饮料瓶计数器设计说明书.doc

毕业设计说明书某生产线饮料瓶计数设备设计信息商务学院11050543X11李婷学生姓名： 学号： 自动控制系学 院： 自动化系 名： 刘长明专 业： 指导教师： 2015年6月某生产线饮料瓶计数设备设计摘要瓶装及灌装饮料已经成为人们补充维生素和调味的重要一类饮品，它以自己快捷饮用方便储藏等诸多优点受到大众的一致喜欢。根据设计要求本设计全部由硬件实现，系统涉及光电传感器，运算累加器，计数器等部件，具备自检复位等环节。设计由自检装置、光电计数器、整形部分、加法器、数码管及其驱动装置、加法器进位及复位装置、正相缓冲器、并入串出移位寄存器、收发器组成。设计中用到了多种芯片，通过每种芯片不同的功能，进行逻辑上的合理组合来达到设计的初衷，本篇就以计数设备的硬件加以设计改进，达到加快生产，提高生产率，降低成本的目的。关键词：光电计数器，硬件设置，单片机设计，芯片逻辑组合Beverage bottle count device setting AbstractBottled and filling drinks have become an important category of vitamin and flavor drinks, it is easy to drink for their own convenience store and many other advantages by the public unanimously like. According to the design requirements of the design are realized by hardware, the system involves photoelectric sensor and operation accumulator, counter parts, with self reset link. Designed by self checking device, photoelectric counter, plastic parts, adder, digital tube and its driving device, adder and a resetting device, a positive phase buffer, incorporated into the serial shift register, transceivers. Design uses a variety of chips, by every kind of chips with different functions, reasonable combination of logic to achieve the design intention, this is with a counting device hardware design improvement, to speed up production, improve productivity, reduce the cost of.Keywords: photoelectric counter, hardware setting, chip design, chip logic combination中北大学信息商务学院2015届毕业设计说明书目 录1 设计的目的与意义11.1 本课题的研究背景及意义11.2 本课题国内外研究现状现状21.3 本设计基于的理念32 控制系统工艺流程及控制要求52.1 设计方案53 硬件部分设计73.1 光电计数器73.1.1 红外发接收电路83.1.2 自检装置NE55593.2 整形部分113.2.1 芯片74HC14N123.3 加法器143.3.1 CD4518芯片进位设置153.3.2 复位按钮设置163.3.3 CD4518介绍173.4 数码管及其驱动装置193.4.1 CD4511芯片203.4.2 八位数码管223.5 系统输出设置243.5.1 单片机AT89C51253.5.2 芯片MAX232293.5.3 C51单片机和电脑串口通信电314 模拟仿真部分34参考文献36致谢39第 II页 共 II页中北大学信息商务学院2015届毕业设计说明书1 设计的目的与意义在电子技术飞速发展的今天，电子产品的人性化、智能化和自动化的发展已经非常成熟了，其发展前景仍然不可估量而且非常可观。随着人们生活水平的日益提高，人们越来越追求人性化、智能化和自动化的事物，人们需求的是一种能给生产和生活带来非常方便和便利的电子产品1。1666年，在英国SamuelMorland发明了一部可以计算加数及减数的机械计数机，随之以后的技术发展到现在计数器已经非常成熟了，计数器是一款应用广泛的技术产品，随着技术的发展，这就催生出了新一代的计数器叫光控电计数器。电子计数器有多种计数触发方式，它是由实际使用件和环境决定的。有采用机械 方式的接触式触发的，有采用光控的光电转换的非接触式触发的，它是一种非接触式电子转换器。采用光电转换器制作的光电式电子计数器。数字式电子计数器有直观和技术精确的优点，其利用光束遮断时红外控制理，通过红外发射器与收器实现计数，在实际的啤酒等灌装生产线上当瓶子从光源和光接收器之间通过时，通过光电转换将光的变化转换成输出电压的变化，经可编程逻辑器实现自动计数，给人们进行的自动计数带来了方便。