2022年产品自动计数器 .pdf

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1、单片机课题设计题目：基于单片机的产品自动计数器姓名：黎富强学号： 3080444905 学院：机械与控制工程学院班级：机械 08-3 指导老师：蒋存波精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 20 页I 摘要在当今社会飞速发展的格局下，越来越多的流水线上的产品需要进行自动计数. 基于单片机构成的产品自动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。有采用机械方式的接触式触发的，有采用电子传感器这类非接触式触发的。本文设计的计数器是采用红外对射式方式，抗干扰性好，可靠性高 . 本设计的指导思想是利用红外发光管发射红外线，

2、红外接收管接收此红外线，并将其放大、整流形成高电平信号 . 当物挡住红外光时，接收管没有接收到红外信号，放大器将输出低电平，同时将这个电平信号送入单片机进行控制计数，并经译码驱动电路使数码管显示数值。这样就得到要统计流水线上的产品的数量。关键词： 自动计数、红外检测、单片机、8 位数码管 . 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 20 页目录摘要. 第一章绪论 . 1 1 . 1前 言 . . . . . . . .1 1. 2设 计 功 能 与 要 求 1 1.3 国内外的研究概况 1 1.4此 次设 计 研 究 的 主 要

3、 内 容 应 解 决 的 问 题 1 第 二 章基 于 单 片 机 构 成 的 产 品 自 动 计 数 器 的 设 计 . . . 2 2.1设计 方 案 选 择（ 总 体 框 图 ）和 原 理 2 2.2系统各单元电路设计2 2 . 3 . 1电 源 供 电 设 计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 . 3 . 2红 外 线 检 测 设 计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 2 . 3 . 3计 数 、 显 示 设 计 . . . . . . . . .

4、. . . . . . . . . . .6 2. 3系 统 程 序 设 计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 02 . 3 . 1程 序 流 程 图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 2 . 3 . 2程 序 设 计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 22 . 4电 路 总 图 . . . . . . . . . .

5、. . . .1 6 第 三 章总 结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 参 考 文 献 .1 8 致 谢 . . . . . . . . . . . .1 9 附 录 .2 0 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 20 页1 第一章：绪论1.1 、前言在当今社会飞速发展的格局下，厂家基本采用流水线技术进行产品生产作业，而怎样对其线上的产品进行实时的、有效率的、精确的自动计数成为广大生产厂家十分关注的问题。传统的机械式或

6、电子式计数器 (主要是用数字电路集成组件组成) 电路比较复杂 , 元器件数量较多 , 故障率较高 , 维修比较困难 ,而且设置预定数值不太方便, 功能不易更改且功能过于单一, 适用范围较窄。 而基于单片机为核心控制的计数器有着能够实时，精确，可靠，稳定等计数优点已成为广大厂家的首选自动计数的装置。1.2 、设计功能与要求1. 整个系统有较强的抗干扰能力，随时可以进行暂停计数、复位计数操作；2. 实现一段时间产品数量的统计，计数范围：0000000099999999 ；3. 能够实现实时、稳定、精确地将计数值准确显示出来. 1.3 、国内外的研究概况如今的产品自动计数器大多采用非接触式的计数触发

7、方式。早已开发出了多种型号的专用检测芯片.而利用 AT89C51 为控制单元、辅以多种外围硬件搭配而成的计数装置已成为现在自动计数应用领域的潮流。而如何提高自动计数器的实时性，抗干扰能力、稳定性是现在国内外自动计数生产厂家研究的主要课题. 产品自动计数器主要用于工厂的流水线上，往往是处于高温，高噪声等极度恶劣的环境当中. 而MCS-51系列单片机构成的产品自动计数器在这种环境中工作时往往会出现误动作（单片机程序跑飞） 或死机（程序进入死循环） . 这也是基于单片机构成的产品自动计数器存在的致命问题。1.4 、此次设计研究的主要内容应解决的问题基于单片机构成的产品自动计数器研究的主要内容包括：如

