基于单片机的工业产品自动计数器设计.doc
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1、传感器课程设计 专业:机械设计制造及自动化 日期:10年12月25日 目录一设计题目:.2二设计要求:.2三题目分析:.2四整体构思:.2五具体实现:.2 5.1工作原理图.2 5.2工作原理简述.3六各部分定性说明以及定量计算:.3 6.1光电传感器.3 6.1.1 红外线光电传感器原理.3 6.1.2 直接反射式光电开关.4 6.2 单片机最小系统.5 6.3 AT89C51单片机.7 6.3.1主要特性:.7 6.3.2管脚说明:.8 6.3.3 振荡器特性:.9 6.4 数码显示管.9 6.5 蜂鸣器电路.11 6.6 系统程序设计.136.6.1主程序流程图.136.6.2中断计数程
2、序流程图.147 在实验室实现过程中遇到的问题及排除措施:.148 设计心得体会:.149 参考文献.15附录:.15 总电路图.15 程序.16传感器原理课程设计1 设计题目:基于单片机的工业产品自动计数器2 设计要求: 2.1数码管可以显示产品个数(0-99),自由设定产品报警个数(比如8),当产品数目是8的个数时,发出报警(蜂鸣器响)。 2.2独立设计电路,应包括单片机小系统、红外光电开关、数码管显示部分。3 题目分析:该产产品自动计数器是利用单片机实现生产线上产品计数以及当产品数目是一个规定数时,发出报警(蜂鸣器响)。即当生产线传送带上不断有产品单向传送时,使用光电传感器统计一定时间内
3、的产品个数,同时不断将当前统计结果送显示器显示并达到规定数时蜂鸣器响。该系统可以大大提高生产效率,而且成本很低,控制灵活、可靠性强。4 整体构思: 通过利用红外光电传感器产生计数脉冲,驱动单片机计数器开始计数,再通过数码管显示计数,并在通过单片机控制通过规定数产品时蜂鸣器响。5 具体实现:5.1 工作原理图光电传感器计数脉冲 51单片机最小 数码管显 产生电路 系统电路 示电路 蜂鸣器电路5.2 工作原理简述当生产线传送带上不断有产品单向传送时,通过光电传感器产生计数脉冲,由该脉冲控制单片机的计数,并将计数在数码管上予以显示,当达到规定数时蜂鸣器响六、各部分定性说明以及定量计算:6.1光电传感
4、器 6.1.1 红外线光电传感器原理光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下,有三部分构成,它们分为:发送器、接收器和检测电路。 红外线属于一种电磁射线,其特性等同于无线电或X射线。人眼可见的光波是380nm-780nm,发射波长为780nm-1mm的长射线称为红外线,这里销售的红外线光电开关优先使用的是接近可见光波长的近红外线。发送器对准目标发射光束,发射的光束一般来源于半导体光源,发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射,或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面,装有光学元件如透镜和光
5、圈等。在其后面是检测电路,它能滤出有效信号和应用该信号。此外,光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成,能够使光束准确地从反射板中返回,具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角,使光束几乎是从一根发射线,经过反射后,还是从这根反射线返回。 6.1.2直接反射式光电开关 直接反射光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器,当有被检测物体经过时,将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器,于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率较高时,直接反射式的光电开关是首选的检测模式。产品1:M18漫反射距
6、离可调型光电开关(NPN三极管驱动输出)检测距离:30300毫米(可以通过背后的白色电位器调节)被检测物最小直径:5毫米指向角度:小于5度 工作电压:636V直流工作电流:小于8毫安输出驱动电流:300毫安 温度范围:2570度 这是一种应用最为广泛的光电开关,它的直径为18毫米,固定时只要在设备外壳上打一个18毫米的园孔就能轻松固定,长度约75毫米,背后有工作指示灯,当检测到物体时红色LED点亮,平时处于熄灭状态,非常直观,引线长度为100毫米。 检测距离和工作电压有关,当工作电压为7V时,人手在4.5厘米时工作指示灯点亮,当工作电压为12V时,人手在10厘米时工作指示灯点亮。 这种光电开关
7、的输出采用NPN型三极管集电极开漏输出模式,也就是说模块的黑线就是三极管的集电极,如果模块检测到信号,三极管就会导通,将黑线下拉到地电平,黑线和棕线之间就会出现电源电压,如果电源是12V的那么这个电压就是12V,如果电源是24V这个电压就是24V,一般三极管的驱动能力约100毫安左右,所以可以直接驱动继电器等小功率负载。如果客户希望得到的是一个电压信号,可以在黑线和棕线之间接一个1K的电阻,这时模块没有信号时,黑线就是电源电压,模块检测到信号时黑线跳变成电源地(实际是0.2V,三极管的导通压降)。6.2 单片机最小系统 51单片机最小系统电路介绍1.51单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大
8、小直接影响单片机的复位时间,一般采用1030uF,51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。2.51单片机最小系统晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz,在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振,51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度,频率越大处理速度越快。3.51单片机最小系统起振电容C2、C3一般采用1533pF,并且电容离晶振越近越好,晶振离单片机越近越好4.P0口为开漏输出,作为输出口时需加上拉电阻,阻值一般为10k。设置为定时器模式时,加1计数器是对内部机器周期计数(1个机器周期等于12个振荡周期,即计数频率为晶振频率的1/12)。计数值N乘以机器周
9、期Tcy就是定时时间t。设置为计数器模式时,外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。在每个机器周期的S5P2期间采样T0、T1引脚电平。当某周期采样到一高电平输入,而下一周期又采样到一低电平时,则计数器加1,更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期,因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时,最高计数频率不超过1/2MHz,即计数脉冲的周期要大于2 ms。标识符号 地址 寄存器名称P3 0B0H I/O口3寄存器PCON 87H 电源控制及波特率选择寄存器SCON 98H 串行口控制寄存器SBUF 99H
10、 串行数据缓冲寄存器TCON 88H 定时控制寄存器TMOD 89H 定时器方式选择寄存器TL0 8AH 定时器0低8位TH0 8CH 定时器0高8位TL1 8BH 定时器1低8位TH1 8DH 定时器1高8位6.3 AT89C51单片机 计数控制部分是将计数脉冲(负脉冲有效)送入单片机AT89C51两个中断入口的INT0入口,经过单片机内部对这个中断信号进行计数编程构成.AT89C51与MCS-51指令系统完全兼容。提供以下标准功能:4K字节FLASH闪烁存储器、128字节内部RAM、32个I/O口线、两个16位定时/计数器 、一个5向量两级中断、 一个全双工串行通信口、片内振荡器及时钟电路
11、。同时AT89C51可降至0HZ的静态逻辑操作,并支持两个软件的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但是允许RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电后保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。AT89C51单片机芯片外型如图 AT89C51单片机外型 AT89C51P3口端口功能 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程
12、可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。6.3.1主要特性:与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命:1000写/擦循环数据保留时间:10年全静态工作:0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5
13、个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 6.3.2管脚说明: VCC:供电电源 GND:接地。 P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这
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