1、 單位代碼:005 分 類 號:TN 延安大學西安創新學院 本科畢業論文(設計)題 目：基于單片機的光電計數器的設計專 業: 電子信息工程 姓 名： 伍桂清 學 號： 0903024124 指導教師： 馬惠鋮 職 稱： 講 師 畢業時間: 二零一三年六月 基于單片機的光電計數器的設計摘要：近年來，隨著工業發展和科學技術的創新,光電計數器技術越來越多的被應用到工業生產和生活中.光電計數器采用光敏元件作為傳感器,利用不同光強產生不同電平信號流進一步實現計數的原理，使得光電計數器現在廣泛應用于工業生產線的計數。本論文主要介紹了基于單片機AT89S51的軟硬件設計過程，以及實現光電計數的工作原理和理論

2、基礎，實現了光電計數器基本的工作要求和性能指標,采用LCD顯示技術顯示計數結果.本次光電計數器設計使用PCB板和LCD模塊顯示，因此電路結構簡單清晰、焊接過程簡單、電路穩定性好、操作難度小.關鍵詞：傳感器；光電計數器;AT89S51Design based on single chip microcomputer photoelectric counter Abstract： in recent years， along with industrial development and the innovation of science and technology, photoelectric

3、 counter technology more and more applied to industrial production and life. Photoelectric counter using photosensitive element as the sensor， the use of different light intensity have different level signal flow to further realize the counting principle, makes the photoelectric counter now counts a

4、re widely used in industrial production line. This thesis mainly introduces the hardware and software design process, based on single chip microcomputer AT89S51 and photoelectric counting principle and theoretical basis of implementing the basic job requirements and performance indicators, photoelec

5、tric counter use LCD display technology to display the count result。 The photoelectric counter design using the PCB and the LCD display module, so the circuit structure is simple and clear, the welding process simple， circuit stability is good, operation difficulty is small。 個人收集整理,勿做商業用途個人收集整理，勿做商業

6、用途Key words： sensor;Photoelectric counter; AT89S51目 錄1引言12任務要求23方案論證23.1兩種方案的選擇23.2方案的選擇24 系統組成概述35 硬件系統各部分介紹35.1光電傳感器35。2 AT89S51單片機45。2。1 AT89S51系列單片機的主要性能特點45。2。3 51系列單片機的基本組成55.2。4外接晶體引腳65。2.5 控制信號或與其它電源復用引腳65.3顯示器件76 硬件電路設計86.1 最小系統86.1.1 電源電路86。1。2 復位電路86。1。3 晶振電路96。2 單片機控制電路106.3 顯示電路107 系統軟件

7、設計118 結論12參考文獻13致 謝141引言 隨著時代的快速發展，信息已逐漸在人們的生產生活中占到重要的地位，如何從生活中的事物中采集信息、處理并且應用這些信息的技術就逐漸變得越來越重要了。人們平時從外界獲的信息的方式通常借助于感覺器官，譬如：眼，耳,鼻,嘴等。但是僅僅依靠人們自身的感官系統，在研究自然規律或者是采集自然信息并運用到日常生產和生活活動中時這些感官系統的功能卻顯得捉襟見肘了。因此為了適應生產和生活的需要，許多具有方便人們生活活動的傳感器便產生了。傳感器的本質是一種檢測、 測量的裝置,它能夠檢測或者形象一點的說是感受某一些信息，而且能將檢測、感受到的這些信息，按照其固有的運行規

8、律轉變成為可被電子電路分析和使用電信號或其他形式信號作為信息輸出，從而達到傳感器傳感時對信號的采集、處理并運用的目的和要求。因此，傳感器也是生活生產中作為自動檢測和自動控制的重要工具1. 傳感器根據其不同的感受特性和固有的內部規律因此通常具有許多不同的分類方式，光敏傳感器便是由于其對光的感知特性而產生的傳感器，也是目前應用最廣泛的傳感器之一。光敏傳感器它的種類非常的多，常見的光敏傳感器主要有:光電管、光敏電阻、光敏三極管、紅外線傳感器等。光敏傳感器也是目前生活中投入生產中產量最多、用途最廣的傳感器之一，它主要廣泛應用于自動化控制和電子測量技術中，而光敏傳感器主要實際生活中的應用卻是涉及到人們生

