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1、云路鹏程九万里，雪窗萤火二十年。王实甫大丈夫处世，不能立功建业，几与草木同腐乎？罗贯中目 录 1 绪论.错误!未定义书签。设计背景.错误!未定义书签。设计任务与要求 错误!未定义书签。2 相关原理分析 2 单片机原理 2 555 定时器原理 2 上拉电阻原理 3 3 系统总体方案的设计 4 4 系统详细设计 4 晶振电路设计 4 电源电路设计 5 复位电路设计 5 光电管电路设计 6 显示电路设计 6 5 系统测试 7 主要元器件 7 焊接元器件 7 系统测试注意事项 8 程序设计 8 6 收获与体会 10 参考文献 10 附录一 总体电路图 11 附录二 元器件清单 12 忍一句，息一怒，饶
2、一着，退一步。增广贤文吾日三省乎吾身。为人谋而不忠乎？与朋友交而不信乎？传不习乎？论语光电计数器 绪论 设计背景 数字式电子计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。数字式电子计数器有多种计数触发方式，它是由实际使用条件和环境决定的。有采用机械方式的接触式触发的，有采用电子传感器的非接触式触发的，光电式传感器是其中之一，它是一种非接触式电子传感器。这种计数器在工厂的生产流水线上作产品统计，有着其他计数器不可取代的优点。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收进行计数，有直射式和反射式两种，通常用于流水线作业工件计数
3、。直射式的发射、接收分体，发生器和接收器分别置于流水线两边，中间没有阻挡时发射器的红外线射到接收器，接收器收到发射来的红外线，经相反处理使之没有信号输出，有工件经过时挡住光路，接收机失去红外线信号的便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数。发射式是发射、接收同体，置流水线一边，前面没有工件往下流时，发射器发出的红外线直接射出没有发射，接收器没有接收到反射来的红外线信号没有输出。有工件经过时挡住光电路使发射器发出的红外线信号发射到接收器上，接收器接收到反射来的红外线信号便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数。设计任务与要求 设计并制作一个单片机控制的光电计数器，使其满足以下要求：（1）上电显示初始
4、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 次时指示灯闪烁 2 下。相关原理分析 单片机原理 单片机电路主要由单片机、振荡电路和复位电路构成。由于 AT89C51 内部集成了 12MHz的振荡电路，所以系统外部未加。单片机电路图如图 1 所示。丹青不知老将至，贫贱于我如浮云。杜甫丈夫志四方，有事先悬弧，焉能钧三江，终年守菰蒲。顾炎武 图 1 AT89C51 单片机的 P0 口用于输出显示器段码。P1 口的用于 6 个 LED 的亮与灭。P2 口用于构成行列矩阵键盘。此芯片是 ATMEL 公司一款低功耗，高性能的
5、 CMOS 8 位微控制器，具有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 单片机的主要工作特性：内含 4KB 的 FLASH 存储器，擦写次数 1000 次；内含 28 字节的 RAM；具有 32 根可编程 I/O 线；具有 2 个 16 位可编程定时器；具有 6 个中断源、5 个中断矢量、2 级优先权的中断结构；具有 1 个全双工的可编程串行通信接口；具有一个数据指针 DPTR;两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式；具有可编程的 3 级程序锁定定位；AT89C51 的工作电源电压为 5（1）V 且典型值为 5V,最高工作
6、频率为 24MHz.555 定时器原理 555 定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。常将有日思无日，莫待无时思有时。增广贤文云路鹏程九万里，雪窗萤火二十年。王实甫 图 2 定时器的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制 RS 触发器和放电管 T 的状态。图中 RD 为复位输入端，当 RD 为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出 v0 为低电平。因此在正常工作时，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
7、/3VCC。当 vI12/3VCC，vI21/3VCC 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 vI12/3VCC，vI21/3VCC 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 vI11/3VCC 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 定时器功能表如表所示。如果在电压控制端（5 脚）施加一个外加电压（其值在0-VCC 之间），比较器的参考电压将发生
8、变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，进而影响电路的工作状态。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 以家为家，以乡为乡，以国为国，以天下为天下。管子牧民海纳百川，有容乃大；壁立千仞，无欲则刚。林则徐P0 口是开漏的，不管它的驱动能力多大，相当于它是没有电源的，需要外部的电路提供，绝大多数情况下 P0 口是必需加上拉电阻的。当 p0 口用来驱动 PNP 管子的时候，就不需要上拉电阻，因为此时的低电平有效；当 P0 口用来驱动 NPN 管子的时候，就需要上拉电阻的，因为此时只有当 P0 为 1 时候，才能够使后级端导通。系统总体方案的设计 根据设计任务要
9、求，光电计数系统可以分光电对管信号输入、显示和控制指示 3 大功能，因此可以光电对管模块、显示模块、指示灯模块、晶振和单片机模块。系统模块图如图4 所示。图 4 系统详细设计 晶振电路设计 晶振电路由 2 个电容，一个晶振组成，如图 5 所示。图 5 单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。单片机晶振有 2 个电容的作用：这 2 个电容叫晶振的负载电容，分别接在晶振的 2 个脚上和对地的电容，一般在几十皮法。它会影响到晶振的振谐频率和输出幅度。晶振的负载电容=(Cd*Cg
