包裝生產(chǎn)線自動計數(shù)系統(tǒng)設(shè)計

包裝生產(chǎn)線自動計數(shù)系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)名稱電氣工程及其自動化完成時間I包裝生產(chǎn)線自動計數(shù)系統(tǒng)設(shè)計摘要：在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，各企業(yè)都在運(yùn)用高新技術(shù)武裝自己。越來越多的產(chǎn)品裝配線上及公共場所都采用以單片機(jī)為核心用LED數(shù)碼管作為人機(jī)交互的界面。當(dāng)流水線上有物體通過時，光電傳感器檢測到有外部中斷，并進(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)。通過P0、P1、P2分別接始計數(shù)。通過仿真，系統(tǒng)能穩(wěn)定計數(shù)，確保其實用性。關(guān)鍵詞：自動計數(shù)系統(tǒng)；光電傳感器；AT89C51單片機(jī)；LED數(shù)碼管；IThedesignofautomaticcountingsystemUSESAT89C51singlmicrocomputerasthecore,theuseofphotandMCUI/Oconnectiregister,whenacceptedbysinglechipmicrocomputerandsensorofpulse,SCMtodisplaythenumber.Whenyouneedtobuytootopresstheresetswitch,theKeywords:automaticcountingsystem;Photoelectricsensor;摘要 I Ⅱ 11.1研究背景 11.2包裝生產(chǎn)線自動計數(shù)系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 11.3本文的主要工作 22.系統(tǒng)的組成及工作原理 32.1方案的選取 32.2系統(tǒng)的組成 42.3系統(tǒng)的工作原理 52.4總體設(shè)計方案 53.硬件電路設(shè)計 73.1紅外線檢測模塊 73.1.1光電傳感器的概念 73.1.2光電傳感器的分類及工作方式 73.1.3光電傳感器的工作原理 83.1.4紅外檢測電路與單片機(jī)連接圖 93.2單片機(jī)模塊 3.2.1AT89C51單片機(jī)的引腳圖及功能 3.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng) 3.2.3單片機(jī)中斷計數(shù)部分 3.3LED數(shù)碼管模塊 3.3.1LED結(jié)構(gòu)和特點 3.3.2LED數(shù)碼管的譯碼方式 3.3.3LED數(shù)碼管顯示部分 3.3.4LED數(shù)碼管與單片機(jī)連接仿真圖 3.4輔助電路模塊 3.4.1晶振電路 3.4.2復(fù)位電路 3.4.3報警電路 3.5.1USB接口 3.5.2供電電路 4軟件設(shè)計及系統(tǒng)仿真 4.1軟件設(shè)計 4.1.1主程序流程圖 4.1.2脈沖中斷流程圖 4.2系統(tǒng)仿真 4.2.3仿真圖 4.2.4系統(tǒng)調(diào)試 5、總結(jié) 附錄1源程序代碼 附錄2電路原理圖 1包裝生產(chǎn)線自動計數(shù)系統(tǒng)設(shè)計這章主要講述生產(chǎn)線自動計數(shù)系統(tǒng)的研究背景，主要介紹目前正在使用的幾種計數(shù)系統(tǒng)和未來的發(fā)展趨勢。確定了本文所選的技數(shù)系統(tǒng)，最后講了本文的主要工作。隨著經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)的今天，各企業(yè)都在運(yùn)用高新技術(shù)武裝自己。在實際的生產(chǎn)工作中采用自動化設(shè)施是提高勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益最有效的途徑。隋著社會生產(chǎn)和科技水平的不斷提高，大規(guī)模流水線作業(yè)已占據(jù)的社會的各行各業(yè)。傳統(tǒng)的人工方式容易漏計和錯計，并且勞動強(qiáng)度大。所以人工生產(chǎn)方式在其工作速度和精度上已不能滿足現(xiàn)代化企業(yè)生產(chǎn)的需要。