9、活中的方方面面。譬如,光控小夜燈、照相機、監控器、光控玩具、聲光控開關、攝像頭、防盜錢包、光控音樂盒、生日音樂蠟燭、音樂杯、人體感應燈、人體感應開關等。因此許多涉及到光自動控制的電子產品都出現了光電傳感器的身影。而本文中關于光電計數器的設計就是基于光敏傳感器的感光特性為原理對光敏傳感器的一種實際應用2。本文為互聯網收集，請勿用作商業用途文檔為個人收集整理，來源于網絡光電計數器具有直觀計數和計數精確簡單的優點，目前已應用于各種行業的計數統計和掃描計數中.關于光電計數器的工作原理,它其實由實際環境中的光線決定的，在對光線的感應中它通常隨著光強度的變化而產生自身作為光敏傳感器的光電特性，從而達到采集

10、信息并對自然信號進行光電轉換的作用.然后對這些轉換過來的電信號再通過電路內部的處理、分析和顯示，這種光電計數器便產生了3.目前光電計數器最廣泛的應用在工廠的生產流水線上，其作為產品數量統計工作的工具與其他類型的計數器相比較而言有著不可取代的優點。2任務要求 1.可接收1米內紅外遮光信號，隨著遮光信號距離的增大需要增大信號源器件的功率來產生穩定的脈沖信號 2。可設定計數上限,上限值為100,超過上限值時計數器的計數中斷并且發出報警,同時LED燈指示并需手動復位使計數器重新開始工作計數 3.光電計數器應擁有一定的抗干擾能力，相對較強光的環境也可以穩定工作，并且可以正常顯示出被計數信號電路分析、處理

11、后得到的計數值3方案論證3.1兩種方案的選擇光電計數器可由以下兩種方案提供：方案一：采用紅外對射式光電傳感器，使用紅外發光管發出紅外線作為信號源,對應采用光敏電子管作為信號接收器，產生的高低電平信號由內部數字電路放大譯碼并使用數碼管顯示。方案二：采用紅外反射光電傳感器，擬采用380CM可調集成光電傳感器，發射出紅外線作為信號源，采用收發一體的方式達到信號采集目的，且可控制信號源功率，從而控制信號感知強度，采集到的遮光信號作為計數信號由電路中AT89S51單片機控制處理,最后使用LCD液晶顯示模塊顯示出來。3.2方案的選擇對于方案一和方案二的選擇，應以性能指標和功能實現的原則選取.方案一的傳感方

12、式是由對射的方式分發和收兩部分,原理簡單易設計,但是不易實現功能。因為信號收發的分開將導致信號的發射源和接收器件遠距離不能很好地對準,因此對于一米以內的計數信號不能準確的將信號源和接收器件間獲得的技術信號采集到,對此傳感器的不能穩定采集信號導致方案一不能通過。而方案二的傳感器可以很好的處理信號的采集過程中的不可靠因素，不需要對準即可對遮光信號進行準確采集，且可控制傳感器的功率使其感應強度更大,采集的信號也更準確。然而方案二的成本由于選擇單片機和LCD顯示，因此成本相對方案一較高。綜合方案一和方案二的優缺點,以性能指標和功能實現為最終準則，因此選擇方案二較妥.4 系統組成概述 本系統采用380C

13、M可調集成光電傳感器作為傳感器,AT89S51單片機作為控制器，LCD液晶顯示模塊作為結果顯示器以及一些電位器作為功能按鈕實現硬件系統的功能.硬件系統組成框圖如圖4-1所示:AT89S51單片機LCD液晶顯示模塊超過設定值報警3-80CM可調集成光電傳感器 電位器復位 圖4-1光電計數器的系統組成5 硬件系統各部分介紹5.1光電傳感器 380CM可調集成光電傳感器是一種反射式光電傳感器,它的信號發射源與接收器件集成于一體.它發射出來的紅外信號當被外接物體遮擋時，便會反射回來被接受裝置所接受并且產生電平的反向，此時的反向電平信號就是計數信號。380CM可調集成光電傳感器的感知距離可以由感知任務的