10、)/(Cd+Cg)+Cic+C。电源电路设计 单片机 电源 晶振 复位 上拉电阻 数码管显示 光电对管 穷则独善其身，达则兼善天下。孟子我尽一杯，与君发三愿：一愿世清平，二愿身强健，三愿临老头，数与君相见。白居易 图 6 复位电路设计 复位电路由电容、电阻、复位组成，如图 7 所示。图 7 复位电路的原理是单片机 RST 引脚接收到 2US 以上的电平信号，只要保证电容的充放电时间大于 2US，即可实现复位，所以电路中的电容值是可以改变的。按键按下系统复位，是电容处于一个短路电路中，释放了所有的电能，电阻两端的电压增加引起的。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
11、。为可靠起见，电源稳定后还要经过一定时间才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。单片机复位参数的选定必须在振荡稳定后保证复位高电平持续时间大于 2 个机器周期。光电对管电路设计 电路模块采用光电对管传感器，一个 470 欧姆一个 15 千欧姆的电阻结构，输出接单片机定时器 0，引脚上。按键电路如图 8 所示。一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴。增广贤文天行健，君子以自强不息。地势坤，君子以厚德载物。易经 图 8 光电对管的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。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方法，其
12、结构如图 9 所示。图 9 数码管其实是由发光二极管组成，有共阴极和共阳极之分，对于共阳极来说，一位数码管由 8 个二极管组成，他们的阳极接在一起接+5v 电源，而各个阴极与某个端口，如 p1的 8 个引脚相连，当某个引脚输出低电平的时候数码管对应的二极管亮。软件编程时，按照下面的步骤显示字符：（1）首先从 P0 口输出共阳极字符的段码；（2）然后从位选输出低电平。5 系统测试 主要元器件 AT89C51 芯片、晶振、复位、电阻、电容、数码管、按键、二极管、光电对管。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的引脚及接电源的节点的情况，对接线路径进行规划，尽量避免线路
13、的重叠，要求尽量美观实用。焊接固定座T0 人人好公，则天下太平；人人营私，则天下大乱。刘鹗百川东到海，何时复西归？少壮不尽力，老大徒伤悲。汉乐府长歌行槽，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，确保一步步准确无误的进行，以免后面的返工。连接各条线路不要错漏，不要重复。焊接时，烙铁到鼻子的距离应该不少于 20cm，由于焊锡丝中含有一定比例的铅，而铅是对人体有害的一种重金属，因此操作时应该戴手套或在操作后洗手，避免食入铅尘。电烙铁使用以后，一定要稳妥地插放在烙铁架上，并注意导线等其他杂物不要碰到烙铁头，以免烫伤导线，造成漏电等事故。基本操作分为五步：准备施焊，左手拿焊丝，右手握烙铁
14、，进入备焊状态。要求烙铁头保持干净，无焊渣等氧化物，并在表面镀有一层焊锡；加热焊件，烙铁头靠在两焊件的连接处，加热整个焊件全体，时间大约为 12 秒钟。对于在印制板上焊接元器件来说，要注意使烙铁头同时接触两个被焊接物；熔化焊料，焊件的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，立即向左上 45 度方向移开焊丝；移开烙铁，焊锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后，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，时间大约也是 12s。由于焊接技术的不纯熟以及工具的有限，我们焊接的电路板存在一系列问题。系统测试注意事项
15、测试时注意接上电源，不上 CPU，电压调为，尽量低点，测电阻。数码管接低电压，大约为 由于接上拉电阻。检查焊接是否牢固，是否存在虚焊非线。焊接完毕检查无误后，装上下载好程序的芯片，接通电源，测试。测试时要求必须耐心、细心，目标是尽可能早一些找出电路板的缺陷，然后改正，最后达到测试成功的目的。,程序设计#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int uchar codeseg=0 x3F,0 x06,0 x5B,0 x4F,0 x66,0 x6D,0 x7D,0 x07,0 x7F,0 x6F,0 x77,0 x7b,0
16、x39,0 x5e,0 x79,0 x73;uint count=0;片机原理接口与应用.北京：清华大学出版.2005【2】陈光东，赵性初.单片微型计算机原理与接口技术.武汉：华中科技大学出版社.1999【3】谢自美.电路线路设计.实验测试（二版）.武汉.华中科技大学出版社。2000.【4】李世雄，丁康源.数字集成技术教程.北京：高等教育出版社.1993【5】杨志忠.数字基础：数字部分.北京.中国电力工业出版社.1999【6】陈光梦.可编程逻辑器件的原理与应用.上海.复旦大学出版社。1998【7】周建民.可编程逻辑器件与开发技术.北京.人民邮电出版社.1995【8】李亚伯.数字电路与系统.北京
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18、.电子工业出版社.1999【16】倪福卿.董嘉真.罗伟雄.非线性电子.北京。高等教育出版社.1987【17】谢沅清。现代电子电路与技术。北京。中央广播电视大学出版社。1996【18】黄正瑾.在系统编程技术应用.南京.东南大学出版社.1998【19】赵六骏.金良玉.数字电路与逻辑设计.北京.北京邮电大学出版社.1995【20】唐泽荷.段军政.王应勋.数字逻辑电路基础.西安。西安交通大学出版社.1994【21】宋家友.电子爱好者集成电子线路设计手册M.福建科技技术出版社，2002.【22】傅劲松.电子制作实例集锦M.福建科技技术出版社，2006.【23】金发庆.传感器技术应用M.机械工业出版社，2002.【24】廖先芸.电子技术实践与训练M.高等教育出版社，2000.【25】孙梅升.电子技术基础课程设计M.高等教育出版社，2003.【26】杨崇志，康博南.电子爱好者之使用技术手册M.福建科学技术出版社，2002.附录一 电路原理图 T0 百川东到海，何时复西归？少壮不尽力，老大徒伤悲。汉乐府长歌行吾日三省乎吾身。为人谋而不忠乎？与朋友交而不信乎？传不习乎？论语附录二 PCB 电路原理图