生產(chǎn)流水線的計數(shù)系統(tǒng)的出現(xiàn)很好的解決了生產(chǎn)線上貨物的計數(shù)問題。它運(yùn)用感測技術(shù)將待測物數(shù)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的信號輸出，然后應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)對此信號分析、處理，最后計量出產(chǎn)品的數(shù)量值。這樣既提高了工作效率又有相當(dāng)高的精度。由于其具有集成度高、處理功能強(qiáng)、可靠性好、系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡單、運(yùn)用靈活等優(yōu)點，在我國大中型企業(yè)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，并且已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的部分，這也是未來企業(yè)的發(fā)展方向和趨勢。1.2包裝生產(chǎn)線自動計數(shù)系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀當(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)域得到廣泛的應(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)迫切需要很多自動化工程技術(shù)人員。電子計數(shù)器是一種多功能的電子測量儀器，他采用電子檢測在一段時間的輸入脈沖數(shù)，當(dāng)今的自動計數(shù)器產(chǎn)品大多采用非接觸的方式，并且開發(fā)出多種型號的專用測試芯片。大多使用AT89C51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，如何提高自動化技術(shù)系統(tǒng)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、潮濕的環(huán)境中。而已AT89C512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)境下程序會經(jīng)常進(jìn)入無限循環(huán)或出現(xiàn)單片機(jī)失去作用，這是基于單芯片自動技術(shù)產(chǎn)品存在的致命缺點。本文主要對以下幾個方面研究和設(shè)計：第一章緒論部分首先論述本課題的研究背景，簡單介紹了幾種主要計數(shù)系統(tǒng)的原理和優(yōu)缺點，并選取了此次設(shè)計的方案。第二章從系統(tǒng)的整體功能出發(fā)，明確系統(tǒng)的組成和工作原理，給出了系統(tǒng)硬件和軟件的框架設(shè)計。第三章詳述系統(tǒng)硬件的設(shè)計，主要從紅外檢測電路、單片機(jī)的控制部分、數(shù)據(jù)顯示和USB接口供電電路，包括芯片的選擇和電路的設(shè)計。第四章詳細(xì)敘述系統(tǒng)軟件設(shè)計和系統(tǒng)仿真，主要包括了主程序設(shè)計、中斷程序設(shè)計。仿真來驗證系統(tǒng)的正確性。32.系統(tǒng)的組成及工作原理本章主要講述技術(shù)系統(tǒng)的總體思路，方案的選取，系統(tǒng)的介紹了電路的大致框圖和系統(tǒng)的工作原理。優(yōu)缺點：本方案涉及到廣泛的知識，可以實現(xiàn)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、自動的計數(shù)，但是電路硬件設(shè)計要求較高。從中可以學(xué)習(xí)到很多知識，但是整個系統(tǒng)硬件電路比較復(fù)雜，所以系統(tǒng)抗干擾弱，不能保存數(shù)據(jù)，系統(tǒng)容易處于異常狀態(tài)，容易出現(xiàn)死機(jī)。所以本次設(shè)計不選擇此方案。計數(shù)顯示專用圖2.方案二單芯片計數(shù)系統(tǒng)原理：本方案中紅外發(fā)射電路以NE555為核心，紅外接收電路以LM567為核心，共同構(gòu)成紅外檢測電路，當(dāng)有物體通過檢測區(qū)時，就會產(chǎn)生一個脈沖。而計數(shù)顯示部分則使用了集譯碼、驅(qū)動、鎖存、顯示為一體的四合一芯片CL102由紅外檢測電路產(chǎn)生計數(shù)脈沖，然后通過CL102顯示。