生产流水线产品产量显示系统-本科论文.doc

物理与电子工程学院物理与电子工程学院 课程设计任务书课程设计任务书 专业：班级 学生姓名 学号 课程名称 单片机原理与接口技术 设计题目 生产流水线产品产量显示系统 设计目的、主要内容（参数、方法）及要求 设计目的：巩固单片机原理与接口技术课程中所学的知识，提高学生的动手能力和创新能力，培养学生查阅资料和阅读文献的能力，培养学生初步的科研能力，为毕业设计奠定基础。主要内容：本课程设计主要是利用单片机原理与接口技术课程中所学的知识，完成一个生产流水线产品产量统计显示系统的设计。设计内容包括硬件电路原理图、显示程序设计、硬件和软件的综合调试。设计要求：1、以 80C51 系列单片机为核心器件，组成一个生产流水线产品产量显示系统。用三位数码管显示一个班组的产品件数。2、在现有的单片机实验系统上完成硬件电路接线。3、完成该课题的程序设计、提交程序设计框图及程序设计清单。4、完成硬件与软件的综合调试，实现预定功能。5、通过老师审核，提交课程设计报告。工作量 2 周时间，每天 3 学时，共计 42 学时 进度安排 第 1-3 天：根据任务书的要求查阅相关资料。阅读相关文献。搞清楚本课题的设计内容，对本课题的设计有个初步的设想。第 4-5 天：完成本课题设计的基本设计方案，通过指导老师的审核。第 6-7 天：完成课题的硬件电路的设计,完成程序设计。第 8-9 天：进行调试。第 10-11 天：撰写课题设计报告书，并根据指导教师的意见进行修改。第 12 天：完成课程设计报告书。第 13 天：提交报告书。第 14 天：指导教师批阅课程设计报告书。主要参考资料 1、韩志军，沈晋源，王振波.单片机应用系统设计M机械工业出版社，2005 年 2、李全利.单片机原理与接口技术M高等教育出版社，2009 年第二版 3、马淑兰.单片机技术及应用实例分析M西安电子科技大学出版社，2009 年 指导教师签字 教研室主任签字 摘 要 随着当今社会的快速发展，越来越多的产品装配线上及各种公共场所都需要自动计数。基于单片机的自动计数器是计数直观、显示准确的优势产品，已经被广泛应用于各个行业。自动计数器有各种形式，具体来说有接触式和非接触式两种计数器。随着当今科学的发展，非接触式红外计数器被广泛的应用到各行各业。本次设计以 STC89C51 单片机为核心，利用专用的红外传感器作为检测装置，用 LED 数码管作为人机交互的界面。具有结构简单、操作方便、显示清楚等特点。具体思路是专业检测芯片（本次设计用红外传感器）形成计数脉冲后送入STC89C51 单片机控制单元，通过对单片机编程实现计数，然后由数码管 LED 显示，从而实现对流水线产品产量的统计显示。关键词：红外检测；自动计数；单片机；LED 数码管 目 录 摘要 1.第一章 绪论.2 1.1 前言.3 1.2 研究背景.3 1.3 设计要求.3 1.4 国内外研究概况.4 1.5 此次设计研究的主要内容应解决问题 .3 2.第二章 基于单片机构成的产品自动计数器的设计.5 2.1 方案论证与选择 .3 2.2 系统总体框图和原理.3 2.3 系统单元电路设计.7 2.3.1 电源供电电路.7 2.3.2 红外线检测部分.7 2.3.3 液晶显示部分.7 2.3.3.1LED 数码管的特点.7 2.3.3.2 数码管动态扫描.7 2.3.3.3 数码管驱动部分.7 2.3.3.4 单片机计数及控制部分.7 3.第三章 系统单元电路的设计.6 3.1 系统程序设计.6 3.1.1 程序流程图.6 3.1.2 程序设计.6 3.2 全电路图.7 3.2.1 原理图.7 3.2.2PCB 板图.7 4.第四章 总结.9 附录.3 1 1 绪论绪论 1.11.1 前言前言 自动化时代的社会，许多制造商在生产经营中几乎都要使用到流水线技术，但如何实现对其产品实时，高效，准确的自动计数成为广大厂商的极为关注的问题。传统的计数器是一个数字集成电路组件，有许多缺点：例如：电路有更复杂 的组件，较高的故障率，维修比较困难等。