光电计数器专业课程设计.doc

目 录
1 绪论 1
1.1 设计背景 1
1.2 设计任务与规定 1
2 有关原理分析 2
2.1 单片机原理 2
2.2 555定期器原理 2
2.3上拉电阻原理 3
3 系统总体方案设计 4
4 系统详细设计 4
4.1 晶振电路设计 4
4.2电源电路设计 5
4.3 复位电路设计 5
4.4 光电管电路设计 6
4.5显示电路设计 6
5 系统测试 7
5.1 重要元器件 7
5.2 焊接元器件 7
5.3 系统测试注意事项 8
5.4 程序设计 8
6 收获与体会 10
参照文献 10
附录一 总体电路图 11
附录二 元器件清单 12

光电计数器
1 绪论
1.1 设计背景
数字式电子计数器有直观和计数精准长处，当前已在各种行业中普遍使用。数字式电子计数器有各种计数触发方式，它是由实际使用条件和环境决定。有采用机械方式接触式触发，有采用电子传感器非接触式触发，光电式传感器是其中之一，它是一种非接触式电子传感器。这种计数器在工厂生产流水线上作产品记录，有着其她计数器不可取代长处。该例光电触发式电子计数器只有两位数，但通过级联可以扩展为四位，甚至多位。
光电计数器是通过红外线发射和接受进行计数，有直射式和反射式两种，通惯用于流水线作业工件计数。直射式发射、接受分体，发生器和接受器分别置于流水线两边，中间没有阻挡时发射器红外线射到接受器，接受器收到发射来红外线，经相反解决使之没有信号输出，有工件通过时挡住光路，接受机失去红外线信号便输出一种脉冲信号到运算累加器进行计数。发射式是发射、接受同体，置流水线一边，前面没有工件往下流时，发射器发出红外线直接射出没有发射，接受器没有接受到反射来红外线信号没有输出。有工件通过时挡住光电路使发射器发出红外线信号发射到接受器上，接受器接受到反射来红外线信号便输出一种脉冲信号到运算累加器进行计数。

1.2 设计任务与规定
设计并制作一种单片机控制光电计数器，使其满足如下规定：
（1）上电显示初始值0000，计数上限为10000。
（2）可以复位。
（3）当光电开关检测到障碍物即挡住光电对管时计数一次。
（4）计数满10次时批示灯闪烁2下。

2 有关原理分析
2.1 单片机原理
单片机电路重要由单片机、振荡电路和复位电路构成。由于AT89C51内部集成了12MHz振荡电路，因此系统外部未加。单片机电路图如图1所示。

图1
AT89C51单片机P0口用于输出显示屏段码。P1口P1.0～P1.5用于6个LED亮与灭。P2口用于构成行列矩阵键盘。此芯片是ATMEL公司一款低功耗，高性能CMOS 8位微控制器，具备8K在系统可编程Flash存储器，使该公司高密度非易失性存储器制造，与MCS-51兼容。AT89C51单片机重要工作特性：
·内含4KBFLASH存储器，擦写次数1000次；
·内含28字节RAM；
·具备32根可编程I/O线；
·具备2个16位可编程定期器；
·具备6个中断源、5个中断矢量、2级优先权中断构造；
·具备1个全双工可编程串行通信接口；
·具备一种数据指针DPTR;
·两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式；
·具备可编程3级程序锁定定位；
AT89C51工作电源电压为5（1±0.2）V且典型值为5V,最高工作频率为24MHz.
2.2 555定期器原理
555定期器是一种应用极为广泛中规模集成电路。该电路使用灵活、以便，只需外接少量阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号产生、变换、控制与检测。