14、需要進行電位調節，通過調節后的紅外可以感知到更遠距離的遮擋信號。因此，3-80CM可調集成光電傳感器具有感知距離遠、抗外界光信號干擾能力強、價格低廉、易操作、易使用等特點，目前已經廣泛應用于機器人避障、流水線計件等許多日常生活生產活動當中。其主要電氣特性及工作指標如:U：5VDCI:100mASn：080CM（DC：直流通電;Sn：指380CM可調集成光電傳感器的實際可感知遮光信號距離）5.2 AT89S51單片機5.2。1 AT89S51系列單片機的主要性能特點AT89S51單片機芯片是ATMEL 所生產的可電氣燒錄清洗的 8051 相容單芯片，它具有單片機的超強抗干擾、高速、低功耗的特點，

15、單片機內部的內部程序代碼容量為4KB，其指令代碼與傳統的8051系列單片機芯片完全兼容.MCS51的主要特點為： 1.AT89S51單片機芯片具有功耗低，而其性能很高且為8位芯片的CPU; 2。AT89S51單片機具有集成密度高、非易失性存儲技術； 3。AT89S51單片機內部含有振蕩器，其振蕩頻率的范圍是1。212MHz； 4。AT89S51單片機片含有128bytes的隨機數據存儲器； 5。AT89S51單片機片內含有4KB的只讀程序存儲器，且能反復擦寫1000次； 6.AT89S51單片機程序存儲器的尋址空間可為64KB； 7。AT89S51單片機片外數據存儲器的尋址空間可為64KB；

16、8。AT89S51單片機的特殊功能寄存器SFR具有18個字節； 9。AT89S51單片機由32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口組成; 10.AT89S51單片機有2個16位可編程定時器/計數器T0、T1和2個全雙工的串行通信接口； 11。AT89S51單片機有2個優先級別高、低不同的中斷源5個; 12.AT89S51單片機片內具有總線結構，且具有較強的位處理能力.5。2。2 AT89S51與AT89C51的區別 隨著技術的發展,新一代的51系列單片機芯片AT89S51的性能相對于之前的AT89C51單片機的型有了明顯的特高，且增加了許多新功. 1.AT89S51單片機具有ISP在線編程功能，其

17、功能的特點是在編寫程序操作的過程中方便對單片機存儲器內部的程序不必把芯片從工作中取出，可在線編寫.因此，AT89S51單片機從操作方式的功能上市一個非常強大且實用的功能. 2.AT89S51單片機其最高工作頻率可達到33MHz，而AT89C51單片機芯片的最高工作頻率只能達到24MHz，因此可以知道AT89S51單片機具有比AT89C51單片機芯片的更高工作頻率，即AT89S51單片機具有更快的速度。 3.AT89S51單片機內部集成含有看門狗計時器（WDT)，相比AT89C51單片機需要外接看門狗計時器單元電路有很大程度上的方便,而且在功能上比AT89C51單片機有很大的進步. 4。AT89

18、S51單片機使用新的加密方法和算法，這使得程序不易被破解，從而對程序的保密性極大的加強.5.2。3 51系列單片機的基本組成 AT89S51單片機芯片相對于AT89C51單片機具有相同的引腳分布很兼容性，因此AT89S51單片機芯片的引腳圖分布如圖51所示：圖5-1 51單片機的引腳圖通過51單片機的引腳分布和特點，我們知道AT89S51與51系列其他單片機中各種型號芯片的引腳互相兼容且相同。一般使用過程中對引腳的使用只采用40只引腳的雙列直插，如圖5-1所示。51單片機按照引腳的功能不同可基本分為以下幾類:1.電源及時鐘等功能引腳，如：VCC、VSS;XTAL1、XTAL2等為單片機提供相應

19、的功能支持和電源供給；2.單片機基本控制功能引腳，如:、和可為單片機提供復位、讀、寫等操作功能5； 3。單片機的I/O口串行接口引腳,一般是由P0、P1、P2、P3這4個8位I/O口組成，它為整個電路的數據接入和輸出做出保障.5.2.4外接晶體引腳在51單片機系統引腳中XTAL1、XTAL2作為單片機晶振為單片機提供時鐘信號,并且可輸出時序的電平信號工單片機分析和處理。XTAL1(19腳）XTAL2（18腳）分別接外部晶體振蕩器的兩端。在工作過程中，如果當需要使用單片機的芯片內部時鐘時，XTAL1、XTAL2,都用來外接石英晶體振蕩器和微調電容；如果當需要使用單片機的芯片外部時鐘時，對于HMO