優(yōu)缺點：本方案是一個簡單的自動計數(shù)器，但系統(tǒng)處于異常狀態(tài)時，工作很4不穩(wěn)定。而且方案中的各個部分都是現(xiàn)成的，只需要連接電路，比較簡單，所以不選用此方案。數(shù)碼管圖3方案三光電傳感器計數(shù)系統(tǒng)原理：當(dāng)生產(chǎn)線上沒有物體通過是，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，通過軟件設(shè)置內(nèi)部寄存，當(dāng)傳感器的高低脈沖被單片機(jī)接收時，單片機(jī)產(chǎn)生中斷，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)，并在數(shù)碼管上顯示。優(yōu)缺點：本方案能完美實現(xiàn)自動計數(shù)功能，當(dāng)系統(tǒng)處于異常狀態(tài)和干擾時，專用的紅外傳感器檢測電路和數(shù)碼管顯示非常穩(wěn)定，所以整個系統(tǒng)穩(wěn)定性好。外圍電路也相對簡單，故選用該方案。線機(jī)圖4.系統(tǒng)的硬件框圖圖4.為系統(tǒng)的硬件框圖，它包括光電檢測部分、單片機(jī)、LED數(shù)碼器、復(fù)位及晶振電路、USB供電電路、報警電路等部分。5系統(tǒng)主要由光電傳感器、單片機(jī)、晶振電路、LED顯示器，USB供電電路，報警電路等構(gòu)成。整條線路要達(dá)到完全自動化，滿足現(xiàn)實的工作需要。所有的系統(tǒng)命令由信號脈沖來下達(dá)。例如在產(chǎn)品的出口處放置一個光敏感下級就會接到命令后，通過單片機(jī)對脈沖信號判斷和處理，最后在LED顯示器上面顯示一個數(shù)，其數(shù)目之后自動疊加。系統(tǒng)中電路的控制與信號的處理全部由單片機(jī)完成。2.4總體設(shè)計方案圖5.總體電路圖工作原理為：系統(tǒng)的總體設(shè)計方案如圖5所示，當(dāng)流水線上沒有物體通過時，光電傳感器沒有檢測到外部信號，傳感器處于高電平狀態(tài)；當(dāng)流水線上有物體時，物體進(jìn)入檢測區(qū)域，阻斷光通過，由此光電傳感器檢測到有外部信號，由原來的6端相連接，單片機(jī)對信號進(jìn)行判斷和處理(通過軟件程序設(shè)置單片機(jī)內(nèi)部寄存器，當(dāng)傳感器的高地脈沖被單片機(jī)接受到時，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)。)。然后通過單片機(jī)的PO顯示到數(shù)碼管上，當(dāng)需要復(fù)位時，按下復(fù)位開關(guān)，則計數(shù)器清零，重新開始計數(shù)。當(dāng)計數(shù)值達(dá)到最大值時，報警電路工作，發(fā)出報警信號，按下復(fù)位報警消7(光電傳感器、單片機(jī)、晶振、數(shù)碼管、復(fù)位電路、報警電路、USB供電電路)的概念和器件的選取以及各個部分的工作原理。3.1.1光電傳感器的概念光電傳感器是一種采用光電元件作為檢測元件的傳感器，實現(xiàn)被測量變化到光電信號變化的轉(zhuǎn)換，然后光電原件實現(xiàn)光信號到電信號的轉(zhuǎn)換。光電傳感器作為檢測元件具有精度高、非接觸、反應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單、形式靈活等特點。它由3部分構(gòu)成：發(fā)送器、接收器、檢測部分。此外，紅外光電傳感器結(jié)構(gòu)元件還有光電傳感器組成：紅外模塊有3個I/O口，兩個口分別接在電源的正負(fù)極，另一個為其輸出口，如圖6所示。++★負(fù)載2⊙圖6.光電傳感器輸出回路圖3.1.2光電傳感器的分類及工作方式1)槽型光電傳感器把一個光電發(fā)射器和一個接收器面對面的裝在一個槽的兩側(cè)的是槽型光電。發(fā)射器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測物體從槽中通過時，光被遮擋，光電傳感器便動作。輸出一個開光控制信號，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動作。它的檢測距離一般只有幾厘米。8這類傳感器把發(fā)光器和收光器分離開，就可以使檢測距離加大。它的檢測距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用時把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側(cè)，檢測物體通過時阻擋光路，收光器就動作輸出一個開光控制信號。