图2
定期器重要功能取决于比较器，比较器输出控制RS触发器和放电管T状态。图中RD为复位输入端，当RD为低电平时，不论其她输入端状态如何，输出v0为低电平。因而在正常工作时，应将其接高电平。
    由图可知，当5脚悬空时，比较器C1和C2比较电压分别为2/3VCC和1/3VCC。
    当vI1>2/3VCC，vI2>1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器被置0,放电三极管T导通，输出端vO为低电平。
    当vI1<2/3VCC，vI2<1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器被置1,放电三极管T截止，输出端vO为高电平。
　　当vI1<2/3VCC，vI2>1/3VCC时，基本RS触发器R =1、S =1,触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。综合上述分析，可得555定期器功能表如表2.3所示。如果在电压控制端（5脚）施加一种外加电压（其值在0-VCC之间），比较器参照电压将发生变化，电路相应阈值、触发电平也将随之变化，进而影响电路工作状态。
2.3 上拉电阻原理
上拉电阻由8个电阻接在P0脚，如图3所示。

图3
P0口是开漏，不论它驱动能力多大，相称于它是没有电源，需要外部电路提供，绝大多数状况下P0口是必须加上拉电阻。当p0口用来驱动PNP管子时候，就不需要上拉电阻，由于此时低电平有效；当P0口用来驱动NPN管子时候，就需要上拉电阻，由于此时只有当P0为1时候，才可以使后级端导通。
3 系统总体方案设计
依照设计任务规定，光电计数系统可以分光电对管信号输入、显示和控制批示3大功能，因而可以光电对管模块、显示模块、批示灯模块、晶振和单片机模块。系统模块图如图4所示。
单片机
电源
晶振
复位
上拉电阻
数码管显示
光电对管

图4
4 系统详细设计
4.1 晶振电路设计
晶振电路由2个电容，一种晶振构成，如图5所示。

图5
单片机晶振作用是为系统提供基本时钟信号。普通一种系统共用一种晶振，便于各某些保持同步。有些通讯系统基频和射频使用不同晶振，而通过电子调节频率办法保持同步。单片机晶振有2个电容作用：这2个电容叫晶振负载电容，分别接在晶振2个脚上和对地电容，普通在几十皮法。它会影响到晶振振谐频率和输出幅度。晶振负载电容=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+C。

4.2 电源电路设计

图6
4.3 复位电路设计
复位电路由电容、电阻、复位构成，如图7所示。

图7
复位电路原理是单片机RST引脚接受到2US以上电平信号，只要保证电容充放电时间不不大于2US，即可实现复位，因此电路中电容值是可以变化。按键按下系统复位，是电容处在一种短路电路中，释放了所有电能，电阻两端电压增长引起。基本功能是：系统上电时提供复位信号，制止系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要通过一定期间才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起抖动而影响复位。单片机复位参数选定必要在振荡稳定后保证复位高电平持续时间不不大于2个机器周期。
4.4 光电对管电路设计
电路模块采用光电对管传感器，一种470欧姆一种15千欧姆电阻构造，输出接单片机定期器0，P3.4引脚上。按键电路如图8所示。