20、S單片機，XTAL1接地，XTAL2引腳接外部振蕩源；對于CMOS單片機,XTAL1引腳作為外部振蕩信號的輸入端,XTAL2引腳懸空不接6。C51單片機的晶振頻率一般是在6MHZ40MHZ之間,而在用過程中常用的頻率一般是6MHz或12MHz的石英晶體。電容的值沒有嚴格要求，但其取值對振蕩器的頻率輸出的穩定性、大小、振蕩電路起振速度稍有影響，C1、C2可在20pF100pF之間選擇。當外接晶體振蕩器時，電容可選30pF±10pF;外接陶瓷振蕩器時，電容可選40pF±10pF。5.2。5 控制信號或與其它電源復用引腳1。（9腳)：單片機復位端口,復位輸入信號,高電平有效，即當

21、單片機系統中在RST上輸入兩個機器周期以上的高電平，此時的復位信號為高電平即為有效，將器件復位。因此，一般用于完成對單片機控制系統內的初始化操作。通常此端口正常工作時，此腳電平應 小于等于 0。5V。此端口是在VCC發生故障、降低到電平規定值掉電期間，此引腳此時不作為RST復位端口使用，其端口功能是可接備用電源VPD，端口中由VPD向內部RAM供電，以保持內部RAM中的數據.2.（30腳）：地址鎖存使能,地址鎖存允許信號，輸出。做為片外存儲器訪問時訪問外部程序存儲器或外部數據存儲器提供地址鎖存信號，將會低字節地址鎖存，因此低8位地址會鎖存在片外的地址鎖存器中。引腳可以1/6的振蕩頻率穩定速率輸

22、出,可用作對外輸出的時鐘信號或者定時，為編程脈沖輸入端。 3.（29腳）:作為片外程序存儲器選通信號，低電平時有效。在從片外程序存儲器取指期間，有效時,程序存儲器的內容被送上P0口，即數據總線內。可以驅動8個LSTTL負載. 4.（31腳）:訪問程序存儲控制信號，為低電平有效。當“0”時，即表示為低電平，此時表示讀外部程序存儲器。一般只讀取外部的程序存儲器中的存儲內容，尋址空間為外部存儲器的全部空間即64KB，因此讀取的地址范圍為從0000HFFFFH（64KB)，片內的4KB 程序存儲器不尋址因此不起作用6。當“1"時，表示對程序存儲器的讀操作是從內部程序存儲器開始,并可延至外部程

23、序存儲器。在PC值不超出0FFFH（即不超出片內4KB Flash存儲器的地址范圍）時，單片機讀片內程序存儲器(4KB）中的程序，但當PC值超出0FFFH (即超出片內4KB Flash地址范圍）時,將自動轉向讀取片外60KB（1000H-FFFFH)程序存儲器空間中的程序。對于單片機的編程，應注意嚴格控制此引腳端口的電壓，編程是電壓必須控制為12V或21V的編程電壓.5。3顯示器件 本次設計采用 LCD液晶顯示，液晶模塊簡單點說就是屏加背光板加PCB板加鐵框，液晶顯示的原理是背光燈組件發出均勻的面光，光通過液晶屏傳到我們的眼睛里。屏的作用就是按像素對這些光進行處理,以顯示圖像。它使得顯示字母

24、和數字比較方便，控制簡單，成本較低.1602液晶顯示模塊如圖52所示：圖5-2 1602液晶顯示模塊圖6 硬件電路設計 光電計數器的原理圖主要分為三個部分：最小系統,AT89S51單片機控制電路,顯示電路。6。1 最小系統6.1.1 電源電路 本次設計中的電源主要由外接5V供電或接USB線也可供電,該電路設計具有電路簡單清晰，外接電源方便，電壓穩定可靠，功耗較小。主要電路如圖61所示： 圖61 電源電路原理圖6.1。2 復位電路 復位電路在單片機電路中占重要的作用，任何的單片機電路中都離不開復位.因為復位電路不僅僅可以將電路從錯誤狀態中復位,更重要的是它對電路的調試起著非常重要的作用，利用復位