3)反射板型光電開關(guān)把發(fā)光器和收光器裝入同一個裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式光電開關(guān)。正常情況下，發(fā)光器收不到光時，光電開光就動作，輸出一個開關(guān)控制信號。4)擴(kuò)散反射型光電開關(guān)它的檢測頭里也裝有一個發(fā)光器和一個收光器，但前方?jīng)]有反射板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的，當(dāng)檢測物通過時阻擋了光，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號，輸出一個開光信號。司均采用此型號，比較熟悉。該類型光電傳感器檢測距離在0.1m-2m,適合大多數(shù)的計數(shù)場合。外徑尺寸12MM此光電傳感器的應(yīng)答時間在1ms以下(動作、復(fù)位時間),則脈沖信號不能大于1000Hz。光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。圖7.光電傳感器工作原理光電傳感器的工作原理如圖5所示，發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。994876520圖8.單片機(jī)與紅外模塊連接圖 圖9.單片機(jī)與紅外模塊仿真圖9為單片機(jī)與紅外模塊的連接仿真圖，應(yīng)為光電傳感器又稱為光電開關(guān)，的介紹和對檢測距離的判定，此次畢業(yè)設(shè)計選用歐姆龍公司的E32-T16J光電傳3.2.1AT89C51單片機(jī)的引腳圖及功能4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS的微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATME高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATME的AT89C51是一種高效微控制器。987698764321PO口：PO口為一個8位漏極開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次次寫1時，被定義為高阻輸入。PO能夠用于外部程序數(shù)據(jù)入口，當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗時，PO輸出原碼，此時PO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，P2口緩沖器收，輸出4個TLL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受。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O,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8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FLASF編程和校驗時接受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，可接受輸出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，并且作為輸入，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口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2/INTO(外部中斷0)P3.3/INT1(外部中斷1)P3.4TO(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受一些控制信號。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。/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/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)。XTAL:1反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2來至反向振蕩器的輸出。