8、果构成检测电路、 MCS-51单片机用何种方式对外部计数脉冲进行计数显示控制、LED显示驱动模块的选择、 MCS-51单片机的扩展。在这个设计中主要需要解决的问题便是如何提高MCS-51 单片机的抗干扰能力以及稳定性。第二章：基于单片机构成的产品自动计数器的设计2.1 、设计方案选择（总体框图）和原理设计方案（系统总体框图）如图一精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 20 页2 图一：系统总体框图电路的指导思路是利用红外发光管发射红外线，红外接收管接收此红外线，并将其放大、整流形成高电平信号。当产品挡住红外光时，接收管没有接收

9、到红外信号，放大器将输出低电平。这个便是外部计数脉冲信号。这个计数脉冲信号送入AT89C51 单片机中进行计数控制，在经过扩展、显示驱动完成最后的显示过程。之所以选用主要是这个方案涉及的知识面广且能达到精确、稳定的自动计数. 。2.2 、系统各单元电路设计2.2.1 、电源供电电路图二：电源供电电路如图二所示电源供电部分采用变压器降压、桥式整流、电容器滤波、 三端稳压器 LM7805 稳压后供电。电源用220V市电经变 T1压器降压成 9V交流电，然后经四个整流二极管（D1 D4 ）组成的桥式整流变成直流电压，经 C1 滤波后送入 LM7805 芯片稳压成 5V直流电源供红外线发射、接收电路、

10、AT89C51 等供电 . 2.3.2 、外线检测部分这个部分主要由 NE555 组成的红外发射电路和 LM567 构成的红外接收电路构成 . 工作原理为当红外发射二级管发出红外光 , 检测是否受物体遮挡 , 然后由红外线接收二极管将调制信号通过锁相环鉴频后输红外发射电路NE555 红外接收电路LM567 MCS-51控制计数显示AT89C51 显示驱动LED 显示电源供电电路W7805 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 20 页3 出CP 计数脉冲以便单片机进行计数控制. 图三: 红外线发射电路如图三所示，红外线发射电路

11、以时钟定时集成芯片NE555 为核心。内部含有两个电压比较器，一个分压器，一个RS 触发器，一个放电晶体管和一个功率输出级构成一个多谐振荡器。产生一个频率在 91kHz至130kHz的脉冲波 ( 这是理论值。由于元件偏差 , 以实际测量为准 ) ，通过 3脚输出脉冲波，由红外线发光二极管(D1) 发射出去。频率计算方法： F=1.443/(R1+2R2)C1 因此根据公式计算我们知道此设计中红外线发光二极管的发射频率为12.4KHZ94.5kHZ 。发射的是脉冲波。图四:NE555芯片电路引脚以及芯片外型NE555 芯片引脚功能为：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结

12、 - - - - - - -第 6 页，共 20 页4 引脚功能引脚功能功能功能引脚功能1脚芯片GND 3脚输出5脚控制电压7脚放电2脚触发4脚复位6脚门限(阈值）8脚电源电压 Vcc NE555 芯片可构成三大类型的电路：单稳态电路、双稳态电路、无稳态电路。在本设计中使用的是间接反馈型无稳态电路。其主要特点是振荡电路直接连接在电源上。图五：红外线接收电路红外接收电路如图五所表示是以锁相环集成芯片LM567为核心，构成一个鉴频电路。如图五所示，红外线接收二极管将感应到的脉冲信号通过电容C1耦合到三极管 Q1的基极，由 Q1组成的放大电路把感应信号放大约 100倍后， 送给 LM567的 3 脚

