(shù)碼管顯示出來(lái)2、測(cè)量范圍為00-99。設(shè)計(jì)方案論證方案一：采用多種數(shù)字邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯控制、主門、門控、計(jì)數(shù)單元的設(shè)計(jì)要求，這樣設(shè)計(jì)的電路整體比較復(fù)雜，而且不宜完成發(fā)揮部分的功能要求。所以方案一不采用。方案二：可以采用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯控制、主門、門控、計(jì)數(shù)單元的設(shè)計(jì)要求，并且設(shè)計(jì)方便，但由于對(duì)FPGA的技術(shù)原理掌握不夠熟練，所以放棄方案二。方案三：系統(tǒng)采用8051為核心的單片機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)原理圖中的邏輯控制、主門、門控、計(jì)數(shù)的設(shè)計(jì)要求單片機(jī)計(jì)數(shù)器的方式控制寄存器TMOD中的GATE位=1時(shí)，可以很方便的進(jìn)行INT0引腳的外部輸入信號(hào)的時(shí)間間隔測(cè)量。且單片機(jī)的控制電路很容易實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，比如語(yǔ)音模塊、測(cè)溫I2C模塊、時(shí)鐘模塊、A/D模塊等。故采用方案三。整體設(shè)計(jì)框圖如圖２.３所示。AT89C51AT89C51主控制器顯示電路時(shí)鐘電路顯示電路時(shí)鐘電路信號(hào)接受電信號(hào)接受電路復(fù)位電路復(fù)位電路圖脈沖計(jì)數(shù)器總體電路結(jié)構(gòu)框圖硬件設(shè)計(jì)電路在AT89S51單片機(jī)的P3^2引腳，即外部中斷0的入口引腳外接1838的output腳，作為計(jì)數(shù)的輸入口，用單片機(jī)的P0.0－P0.7接一個(gè)共陰數(shù)碼管的段選，作為0－9的數(shù)字顯示，用單片機(jī)的P2.0作為共陰數(shù)碼管的位選，控制計(jì)數(shù)器的個(gè)位數(shù)顯示，用P2.1作為共陰數(shù)碼管的位選，控制計(jì)數(shù)器的十位顯示；硬件電路圖如圖所示：圖數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)電路圖圖3-1AT89C51引腳圖VCC：電源電壓；GND：地； 51單片機(jī)是對(duì)所有兼容Intel8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱。該系列單片機(jī)的始祖是Intel的8031單片機(jī)，后來(lái)隨著Flashrom計(jì)數(shù)的發(fā)展，成為應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一。其代表型號(hào)是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)之中。本課程設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)是STC89C52RC，完全兼容8031指令系統(tǒng)，并具有更大的Flashrom。其良好的穩(wěn)定性及性價(jià)比使得它占據(jù)著國(guó)內(nèi)51單片機(jī)較大的市場(chǎng)。在本任務(wù)中用2位數(shù)碼管顯示當(dāng)前數(shù)值的十位、個(gè)位，由于數(shù)碼管個(gè)數(shù)多，如采用靜態(tài)顯示方式，則占用單片機(jī)的I/O口線太多，如果用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的串行移位寄存器工作方式及外接串入并出移位寄存器74LS164的方式，則電路復(fù)雜。所以，在數(shù)碼管個(gè)數(shù)較多時(shí)，常采用動(dòng)態(tài)顯示方式。２位數(shù)碼管的相同段并聯(lián)在一起，由一個(gè)6位I/O（P1口）輸出字形碼控制顯示某一字形，每個(gè)數(shù)碼管的公共端由另外一個(gè)I/O口（P0口)輸出的字位碼控制，即數(shù)碼管顯示的字形是由單片機(jī)I/O口輸出的字形碼確定，而哪個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮是由單片機(jī)I/O口輸出的字位碼確定的。２個(gè)數(shù)碼管分時(shí)輪流循環(huán)點(diǎn)亮，在同一時(shí)刻只有1個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮，但由于數(shù)碼管具有余輝特性及人眼具有視覺(jué)暫留特性，所以適當(dāng)?shù)剡x取循環(huán)掃描頻率，看上去所有數(shù)碼管是同時(shí)點(diǎn)亮的，察覺(jué)不出閃爍現(xiàn)象。動(dòng)態(tài)顯示方式所接數(shù)碼管不能太多，否則會(huì)因每個(gè)數(shù)碼管所分配的實(shí)際導(dǎo)通時(shí)間太少，使得數(shù)碼管的亮度不足。在本任務(wù)中，為了簡(jiǎn)便，字形碼和字位碼都沒(méi)由加驅(qū)動(dòng)電路，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)加驅(qū)動(dòng)電路。如圖所示：圖3-2顯示電路紅外傳感器簡(jiǎn)介紅外接收電路通常被廠家集成在一個(gè)元件中，成為一體化紅外接收頭。內(nèi)部電路包括紅外監(jiān)測(cè)二極管，放大器，限副器，帶通濾波器，積分電路，比較器等。紅外監(jiān)測(cè)二極管監(jiān)測(cè)到紅外信號(hào)，然后把信號(hào)送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠(yuǎn)近。交流信號(hào)進(jìn)入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過(guò)30khz到60khz的負(fù)載波，通過(guò)解調(diào)電路和積分電路進(jìn)入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號(hào)波形。注意輸出的高低電平和發(fā)射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏度。一體化紅外接收頭，如圖３-３所示：\o"查看圖片"

圖３-３紅外接收頭紅外接收頭的種類很多，引腳定義也不相同，一般都有三個(gè)引腳，包括供電腳，接地和信號(hào)輸出腳。根據(jù)發(fā)射端調(diào)制載波的不同應(yīng)選用相應(yīng)解調(diào)頻率的接收頭。3.4紅外傳感器與單片機(jī)的接口電路DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，單片機(jī)端口接單線總線，本次采用電源供電方式如圖3-4所示：圖3-41838紅外感器與單片機(jī)的接口電路時(shí)鐘電路用來(lái)提供單片機(jī)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)。圖3-5時(shí)鐘電路復(fù)位電路是單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開(kāi)始運(yùn)行。復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位、開(kāi)關(guān)復(fù)位。此處選擇上電復(fù)位，該操作要求接通電源后自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。