振蕩器特性：XIAL1和XTAL分別為方向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。均采用外部時鐘源驅(qū)動器件。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。3.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)1234589程序店丙開始執(zhí)行序直接從始執(zhí)行圖3.3.2為單片機(jī)最小系統(tǒng)，它由電源、EA=1時鐘信號、復(fù)位電路和晶振電路組成。此系統(tǒng)的工作電壓為5V,EA接高電平，外部振蕩器信號應(yīng)直接添加在XTALIXTAL2上。XTAL是片上振蕩器放大器反向輸入，和XTAL輸出使用一個外部振蕩器。內(nèi)部模式，時鐘發(fā)生器的振蕩頻率的脈沖晶振頻率一般為1MHz路。AT89C51內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。放大器管腳的輸入和輸出是XTAL和XTAL2該放大器芯片的晶體諧振器作為反饋元件一起構(gòu)成自激振蕩器。電容器C1和C2組成一個并聯(lián)諧振電路連接到放大器的反饋環(huán)路構(gòu)成外部石英晶體諧振器。電容的大小會影響振蕩器的頻率水平。因此，本系統(tǒng)的3.2.3單片機(jī)中斷計數(shù)部分單片機(jī)的中斷分為：外部中斷，串行中斷和定時器中斷。中斷的概念：當(dāng)CPU正在執(zhí)行程序時，外部發(fā)生了某一隨機(jī)事件請求CPU迅速處理，CPU暫時中止執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去處理所發(fā)生的事件，中斷處理完畢，再回到原來被中止的斷點執(zhí)行原程序，這個過程叫中斷。中斷常用于I/O處理，51單片機(jī)中斷系統(tǒng)有5個中斷請求源：1./INTO外部中斷0請求，低電平有效。通過P3.2引腳輸入。2./INT1外部中斷1請求，高電平有效。通過P3.3引腳輸入。3.T0定時器/計數(shù)器0溢出中斷請求。4.T1定時器/計數(shù)器1溢出中斷請求。5.TX/RX—串行口中斷請求。說明：1、2為外部中斷；3、4為定時器中斷；5為串行中斷。本次設(shè)計采用外部中斷的方式，注重介紹外部中斷。外部中斷的觸發(fā)方式有電平觸發(fā)方式、跳沿觸發(fā)方式。若外部中斷定義為電平觸發(fā)方式，外部中斷申請觸發(fā)器的狀態(tài)隨著CPU在每個機(jī)器周期采樣到的外部中斷輸入線的電平變化而變化。提高了CPU對外部中斷請求的響應(yīng)速度。當(dāng)外部中斷被設(shè)定為電平觸發(fā)方式時，在中斷服務(wù)程序返回之前，外部中斷請求輸入必須為高電平，否則CPU返回主程序會再次響應(yīng)中斷。所以，電平觸發(fā)方式適合于外部中斷以低電平輸入而且中斷服務(wù)程序能清除外部中斷請求源的情況；跳沿觸發(fā)方式外部中斷申請觸發(fā)器能鎖存外部中斷輸入線上的負(fù)跳變。在這種方式里，采樣為低，則置1中斷申請觸發(fā)器，知道CPU響應(yīng)此中斷時，該標(biāo)志才清0。這樣不會丟失中斷，但輸入的負(fù)脈沖寬度至少保持12個時鐘周期，才能被CPU采樣到。所以，跳沿觸發(fā)方式適合于以負(fù)脈沖形式輸入的外部中斷請求。所以本次設(shè)計采用外部中斷的跳沿觸發(fā)方式。圖12為本次設(shè)計中斷部分仿真3.3LED數(shù)碼管模塊3.3.1LED結(jié)構(gòu)和特點LED數(shù)碼顯示器是一個發(fā)光二極管顯示結(jié)構(gòu)的組合，常用為8段數(shù)字顯示，分為共陰極數(shù)碼管和共陽極數(shù)碼管。LED數(shù)碼管作為顯示輸出設(shè)備，具有顯示清晰、高亮度、低電壓、壽命長等優(yōu)點。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，常用于單片機(jī)領(lǐng)域。本次設(shè)計選用共陽極數(shù)碼管。常見數(shù)字和字符共陰極和共陽極字段碼如表1所示。其結(jié)構(gòu)如圖13所示。表1、常見數(shù)字和字符共陰極和共陽極字段碼顯示字符共陰極字段碼共陽極字段碼顯示字符共陰極字段碼共陽極字段碼0C1D2E3F4P5U6T7Y8L9A“滅”B””圖11.數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖3.3.2LED數(shù)碼管的譯碼方式譯碼方式：指由顯示字符轉(zhuǎn)換得到對應(yīng)的字段碼的方式，分為硬件譯碼和軟件譯碼兩種方式。