13、，由 LM567完成鉴频。如果接收信号在LM567的捕捉带宽内，8 脚输出低电平；否则8 脚维持高电平。 5 脚，6 脚上的电容、电阻决定了内部压控晶体振荡器的中心频率（ f1=1/1.1R4C5 ）当 f=f1 时 LM567开始工作（即构成红外接收电路）。1 脚上的电容 C4和二脚上的电容 C3接地构成输出滤波网络和低通滤波网络，在具体值的设置上C4通常设定为 C3的两倍。利用 LM567锁相环解码芯片的好处是可以提高整个检测电路的检测灵敏度和消除太阳光等背景光的干扰，从而提高了整个检测电路的干扰能力。如果在对射管（接收管和发射管）外加滤光片便可以更好的提高抗干扰能力。精选学习资料 - -

14、 - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 20 页5 图六:LM567的引脚图与内部功能图22.3 计数、显示部分设计图七：计数、显示原理图计数显示部分如图七所示。由单片机AT89C51控制完成。基本原理为当红外检测部分检测到有产品经过时，红外接收电路LM567芯片的 8 脚输出口将产生一个低电平信号，这个信号将供给单片机进行计数控制；显示部分是通过扩展8155I/0 口实现，通过集成驱动芯片BIC8718完成最终的显示 . 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

15、行计数编程构成. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 20 页6 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、 2 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。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

16、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八、图八： AT89C51 单片机外型图九： AT89C51P3 口端口功能显示部分是通过 8155芯片扩展 I/O 口和显示驱动芯片BIC8178以及 8 段数码管构成 . 采用的是软件译码方式。软件译码是把各字符的段选码组织到一个表中，要显示某字符先查表得到其段选码，然后送往显示器的段码线。单片机应用系统中多采用软件译码的动态显示。图七中PB口输出的是段选码， PA口输出位选码。对应于 MCS 51 单片机的 I/O 口扩展普遍的选用8155和 8255系列。选择使用 8155扩展芯片。 Intel 815

17、5芯片内包含有 256个字节 RAM ，2 个 8位、1 个 6 位的可编程并行 I/O 口和 1 个 14 位定时器/ 计数器。8155可直接与 MCS 51单片机连接不需要增加任何硬件逻辑。由于 8155既有 RAM 又具有I/O 口，因而是 MCS 51 单片机系统中最常用的外围接口芯片之一，8155的引脚及内部结构如图十：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 20 页7 图十：8155 引脚以及内部引脚图十一： 8155 外部引脚图8155芯片外部引脚图如图十五。8155共有 40 个引脚，采用双列直插式封装。各引脚功

18、能如下：AD7 AD0 ：地址数据总路线。单片机和8155之间的地址、数据、命令、状态信息都是通过它传送的。/CE：片选信号线，低电平有效。/RD：存储器读信号线，低电平有效。/WR ：存储器写信号线，低电平有效、ALE ：地址及片选信号锁存线，高电平有效，其后沿将地址及片选信号锁存到器件中。IO/M ：I/O 接口与存储器选择依赖线，高电平表示选择I/O 接口，低电平选择存储器。PA7 PA0 ：A口输入 / 输出线。PB7 PB0 ：B口输入 / 输出线。PC5 PC0 ：C口输入 / 输出或控制信号线。用作控制信号线时，其功能如下：PC0 ：A INTR（A口中断信号线）。 PC1 ：A

19、 BF（A口缓冲器满信号线）。PC2 ：/ASTB（A口选通线）。 PC3 ：B INTR（B口中断信号线）。PC4 ：B BF（B口缓冲器满信号线）。 PC5 ：/BSTB （B口选通线）。TIMER IN：定时器 / 计时器输入端。 /TIMER OUT ：定时器 / 计数器输出端。RESET ：复位信号线。 VCC ：5V电源。 VSS ：地。8155 内部结构包括两个8 位并行输入 / 输出端口，一个 6 位并行输入 / 输出端口， 256 个字节的静态随机存取存储器 RAM ，一个地址锁存器，一个14 位的定时器 / 计数器以及控制逻辑电路，各部件和存储器地址的选择由 IO/M 信号