電容上電后使RST持續(xù)一段高電平時(shí)間，此處電解電容C3設(shè)定參數(shù)為10uf，如圖所示：圖3-6復(fù)位電路溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖如圖3-7所示,控制器使用單片機(jī)AT89C51,溫度計(jì)傳感器使用1838紅外接收管,用LED實(shí)現(xiàn)溫度顯示。本溫度計(jì)大體分三個(gè)工作過(guò)程。首先，由1838紅外傳感器芯片將接收到的紅外脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并將結(jié)果送入單片機(jī)。然后，通過(guò)89C5I單片機(jī)芯片對(duì)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行累計(jì)加數(shù)，井將此結(jié)果送入 LED顯示模塊。由圖3-7可看到，本電路主要由1838紅外感器芯片、和89C51單片機(jī)芯片組成。圖3-7系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖4設(shè)計(jì)語(yǔ)言及軟件介紹4.1C語(yǔ)言介紹C語(yǔ)言是一種面向過(guò)程的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它是目前眾多計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中舉世公認(rèn)的優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言之一。它由美國(guó)貝爾研究所的D.M.Ritchie于1972年推出。1978后，C語(yǔ)言已先后被移植到大、中、小及微型機(jī)上。C語(yǔ)言發(fā)展如此迅速，而且成為最受歡迎的語(yǔ)言之一，主要因?yàn)樗哂袕?qiáng)大的功能。許多著名的系統(tǒng)軟件，如DBASEⅣ都是由C語(yǔ)言編寫(xiě)的。用C語(yǔ)言加上一些匯編語(yǔ)言子程序，就更能顯示C語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)了，像PC-DOS、WORDSTAR等就是用這種方法編寫(xiě)的。C語(yǔ)言是一種成功的系統(tǒng)描述語(yǔ)言，用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的UNIX操作系統(tǒng)就是一個(gè)成功的范例;同時(shí)C語(yǔ)言又是一種通用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在國(guó)際上廣泛流行。世界上很多著名的計(jì)算公司都成功的開(kāi)發(fā)了不同版本的C語(yǔ)言，很多優(yōu)秀的應(yīng)用程序也都使用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，它是一種很有發(fā)展前途的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。1.C是中級(jí)語(yǔ)言。它把高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句與低級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性結(jié)合起來(lái)。C語(yǔ)言可以像匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元。2.C是結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言。結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?，便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。C語(yǔ)言是以函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語(yǔ)句控制程序流向，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。3.C語(yǔ)言功能齊全。具有各種各樣的數(shù)據(jù)類型，并引入了指針概念，可使程序效率更高。而且計(jì)算功能、邏輯判斷功能也比較強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)決策目的的游戲。4.C語(yǔ)言適用范圍大。適合于多種操作系統(tǒng)，如Windows、DOS、UNIX等等；也適用于多種機(jī)型。C語(yǔ)言對(duì)編寫(xiě)需要硬件進(jìn)行操作的場(chǎng)合，明顯優(yōu)于其它解釋型高級(jí)語(yǔ)言，有一些大型應(yīng)用軟件也是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的。C語(yǔ)言具有較好的可移植性，并具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫(xiě)系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動(dòng)畫(huà)。它是數(shù)值計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言。4.2keilC51軟件介紹KeilC51是德國(guó)KeilSoftware公司（ARM公司之一）出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1概述5.2系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)模塊系統(tǒng)程序主要包括主程序，中斷處理程序和顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。5主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示，主程序流程圖如圖所示。顯示數(shù)值顯示數(shù)值程序開(kāi)始顯示數(shù)值顯示數(shù)值程序開(kāi)始圖4主程序流程圖5顯示子程序顯示子程序?qū)?shù)字轉(zhuǎn)換為兩個(gè)字符，分別在十位和個(gè)位顯示。5中斷子程序進(jìn)入中斷就說(shuō)明接收到脈沖，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序圖4.2.2NN進(jìn)入中斷計(jì)數(shù)加1計(jì)數(shù)大于99計(jì)數(shù)清零返回圖中斷子程序流程圖5.3控制源程序5C程序接收程序：#include<reg51.h>typedefunsignedcharuint8;typedefunsignedintuint16;sbitK2=P3^5;//設(shè)置接收引腳/*延時(shí)函數(shù)*/voiddelay(uint16x){ uint16i,j; for(i=x;i>0;i--) for(j=114;j>0;j--); }codeuint8LED_CODE[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//數(shù)碼管位碼表uint8Buffer_Counts[]={0,0};//顯示位uint16Count=0;voidShow_Counts(){ Buffer_Counts[1]=Count%100/10;//提取個(gè)位 Buffer_Counts[0]=Count%10; //提取十位 P2=0xfe; P0=LED_CODE[Buffer_Counts[0]];