25、對單片機系統進行初始化操作是調試過程中必不可少的操作之一。單片機復位電路如圖6-2所示：圖62 單片機復位電路時鐘電路工作后，在REST管腳上加兩個機器周期的高電平，當單片運行計數值超過上限值時單片機產生中斷，按下復位電路后重新工作。6。1.3 晶振電路晶振電路是本次設計中電路原理圖的一個重要部分，它在整個電路系統中產生時鐘信號，由高低狀態組成的時鐘信號表示并且控制著光電信號的轉換過程。單片機系統默認低電平時無計數信號狀態，當外部傳感器采集計數信號并轉換成電信號再通過晶振電路轉換成由產生高低電平組成的時鐘信號,計數信號為時鐘信號中高電平部分，無計數信號部分為低電平狀態.晶振電路原理圖如圖63所

26、示: 圖63 晶振電路原理圖6。2 單片機控制電路 本設計使用了AT89S51單片機作為控制端,在這個電路設計中占主要地位,它作為作為控制端,主要實現了對外部采集信號的分析和處理，同時整個對電路的正常工作和運行起到了決定性作用。因此，該電路是本次設計的核心。其電路原理圖如圖64所示： 圖64 單片機控制電路 如圖6-4所示，當傳感器P2采集得信號通過AT89S52單片機的P1.0引腳送入單片機中，再由AT89S51單片機進行分析并將結果送顯示模塊顯示，同時對整個系統的運行進行控制.6.3 顯示電路顯示模塊電路使用LCD集成模塊，型號為1602液晶顯示,其主要顯示功能及其引腳圖如表1所示： 表6

27、1 LCD1602管腳功能介紹表引腳圖符號狀態功能1VSS電源地2Vdd電源+5V3V0對比度控制端4RS輸入寄存器選擇5R/W輸入讀、寫操作6E輸入使能信號7DB0三態數據總線（LSB）8DB1三態數據總線9DB2三態數據總線10DB3三態數據總線11DB4三態數據總線12DB5三態數據總線13DB6三態數據總線14DB7三態數據總線（MSB）15LEDA輸入背光+5V16LEDK輸入背光地1602液晶顯示的控制及顯示如表1所示，因此由單片機控制程序控制,而根據表1的引腳功能圖可對單片機進行寫入操作指令，可期顯示計數結果。 7 系統軟件設計本系統采用C語言程序作為軟件支持,C語言更符合人類思

28、維習慣、開發效率高、模塊化強、可移植性好、程序可讀性和可維護性強，同時與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢7。因此本系統使用美國的軟件編程程序C語言進行程序的編寫，同時使用Keil軟件進行調試和編輯。Keil具有生成代碼效率高,易懂易理解的好處。故此，多數使用keil軟件編譯調試.C編程過程前的信號流程圖是不少的，它可是程序清晰化、簡單化，便于修改9。信號流圖如圖7-1所示：顯示計數值外部中斷服函數務手動復位蜂鳴器產生警報開 始數值單片機控制 N Y圖71信號流程圖8 結論本次設計從硬件系統設計上使用了多模塊設計,從傳感器到顯示邏輯都很清晰。原理上從理論程度上將傳

29、感器采集到的信號分高低電平分析，高電平計數,低電平通過。從而上升到單片機控制的高度，利用AT89S51單片機控制時序電路，在傳感器正常無遮擋的條件下電平為低電平信號，遮擋則為高電平信號。如此時序信號的產生和AT89S51單片機控制對遮擋信號進行多次計數，達到了最終的計數目的。通過本次的設計，使我單獨思考和獨立解決問題的能力得到了加強，并且也加強了我的動手能力。對書本上知識的掌握和應用都得以加深。經過這次設計，我對單片機各個引腳的功能有了更身入的了解。特別是對單片機的最小系統，先前總聽聽老師說最小系統,可是自己一直搞不太明白，經過這次設計我才徹底弄清楚。同時也學到了一些光電傳感器方面的知識，增加