20、决定。当 IO/M 0（低电平）时，表示AD7 AD0输入的是存储器地址，寻址范围为00H FF。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 20 页8 当 IO/M 1（高电平）时，表示AD7 AD0输入的是 I/O 接口地址，其编码如下表所示。其中A7A3可经译码器进行译码，产生片选信号/CE，内部寄存器和口地址由A2A0给出。8 段数码显示管的型号选DS-2181Bx ：图十二： LDS-2181Bx 图十三：暂停电路图十四时钟电路（晶振）图十五 带手动看门狗的复位电路2.3 、系统程序设计2.3.1 、程序流程图精选学习资

21、料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 20 页9 图十六主程序流程图图十七主程序初始化流程图图十八中断计数程序流程图开始8155 初始化， PA、PB 置基本输出方式动态显示初始化，显示缓冲区首地址78HR0 动态扫描首显示位位选字7FR3 送位选字（ R3）8155PA 口查段先码段选码送8155PB 口延迟 1ms 指向缓冲区下一个单元（R0）结束返回Y N 8 位显示是否完？显示下一位，R3 右移一位精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 20 页10 图十九：

22、示子程序流程图2.3.2 、程序设计ORG 0000H ；上电、复位入口地址LJMP START ；转向主程序初始化ORG 0003H ；INT0 中断入口地址LJMP INT ；转向 INT0 中断服务程序ORG 000BH ；T0中断入口地址LJMP SEVER ；转向 T0中断服务程序ORG 0030H ；主程序初始化START ： MOV SP，#60H ；置堆栈指针SETB IT0 ;置 INT0 边沿触发方式MOV IP,#01H ;置 INT0 为高优先级MOV IE,#81H ；CPU 开中断、 INT0 中断MOV 78H ，#00 MOV 79H ，#00 MOV 7AH

23、，#00 MOV 7BH ，#00 MOV 7CH ，#00 MOV 7DH ，#00 MOV 7EH ，#00 MOV 7FH ，#00 MAIN ：LJMP MAIN ；转主程序执行，并等待中断 ORG 0100H ；INT0 中断服务程序 , 中断一次，数量加1 INT：PUSH ACC ；INT0 中断服务程序PUSH PAW 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 20 页11 JNB P1.0,DISPLAY MOV A,78H ADD A,#1 MOV 78H,A CLR A ADDC A,79H MOV 79H

24、,A CLR A ADDC A,7AH MOV 7AH,A CLR A ADDC A,7BH MOV 7BH,A CLR A ADDC A,7CH MOV 7CH,A CLR A ADDC A,7DH MOV 7DH,A CLR A ADDC A,7EH MOV 7EH,A CLR A ADDC A,7FH MOV 7FH,A LCALL DISPLAY POP PAW 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 20 页12 POP ACC RETI DISPLAY ：MOV A ，#00000011B ；8155 初始化 MO

25、V DPTR ，#7F00H ；使 DPTR 指向 8155控制寄存器端口 MOVX DPTR ，A MOV R0 ，#78H ；动态显示初始化，使R0指向缓冲区首地址 MOV R3 ，#7FH ；首选位字节送R3 MOV A ，R3 LDO ：MOV DPTR ，#7F01H ；使 DPTR 指向 PA口 MOVX DPTR，A ；选通显示器低位（最右端一位） INC DPTR ；DPTR 指向 PB口 MOV A，RO ；读要显示数 ADD A，#0DH ；调整距段码表首的偏移量 MOVC A，A+PC ；查表取得段选码 MOVX DPTR ，A ；段选码从 PB口输出 LCALL DL1

26、 ；调用 1MS 延时子程序 INC R0 ； 指向缓冲区下一单元 MOV A，R3 ； 位选码送累加器 A JNB ACC.0，LD1 ；判断 6 位是否显示完毕， RR A ；未显示完，把位选数字变为下一位选字 MOV R3，A ； 修改后的位选字送R3 AJMP LD0 ； 循环实现按位序依次显示 LD0：RET DSEG ：DB 3FH ，06H ，5BH ，4FH ，66H ，6DH ，7DH ；断码表DB 07H ，7FH ，6FH DL1 ：MOV R7 ，#02H ；延时子程序DL ：MOV R6 ，#0FFH 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 -