并且不能很方便设置预定值，功能比较单一，适用范围窄。因此，具有实时计数准确、可靠、稳定的基于以单片机作为控制核心的自动计数装置成为广大厂家的首选。1.21.2 研究背景研究背景 当今社会，基于单片机计数设备和以开发产品的微控制器技术为基础的控制技术发展迅速，在各个领域得到广泛应用。以单片机为核心的产品和设备，促进了生产技术水平的提高，因此企业迫切需要很多懂单片机技术开发、应用和维护这些智能产品管理的高级工程技术人员。电子计数器是一种多功能的电子测量仪器，它采用电子检测在一段时间内输入的脉冲数，以数字形式显示的结果。单片机以其体积小、功能强、可靠性高、性价比高的特点，已成为实现工业生产技术、智能化测量和控制产品的进步和发展的一个重要手段。1.31.3 国内外研究概况国内外研究概况 当今的自动计数器产品大多采用非接触的方式，并已开发出多种型号的专用测试芯片。使用以 STC89C5 为核心，辅以各种外设控制单元的自动计数装置应用已成为趋势。但是，如何提高自动实时计数器的抗干扰能力、稳定性等是国内外生产研究的自动计数器的重要课题。自动计数是工厂流水线产品产量检测的主体，但其往往工作在极其恶劣的高温、高噪音环境中。而以 STC89C51 的为核心的微控制器产品系列自动计数器工作在这种环境下会经常进入死机（程序进入无限循环）或出现滥用（单片机逍遥），这是基于单芯片自动技术产品存在的致命缺点。1.41.4 课题分析课题分析 基于单片机构成的自动计数器产品研究的主要课题包括：红外模块的原理、红外模块如何与单片机相连接、单片机如何与数码管相连接、STC89C51 单片机用何种方式对外部计数脉冲进行计数显示控制、数码管如何编程显示计数值。在这个设计中主要需要解决的问题便是如何用单片机通过 C 语言程序实现对红外检测装置信号的计数、数码管对单片机传过来信号的显示。1.51.5 设计要求设计要求 1)整个系统具有很强的抗干扰能力。2)单片机最小系统设计，包括复位电路等。3)能够准确地显示计数值。4)具有自动清除功能。2.2.系统硬件框图系统硬件框图 图 2.1 系统硬件框图 原理阐述：当流水线上没有物体时，红外传感器没有检测到外部信号，处于高电平状态；当流水线上有物体时，红外传感器检测到有外部信号，由原来的高电平状态变为低电平状态，产生信号。将红外传感器的输出端与单片机 I/O 连接，通过软件程序设置单片机内部寄存器，当传感器的高低脉冲被单片机接收到时，单片机产生中断，中断产生后进入中断服务程序，通过设置中断服务程序，进行计数。并通过 P0、P1、P2 分别接到数码管上，由数码管来显示其个数。当需要置位时按下复位开关，则计数器清零，重新开始计数。3.3.系统单元电路的设计系统单元电路的设计 3.1 3.1 红外线检测电路红外线检测电路 3.1.1 3.1.1 红外传感器的概念红外传感器的概念 红外传感器，在 20 世纪 80 年代兴起的一个新的，高度敏感的探测器元件。它是一种能够探测到由红外线发射出的信号并且转换成电信号的器件。红外又称红外光，它具有反射，折射，散射，干涉，吸收和其他属性。利用物体产生红外辐射特性，红外传感器可以实现自动检测。任何物质，只要有一定的温度（绝对零度以上），可以产生红外线辐射，就可以用红外传感器检测。红外传感器测量与被测对象无直接接触，从而具有无摩擦，灵敏度高，响应速度快的优势。3.1.23.1.2 红外传感器的组成和分类红外传感器的组成和分类 组成：红外传感器组成由光学系统、检测设备和转换电路组成。分类：按结构的不同可分为光学系统的传输和反射两种类型。检测元件根 据热检测设备和光学检测设备的原则，可以分为热敏监测和光电检测两部分。使用最广泛的热元件是热敏电阻。热敏电阻器是由红外辐射、温度、电阻改变成电信号输出的转换电路。