30、了我的知識面.在本次設計中采用380CM可調集成光電傳感器,它的信號發射源與接收器件集成于一體。3-80CM可調集成光電傳感器的感知距離可以由感知任務的需要進行電位調節，通過調節后的紅外可以感知到更遠距離的遮擋信號.因此,3-80CM可調集成光電傳感器具有感知距離遠、抗外界光信號干擾能力強、價格低廉、易操作、易使用等特點，目前已經廣泛應用于機器人避障、流水線計件等許多日常生活生產活動當中.參考文獻1丁鎮山。傳感器及傳感器技術應用。M北京:電子工業出版社，19992吳興惠，王彩君。傳感器與信號處理.M北京：電子工業出版社，19983楊永才，何國興.馬軍山.光電信息技術。M上海:東華大學出版社，2

31、0024鄧建云.光電傳感器在自動控制中的應用J,2005。85吳宗凡等編著.紅外與微光技術。M。北京:國防工業出版社，19986張毅坤.單片微型計算機原理及應用M。西安電子科技大學出版社. 1998。9第1版7V。Yu.Tepiov，A。V.Anisimov。Thermostatting Systems Using a SingleChip Microcomputer and Thermoelectric Modules Based on the Peltier EffctJ，20028陳海宴.51單片機原理及應用M.北京：航空航天大學出版社，20109王東峰等.單片機C語言應用100例M.電

32、子工業出版社，200910袁志祥、秦鋒.數據結構（c語言版)例題詳解與課程設計指導第二版。中國科學技術大學出版社出版,2002致 謝本次畢業設計前后歷時半年，在論文完成之際，我要對給予我幫助的老師和同學表示深深的感謝!首先要向馬惠鋮老師表示誠摯的謝意和深深的敬意。本課題在選題及其研究過程中得到馬老師的悉心指導。每周三馬老師都會開例會,給我們解決疑難問題，且對我們的問題一一作了回答，而且舉一反三,使我們考慮問題全面，老師負責認真的態度感染了我們，馬老師多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。馬老師一絲不茍的作風,嚴謹求實的態度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且

33、教我做人,雖歷時四載,卻給以終生受益無窮之道。對馬老師的感激之情是無法用言語表達的。在馬老師的指導下,我從剛開始的迷茫到后來慢慢變得清晰，在這次的設計過程中我還積累了許多設計的經驗，還學會的怎樣去找參考資料，再找參考資料的過程中，我掌握了很多有用的新的知識。 同時，我要感謝給我幫助的老師，感謝老師四年的栽培。沒有你們前期打的基礎，這次的設計也不可能這么順利的完成。感謝我的同學,在我的畢業設計中，他們給予的幫助. 最后，我要感謝各位評審的老師們,在百忙之中抽空看我的論文.附錄一：程序清單#include <reg52.h#include <intrins.h>define ui

34、nt unsigned intdefine uchar unsigned chardefine ulong unsigned long#define LCD_DATA P0sbit LCD_RS =P25;sbit LCD_RW =P26;sbit LCD_E =P27；sbit Data =P10;sbit speaker=P24；void delay5ms(void)； /誤差 0usvoid LCD_WriteData(uchar LCD_1602_DATA）; /*LCD1602數據寫入*/void LCD_WriteCom（uchar LCD_1602_COM); /*LCD1602

35、命令寫入*/void lcd_1602_word（uchar Adress_Com,uchar Num_Adat,uchar *Adress_Data)； /1602字符顯示函數，變量依次為字符顯示首地址，顯示字符長度，所顯示的字符*/void InitLcd（）；void Tim_Init(）；uchar number=0;uchar number_View3；uchar Data_Change；void main（) InitLcd(); Tim_Init(）; lcd_1602_word(0x80,16,"Number : ”); TR0 = 1； while(1） if（Da

36、ta_Change) Data_Change=0;number+；number_View0=number/100+0x30；number_View1=number%100/10+0x30；number_View2=number10+0x30;if(number_View0=0x30) number_View0= '； if（(number_View0= '）（number_View1=0x30)） number_View1= ' lcd_1602_word(0xcd,16，number_View);if（number=100） lcd_1602_word（0x80,16,”*Full*Full*"）； lcd_1602_word(0xc0,16，”*Full*Full*"）； speaker=0; while(1）; void