(本次設(shè)計采用軟件譯碼，所以介紹軟件譯碼)軟件譯碼分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。LED靜態(tài)顯示，其公共端直接接地(共陰極)或接電源(共陽極),各段選線分別與I/O直接在I/O線送相應(yīng)的字碼段。LED動態(tài)顯示是將所有的數(shù)碼管的段選線并接在一起，用一個I/O口控制，公共端不是直接接地(共陰極)或電源(共陽極),而是通過相應(yīng)的I/O口線控制。本次設(shè)計采用動態(tài)顯示。3.3.3LED數(shù)碼管顯示部分本次設(shè)計的數(shù)碼管顯示部分是通過四個數(shù)碼管來完成，接到P0上，PO負(fù)責(zé)段選碼，P2.0-P2.3輸出位選碼，并在然后通過軟件譯碼來完成，數(shù)碼管在動態(tài)掃描時，每點亮一個數(shù)碼管的時間短暫，這樣會影響到數(shù)碼管的亮度，故使用共陽極數(shù)碼管，共陽極數(shù)碼管顯示亮度好。本次設(shè)計的中段碼輸出口是利用PO口作為輸出口，而PO口試漏極開路，雖然有很強(qiáng)的館電流能力，但拉電流能力很差，需要在P0口加一個1K的排阻作為上接電阻，它的作用是，當(dāng)單片機(jī)的PO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，因此不發(fā)光，而當(dāng)單片機(jī)的PO口輸出為高電平時，這時上拉電阻使電流灌入單片機(jī)中，故排阻上電流流入數(shù)碼管中，因此這時數(shù)碼管發(fā)光。本次設(shè)計顯示部分采用軟件譯碼顯示，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擇的代碼段，然后傳送到顯示段本次設(shè)計使用的數(shù)碼管為共陽極數(shù)碼管，使用NPN型三極管驅(qū)動，當(dāng)基極為高電平時三極管導(dǎo)通，位選打開。三極管極集接5V電源，發(fā)射極與數(shù)碼管com口相連，基極接單片機(jī)片P2口，通過P2口附高低電平來控制位選，當(dāng)P2為高電平時，三極管導(dǎo)通，使數(shù)碼管com口為高電平。3.3.4LED數(shù)碼管與單片機(jī)連接仿真圖歡述5廷落C蒸中*譽(yù)微物言翻器器壹器然2器繁言然景祭亦驚原器黑去亦驚原器黑去器黑器言器燃器壹器張無器悲證為器然器室器;74磨然o演演然然管官然官然灘器言然器言然然言然言心心樓圖13.數(shù)碼管與單片機(jī)復(fù)位后仿真圖晶振的概念：晶振是石英振蕩器的簡稱，它是時鐘電路中最重要的部件，它晶振的使用：在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)載串聯(lián)一個電負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩信號。由于晶振等效為電感的頻率范圍很小，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。晶振N圖14.本系統(tǒng)的晶振電路圖圖14為晶振電路圖，因為晶振與單片機(jī)的腳XTAL和XTAL構(gòu)成的振蕩電路中會產(chǎn)生諧波，這個波對電路的影響不大，但會降低電路的時鐘振蕩器的穩(wěn)定性。為了電路的穩(wěn)定性起見，研發(fā)公司ATME公司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諧波對電路的穩(wěn)定性的影響，所以晶振所配的電容在10pF-50pF之間都可以，沒有計算公式。本次設(shè)計選用的晶振的時鐘頻率為12MHz一個時鐘周期為12us,一個周期為1/12時鐘周期，所以記一次數(shù)為lus。晶振電路的電容選取在10pF-50pF之間的30pF。3.4.2復(fù)位電路復(fù)位電路的作用：在上電或復(fù)位過程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯誤的指令、執(zhí)行錯誤操作，單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計的好壞也直接影響到整個系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。