3.1.33.1.3 红外传感器的特点与原理红外传感器的特点与原理 特点：（1)具有信号输出指示 （2)单路信号输出 （3)输出为低电平有效 （4)灵敏度可调 (5)可用于工件计数、电机测速等 （6)电路板输出开关量 原理：红外模块有三个 I/O 口，两个口分别接电源正负极，另一个口则为输出口，当红外传感器没有检测到外部信号时该输出口处于高电平状态，当检测到外部物体时该输出口由高电平状态变为低电平状态，通过与单片机的 I/O 连接来检测高低电平变化。原理图：图 3.1.3 原理图 3.2 LED3.2 LED 显示器部分显示器部分 3.2.1 MCS3.2.1 MCS-5151 单片机和单片机和 LEDLED 显示接口显示接口 经常使用的单片机应用系统，LED 数码管作为显示输出设备。虽然 LED 显示屏显示信息简单，但它有显示清晰、高亮度、低电压、使用寿命长等特点。和单片机接口连接方便，基本能够满足单片机应用系统的需求，所以经常被用在单片机领域。3.2.2 3.2.2 本次设计数码管显示部分本次设计数码管显示部分 显示部分是通过三个数码管来完成，分别接到 P0、P1、P2 口上。然后再通过软件译码来完成，为了考虑到数码管在动态扫描时，每点亮一个数码管的时间很短暂，这样就会影响到数码管的亮度，故在此用共阳极数码管，用共阳极数码管可以不用加驱动，而且显示亮度非常好。该设计中段码输出口是利用 P0 口作为输出口，而 P0 口是漏极开路，虽然有很强的灌电流能力，但拉电流能力很差，故在 P0 口上加一个 10K 的排阻作为上接电阻。上拉电阻的作用是，当单片机的 P0 口上输入为 1 时，上拉电阻上的电 流直接流入单片机中，使数码管的段码上保持低电平，因此码管在这时不发光；而当单片机的 P0 口输出为高电平时，这时上拉电阻使电流灌入单片机中，故排阻上的电流流入数码管中，因此这时数码管发光（这里用的是共阳极数码管）。本次设计显示部分采用软件译码动态显示，所谓的软件译码动态显示是指字符段选择组织一个表来显示字符的第一次查表得到其选举的代码段，然后传送到显示段码。3.2.3 3.2.3 本次设计次单片机与数码管连接仿真图本次设计次单片机与数码管连接仿真图 图 3.2.3 仿真图 3.3 3.3 单片机计数及控制部分单片机计数及控制部分 3.3.13.3.1 外部中断计数外部中断计数 完成技术功能的部分由单片机 STC89C51 控制，基本原理为当红外检测部分检测到光时，红外接收电路输出口将产生一个高电平信号，该信号将提供给单片机计数控制，P0、P1、P2 三个端口负责实现显示的部分。计数控制部分将计入脉冲的单片机 STC89C51 中断 INT0 的入口，计数编程构成中断信号后，内部的微控制器。STC89C51 的 MCS-52 指令集完全兼容。提供下列标准特性：4K 字节的 FLASH 闪存，128 字节内部 RAM，32 I/O 口线，3 个16 位定时器/计数器，一个五向量两个中断，片上振荡器和时钟电路。STC89C51的两种省电模式具有下调至 0Hz 的静态的逻辑功能。在 CPU、振荡器停止工作时，禁止其他部分工作，仍可继续正常运行的有 RAM、定时器/计数器、中断系统，RAM 中内容不会删除，复位时一切恢复正常。总之，设计最合理的是外部中断计数，故本次设计采用外部中断计数。3.3.2 3.3.2 本次设计中断仿真图本次设计中断仿真图 图 3.3.2 中断仿真图 4.4.系统流程图、程序设计系统流程图、程序设计 4.1 4.1 主程序流程图主程序流程图 图 4.1 主程序流程图 4.2 4.2 脉冲中断流程图脉冲中断流程图 图 4.2 脉冲中断流程图 4.3 4.3 程序设计程序设计 STOREH EQU 20H ;计数高位暂存单元 STOREL EQU 21H ;计数低位暂存单元 FLAG BIT 22H ;显示定位标志 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H ;外部中断 0 地址入口 LJMP WAVE ORG 000BH ;定时中断 0 地址入口 LJMP TTT0 ORG 0030H;*初始化*MAIN:MOV