P3.4/T0

图8
光电对管原理是有障碍物遮住时输出高电平，没有时输出低电平。以此来检测计数。

4.5 显示电路设计
显示电路由4个共阴极数码管构成。软件编程时采用动态显示办法，其构造如图9所示。

图9
数码管其实是由发光二极管构成，有共阴极和共阳极之分，对于共阳极来说，一位数码管由8个二极管构成，她们阳极接在一起接+5v电源，而各个阴极与某个端口，如p18个引脚相连，当某个引脚输出低电平时候数码管相应二极管亮。
软件编程时，按照下面环节显示字符：
（1）一方面从P0口输出共阳极字符段码；
（2）然后从位选输出低电平。
5 系统测试
5.1 重要元器件
AT89C51芯片、晶振、复位、电阻、电容、数码管、按键、二极管、光电对管。
5.2 焊接元器件
领取所需元器件焊接在板子上，焊接过程注意综合考虑各个期间引脚及接电源节点状况，对接线途径进行规划，尽量避免线路重叠，规定尽量美观实用。焊接固定座槽，注意不要短路和短路，可以准备好电压表在一边变焊接边测试，保证一步步精确无误进行，以免背面返工。连接各条线路不要错漏，不要重复。
焊接时，烙铁到鼻子距离应当不少于 20cm ，由于焊锡丝中具有一定比例铅，而铅是对人体有害一种重金属，因而操作时应当戴手套或在操作后洗手，避免食入铅尘。电烙铁使用后来，一定要稳妥地插放在烙铁架上，并注意导线等其她杂物不要遇到烙铁头，以免烫伤导线，导致漏电等事故。
基本操作分为五步：准备施焊，左手拿焊丝，右手握烙铁，进入备焊状态。规定烙铁头保持干净，无焊渣等氧化物，并在表面镀有一层焊锡；加热焊件，烙铁头靠在两焊件连接处，加热整个焊件全体，时间大概为 1～2 秒钟。对于在印制板上焊接元器件来说，要注意使烙铁头同步接触两个被焊接物；熔化焊料，焊件焊接面被加热到一定温度时，焊锡丝从烙铁对面接触焊件。注意：不要把焊锡丝送到烙铁头上；移开焊锡，当焊丝熔化一定量后，及时向左上 45 度方向移开焊丝；移开烙铁，焊锡浸润焊盘和焊件施焊部位后来，向右上 45 度方向移开烙铁，结束焊接。从第三步开始到第五步结束，时间大概也是12s。由于焊接技术不纯熟以及工具备限，咱们焊接电路板存在一系列问题。
5.3 系统测试注意事项
测试时注意接上电源，不上CPU，电压调为2-2.5V，尽量低点，测电阻。数码管接低电压，大概为2.5V 由于接上拉电阻。 检查焊接与否牢固，与否存在虚焊非线。 焊接完毕检查无误后，装上下载好程序芯片，接通电源，测试。
测试时规定必要耐心、细心，目的是尽量早某些找出电路板缺陷，然后改正，最后达到测试成功目。,
5.4 程序设计
#include <reg52.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar codeseg[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,
0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7b,0x39,0x5e,0x79,0x73};
uint count=0;
//批示灯
sbit p35=P3^5;
sbit p36=P3^6;
sbit p37=P3^7;

void delay(int n)
{
uchar j=0;
uint k=0;
for(j=0;j<100;j++)
for(k=n;k>0;k--);
}
void display(uint dat) //4位数码管循环显示
{
uchar qian=0,bai=0,shi=0,ge=0;
qian=dat/1000;
bai=dat%1000/100;
shi=dat%100/10;
ge=dat%10;

P1=0xfe;
P0=seg[ge];
delay(5);
P1=0xfd;
P0=seg[shi];
delay(5);
P1=0xfb;
P0=seg[bai];
delay(5);
P1=0xf7;
P0=seg[qian];
delay(5);
}
void main()
{
TMOD=0X066;
TH0=0XFF;TL0=0XFf; //计数值设为1
TR0=1;
IE=0X8A; //采用定期器计数输入
EA=1;
while(1)
{
display(count);
}
}
void timer0(void) interrupt 1
{
//unsigned char counter;
EA=0;
TR0=0;
count++;
if(count%10==0) //满10次等闪烁2次
{
p35=0;p36=0;p37=0;
delay(10);
p35=1;p36=1;p37=1;
delay(10);
p35=0;p36=0;p37=0;
delay(10);
p35=1;p36=1;p37=1;
}
TH0=0XFF;TL0=0XFf;
TR0=1;
EA=1;
}

6 收获与体会
通过本光电计数器设计，使我对单片机系统有了更深理解。而本次设计让我又一次有机会去实践了这一知识。本设计只是一种简朴光电计数器，尚有诸多功能可以添加上去；单片机课程设计不但是对单片机掌握限度一种测试，也对单片机理解有很大作用。我对单片机及附属电路及PCB板子制作流程加深理解。提高了自己动手能力。我意识到实践重要性，同步也学到了诸多课本上学不到知识。
这次课程设计完毕，是一种从无到有过程，经历了兴奋、自信、失落、奋发、所悟、完毕几种过程。一步一步下来，一分耕耘，一分收获，有付出才有回报，就在这样痛苦与高兴互换中，我学到了知识。
参照文献
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附录一 电路原理图

P3.4/T0

附录二 PCB电路原理图