單片機(jī)在啟動時都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。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：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)上一節(jié)我們介紹了晶振電路的一個機(jī)器周期為lus,則復(fù)位的高電平維持時間要大于2us。本次設(shè)計電阻為10K,電容為10uF。t=RC(R的單位是M?,C的單位是uF),則時間t大約為0.1s,復(fù)位時間大于兩個機(jī)器周期。復(fù)位操作，不會影響內(nèi)部RAMNN圖15.復(fù)位原理圖8765432圖16本次設(shè)計的復(fù)位電路圖3.4.3報警電路當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到“9999”時，計數(shù)系統(tǒng)會復(fù)位并置0,此時計數(shù)系統(tǒng)會發(fā)出脈沖信號到P3.0,由高電平變?yōu)榈碗娖?，蜂鳴器發(fā)出一聲報警聲。報警電路如圖17所示。圖17報警電路3.4USB接口供電模塊單片機(jī)開發(fā)板的供電一般都采用電腦的USB供電，USB接口的電壓就是5V的，和單片機(jī)的供電系統(tǒng)相適配。USB供電最大能提供500mA的直流電，能滿足開發(fā)板上絕大多數(shù)元器件的供電要求。3.5.1USB接口USB接口有很多種形狀，對于供電電路，使用普通A型USB接口。所以本節(jié)主要介紹A型USB供電電路的設(shè)計。A型USB接口外形如圖17所示。其引腳定義如圖18所示。A型USB接口為4根線，其中兩根為電源，另外兩根用來傳送數(shù)據(jù)，分別為VCCGNDD+、D-。a型uSB接口(公口)引腳功能備注1紅2一3綠4黑3.5.2供電電路23接單片機(jī)1接電腦電路中使用的元器件有一個USB接口，一個10uF的電解電容起到了濾波的作用。LED串聯(lián)一個電阻之后可以用于指示電選擇也不能太小，否則會燒毀LED本電路選擇的是將A型USB接口的母口焊接在電路板上，連接時要注意USB接口的正負(fù)極。可以用萬用表的直流電壓檔測量要使系統(tǒng)能夠正常工作，程序設(shè)計是必不可少的部分。本章介紹了整個程序流程，以及中斷程序的流程。4.1.1主程序流程圖是否復(fù)位?是否是否達(dá)到最頭值?是否是圖21為主程序的流程圖，系統(tǒng)主要圍繞單片機(jī)通過中斷產(chǎn)生計數(shù)信號，計開始開始計數(shù)單元加1否判斷是否到10000是計數(shù)單元清0退出程序圖22.脈沖中斷流程圖圖22為系統(tǒng)中斷流程圖，外部中斷信號的采集有光電傳感器完成，外部中斷0請求，通過P3.2腳輸入，單片機(jī)執(zhí)行中斷請求，并且計數(shù)器加一，當(dāng)計數(shù)本章主要介紹本次設(shè)計仿真使用的keil軟件開發(fā)系統(tǒng)和Protues仿真軟件的使用，并切對系統(tǒng)進(jìn)行仿真、調(diào)試。最后達(dá)到設(shè)計的要在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境(uVision)將這些部分組合在一起。KeilC51軟件提供豐富的函數(shù)庫功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows集成開發(fā)環(huán)境(IDE),可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。本次畢業(yè)設(shè)計采用keilC5luVision4軟件進(jìn)行C語言程序的編寫，然后轉(zhuǎn)換成hex文件導(dǎo)入Protues仿真軟件的單片機(jī)中。使用keil軟件編譯生成hex1)新建工程，保存工程(工程名不能為漢字),為工程選擇芯片型號(本次使用Atmel公司的AT89C5芯片)。2)為工程新建一個文件，在彈出的窗口內(nèi)編寫本次設(shè)計使用的C語言程序然后將文件另存(文件的后綴必須為.C),并且添加到工程中。3)設(shè)置工程的屬性，在輸出中勾選“生成HEX文件”,然后編譯當(dāng)前文件，看程序是否有錯。沒有錯誤后點擊重建所有目標(biāo)文件，然后再文件夾中就可以找到待用的hex文件。4.2.2Protues軟件簡介Protues軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件。