27、 - - - - - -第 15 页，共 20 页13 DLO: DJNZ R6, DL6 DJNZ R7, DL RET 程序说明 :R0显示缓冲区数据指针 , 初值为 78H R3 位扫描寄存器 , 初值 7F R5 、R7 减 1 计数器显示缓冲区设80C31片内 RAM 的 78H7FH单元位显示缓冲区 , 依次(从低位到高位 ) 存放八个要显示的字符 / 数据在段选码地址表中的序号。 2.5 、电路总图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 20 页14 第三章 : 结论在研究这个课程设计的过程当中面对很多选择：在检

28、测单元的选择上是选择光电传感器还是红外对图二十：电路总图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 20 页15 射式曾经让我迷茫 . 在 MCS-51单片机的选择上是选择内部具有4KB字节的闪烁存储器的AT89C51 还是选择内部具有 8KB字节的闪烁存储器的AT89C2051曾经也让我困惑不已（其实任选一款都可以实现）. 而最让我感到迷茫的是否利用8155 进行 I/O 口的扩展，其实通过设计要求可以看出不难看出根本不需要对 AT89C51进行扩展就可有完成0-99999999 的计数显示功能（采用7段数码管显示可以不扩展）

29、。而我最终还是选择了扩展是因为虽然这样让电路复杂了许多但也让我对单片机的I/O 口扩展部分详细进行了重新学习和掌握。本次设计的基于单片机构成的产品自动计数器，外加暂停电路、带手动看门狗的复位电路等功能按键，上电进行计数工作。当生产线上每个产品通过挡住红外光时，接收管没有收到红外线信号，放大器将输出低电平脉冲，同时将这个电平脉冲信号送入AT89C51 单片机中进行计数控制，并经译码驱动电路使数码管显示数值，这样实现流水线上产品数量的统计。在工作过程中，可以随时接暂停按钮进行计数暂停；随时按复位按钮进行复位重新计数等功能。计数器能够实现实时、稳定、可靠、精确地将计数值准确显示出来的优点，计数工作非

30、常灵活，再外加扩展8155 心片，系统存储量更大，可附加其他电路，实现更强大的功能，故通用性广。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 20 页16 致谢本设计在选题及研究过程中得到蒋存波老师的悉心指导。之所以能够很好地完成此次设计，更多的知识来源于蒋老师在课堂上给予我们的讲解，他不学识渊博，对专业孜孜以求，精益求精；而且在百忙之余仍然读书不辍，不断探求；为人师表，率先垂范；传道授业，呕心沥血。他也是我们学校最早一批接触自动化类学习与研究工作之一。在课堂上，他总是会不时地把他在研究过中遇到过的问题及解决方法讲解给我们，理论联系

31、实际，让我们学习单片机有很大的催化作用，为此让我在此设计中也减少了许多困难。蒋老师严谨的教学态度和坚韧的探索精神将使我受益终生，非常感谢您！ ！在此也感谢我们的宿友们，正是由于他们的帮助和支持，在设计过程中提出了许多宝贵的建议，证我在设计中更快的学成设计，谢谢你们！ ！ ！精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 20 页17 附录：本次毕业设计所用到的集成电路和电子元件如下：W7805 NE555 LM567 AT89C51 8155 BIC8718 TOP-2181A三端电源稳压红外发射红外接收单片机I/O 口扩展显示驱动8 位数码管1 块1 块1 块1 块1 块2 块8 个IR928-6C 红外接收头1 个IR908-7C 红外发射管1 个SMD1N4001 整流二极管4 个电阻、电容若干精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 20 页