SP,#60H ;设堆栈栈底 MOV TMOD,#01H ;设为定时器 0，模式 1 MOV TH0,#0FCH ;1ms 定时中断 MOV TL0,#18H MOV R2,#0 ;计数单元清 0 CLR FLAG ;显示标志清 0 MOV STOREH,#0 ;初始化暂存单元清 0 MOV STOREL,#0 SETB ET0 ;打开定时器 0 中断 SETB TR0 ;打开计数 SETB EX0 ;打开外部中断 0 SETB IT0 ;设为负边沿触发方式 SETB PX0 ;设为外部中断计数优先级 SETB EA ;打开总中断;*主程序*START:MOV A,R2 ;将当前计数的值送入 A 中 ADD A,#0 ;将数据调整为十进制数 DA A ANL A,#0FH ;分离出数据的个位 MOV STOREL,A ;送入显示缓冲单元 MOV A,R2 ;将数据重新送入 A 中 SWAP A ;A 中的数据高低字节交换 ADD A,#0 ;调整为十进制数据 DA A ANL A,#0FH ;分离出十位数据 MOV STOREH,A ;存入高位显示暂存单元 SJMP START ;主程序返回;*中断显示程序*TTT0:PUSH ACC PUSH PSW MOV TH0,#0FCH ;重装初值 MOV TL0,#18H CPL FLAG ;显示定位标志位取反 JNB FLAG,LOP2 ;当前标志是 0 吗，是 0 则跳转 LOP1:MOV A,STOREL ;不为 0 则执行个位数据；将个位数据送入A 中 MOV DPTR,#TAB ;调入地址表格数据 MOVC A,A+DPTR ;查询对应显示码 MOV P0,A ;送入 P0 口 MOV P2,#0FDH ;打开个位的位选信号 AJMP EXIT ;退出中断 LOP2:MOV A,STOREH ;将显示高位送入 A 中 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P0,A MOV P2,#0FBH EXIT:POP PSW ;中断退出 POP ACC RETI;*外部中断计数*WAVE:PUSH ACC PUSH PSW INC R2 ;R2 计数器加班*CJNE R2,#100,LOP3 ;中否加到了解 100 MOV R2,#0 ;清计数器 LOP3:POP PSW POP ACC RETI TAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH;共阴数码管显示地址表 END 5.5.整体系统仿真原理图整体系统仿真原理图 图 5.1 整体系统仿真原理图 6.6.心得体会心得体会 通过这次设计，使我对电路设计有了很多的了解。其实，有些设计并不是你想象的那么难，关键看你怎么转换。就像这个计数系统，听起来好像有多难似的，其实它就是一个计数、译码的过程。因此，做这个实验选芯片很关键。还有要充分掌握芯片的用法及引脚功能。给我印象最深的是原来我们那个原理图上没 有设计清零功能，后来我们通过了解 74LS192 的引脚功能，我们设置了清零开关。感觉挺有成就感。本次设计我一开始很没头绪，不知怎么做。后来经过看书研究终于有点眉目，一开始连红外模块是什么都不知道，更不要说怎么与单片机相连接了，其实它很简单，说白了就是一个开关，接到单片机的某个引脚上就可以了，因此在此次仿真图中用开关代替了红外模块。参考文献 1、段晨东 单片机原理及接口技术（第 2 版）清华大学出版社,2013.9 2、李全利.单片机原理与接口技术M高等教育出版社，2009 年第二版 3、马淑兰.单片机技术及应用实例分析M西安电子科技大学出版社，2009 年 4、李朝青.单片机原理及接口技术（第三版）.北京：北京航空航天大学社,2005.10.5、郑阿奇.Auto CAD 实用教程.西安：电子工业出版社，2006.4 6、刘同法.单片机外围接口电路与工程实践.北京：北京航空航天出版社，2007.2