SPICE電路仿真等，用戶還能實現(xiàn)RAMROM鍵盤、馬達(dá)、LEDLCDAD/DA等器件的仿真，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持、Keil和MPLA薛多種編譯軟件。在protues軟件中畫出本次設(shè)計電路原理圖，為每個電源口接上電源，并將生成好的程序hex文件導(dǎo)入AT89C51單片機(jī)中，電機(jī)調(diào)試-開始調(diào)試，檢查電路是否存在問題，沒有問題后點擊開始，時鐘脈沖信號工作。系統(tǒng)開始計數(shù)。(實物中為光電傳感器，這里用時鐘脈沖信號代替)。貌或猶之公通指貌或猶之公通指85燃和覆指型B?要?;城夠夠焦通通?通通:;;帶科北一圖24.不規(guī)則脈沖仿真圖一1)檢查仿真圖中導(dǎo)線是否接好：第一次仿真時，P0總線與LED數(shù)碼管的數(shù)碼管顯示了數(shù)字1,由此判斷PO連線有問題。是不管是與PO相連的數(shù)碼管還是與P1相連的數(shù)碼管均不顯示數(shù)字4,直接從3調(diào)至5,我將數(shù)碼管的單片機(jī)端口的連線全部刪除，重新連接，還是出現(xiàn)此類重新將程序編譯成hex文件導(dǎo)入單片機(jī)中，系統(tǒng)可以正常顯示數(shù)字4了。管亮度低了很多，最后在PO口增加了一個上拉電阻，數(shù)碼管的亮度明顯提高.4)開始仿真時，計數(shù)器的值只能計數(shù)到255,就自動復(fù)位了，然后檢查程序，發(fā)現(xiàn)程序定義ucharCount=0有錯誤，改成uintCount=0后，系統(tǒng)能正常1)本次設(shè)計的是生產(chǎn)線產(chǎn)品的計數(shù)，來一個產(chǎn)品就產(chǎn)生一個脈沖，對脈沖數(shù)的統(tǒng)計從而得到一段時間內(nèi)的產(chǎn)品的數(shù)量，其工作原理是利用單片機(jī)控制，對脈沖數(shù)的統(tǒng)計并驅(qū)動數(shù)碼管顯示產(chǎn)品數(shù)量。2)設(shè)計過程中涉及到了外部中斷和定時器的中斷，數(shù)碼管的顯示，數(shù)據(jù)的存儲技術(shù)。外部中斷為按鍵輸入，報警系統(tǒng)。當(dāng)定時一段時間到時，對產(chǎn)品數(shù)量的清零，數(shù)碼管的顯示采用了動態(tài)顯示，這樣可以節(jié)約空間，降低成本。3)本次設(shè)計采用了有規(guī)律的時鐘脈沖信號，也使用了無規(guī)律的脈沖信號代替紅外模塊進(jìn)行仿真，雖然都能穩(wěn)定計數(shù)，但是不能解決生產(chǎn)線上兩個物品問題重合通過檢測模塊時的計數(shù)，只能計數(shù)為1,存在誤差。4)經(jīng)過這次的設(shè)計，我深有體會，我們在課堂上學(xué)到的知識不是很多，但是可以在此基礎(chǔ)上發(fā)揮自學(xué)的能力，通過圖書館的資料可以學(xué)到很多知識，不懂的時候不要停留，要去探索求解。5)我覺得此次設(shè)計提高了我自己的自主學(xué)習(xí)能力，讓我懂得了如何在接觸一個新的任務(wù)時解決自己的難題，讓我知道了在設(shè)計時，無論簡單還是困難的題目，知識是非常重要的。懂得的知識越多，設(shè)計時走的彎路就會越少。參考文獻(xiàn)[1]程德福，王君，凌振寶等.傳感器原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.103-143.[3]李光飛，樓然廟，胡佳文等.單片機(jī)課程設(shè)計—實例指導(dǎo).北京：北京航空航[5]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)(第3版).北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2010.17-47.112-226[6]應(yīng)玉明.基于單片機(jī)控制的工件自動計數(shù)系統(tǒng)設(shè)計.浙江：金華職業(yè)技術(shù)學(xué)[7]康華光，鄒壽彬等.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分(第五版).北京：高等教育出版社.2006.[8]郝紅梅，韋建德.生產(chǎn)流水線產(chǎn)品產(chǎn)量統(tǒng)計顯示系統(tǒng).海南：海南師范大學(xué).2012.[9]彭偉，單片機(jī)設(shè)計實訓(xùn)100例-基于8051+