随着科学技术的发展，电子计数器的辅助功能也逐渐增加，现在已经出现了多功能计数器，多功能计数器产品的响应度较高，交直、流电两用、耗能低、价格低、无机械碰撞、无磨损、使用寿命长，既可计数，又可计算。例如在毛衣编织机上运用，除可计数和计算外，还可实现断线报警。通用计数器不仅可测频率、周期还可以测多周期平均、时间间隔、频率比和累计等。频率计数器专门用于测量高频和微波频率的计数器。微波计数器是以通用计数器和频率计数器为主配以测频扩展器而组成的微波频率计。它的测频上限已进入毫米波段，有手动、半自动、全自动3类。系列化微波计数器是电子计数器发展的一个重要方面2。而在科技经济高速发展的当代社会，瓶装及灌装饮料已经成为人们补充维生素和调味的重要一类饮品，它以自己快捷饮用方便储藏等诸多优点受到大众的一致喜欢。小型及中大型的饮料厂应运而生，随着大批的便捷饮料产出，为了方便统计生产量计数设备成为迫在眉睫的必须装置。我国的生产技术水平相对国际总体水平较低，就单拿计数装置来看，可以发现存在计数缓慢，误差较大等相对国际水平有差距的部分 3。1.1 本课题的研究背景及意义在电子技术飞速发展的今天，电子产品的人性化、智能化和自动化的发展已经非常成熟了，其发展前景仍然不可估量而且非常可观。随着人们生活水平的日益提高，人们越来越追求人性化、智能化和自动化的事物，人们需求的是一种能给生产和生活带来非常方便和便利的电子产品。1666年，在英国SamuelMorland发明了一部可以计算加数及减数的机械计数机，随之以后的技术发展到现在计数器已经非常成熟了，计数器是一款应用广泛的技术产品，随着技术的发展，这就催生出了新一代的计数器叫光控电计数器。电子计数器有多种计数触发方式，它是由实际使用件和环境决定的。有采用机械 方式的接触式触发的，有采用光控的光电转换的非接触式触发的，它是一种非接触式电子转换器。采用光电转换器制作的光电式电子计数器。数字式电子计数器有直观和技术精确的优点，其利用光束遮断时红外控制理，通过红外发射器与收器实现计数，在实际的啤酒等灌装生产线上当瓶子从光源和光接收器之间通过时，通过光电转换将光的变化转换成输出电压的变化，经可编程逻辑器实现自动计数，给人们进行的自动计数带来了方便。随着科学技术的发展，电子计数器的辅助功能也逐渐增加，现在已经出现了多功能计数器，多功能计数器产品的响应度较高，交直、流电两用、耗能低、价格低、无机械碰撞、无磨损、使用寿命长，既可计数，又可计算。例如在毛衣编织机上运用，除可计数和计算外，还可实现断线报警。通用计数器不仅可测频率、周期还可以测多周期平均、时间间隔、频率比和累计等。频率计数器专门用于测量高频和微波频率的计数器。微波计数器是以通用计数器和频率计数器为主配以测频扩展器而组成的微波频率计。它的测频上限已进入毫米波段，有手动、半自动、全自动3类。系列化微波计数器是电子计数器发展的一个重要方面。1.2 本课题国内外研究现状现状自动计数器在日常生活中屡见不鲜，它是根据不同的情况设定的，能够通过技术功能实现一些相应的程序，如通过自动计数器来实现自动打开和关闭各种电器设备的电源。广泛用于路灯，广告灯，电饭煲等领域。 自动计数器给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了自动计数器的功能。诸如自动定时报警器、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动启闭电路，定时开关烤箱、甚至各种定时电器的自动启用等，所有这些，都是以自动计数器为基础的。由于它的功能强劲，用途广泛，方便利用，所以在这个电子科技发展的时代，它是一个很好的电子产品。如在洗衣机的定时控制以及路灯等一些人们不能再现场控制的操控。都可以利用自动计数器来完成这样的功用。可见此系统所能带来的方便和经济效益是相当远大的。因此，研究自动计数器及扩大其应用，有着非常现实的意义。 高端传感器在我国的发展现状是怎样的？未来将怎样发展？国内市场上的高端传感器很多都是从国外进口的。近年来，我国传感器的发展已经取得了很大的进步，在一些高端的产品领域，如光电传感器、红外传感器、速度传感器、加速传感器和GIS传感器等等，国内企业已经突破了相关技术门槛，处于推广前期，一旦成功突破市场，行业又将迎来一次高速增长。 传感器由于具有较高的专业性，除国际一线厂商具有较为全面的传感器品类，其余公司基本集中于某一细分领域，例如有的公司主要生产适用于电力行业的传感器，有的公司主要为汽车行业和电子消费领域生产传感器，而有的厂家只生产一种或几种传感器。这种现状使得一些需求客户在采购传感器的时候非常麻烦，如有些需要采购多种传感器就需要联系多个传感器厂家，不同厂家产品型号的匹配上也会产生麻烦。 目前，我国高端传感器领域正处于技术攻关阶段，即市场门槛即将突破的时期。国内部分企业引进国外先进技术，在接近传感器、光电传感器、红外传感器、速度传感器和加速传感器等领域取得了一定的突破，但尚未形成规模，但相信在国家政策的支持和推动下，我国的传感器行业将获得高速成长。中国饮料市场已成为中国食品行业中发展最快的市场之一，我国饮料企业 成本、区位优势明显，同时也存在技术落后，创新力不足，企业产品单一，国际贸易能力差等问题。我国人民生活水平的快速发展给饮料企业带来了更加广阔的市场，饮料企业应该加快技术升级和规模扩展以应对来自外资企业的竞争。饮料瓶计数技术系统是一种较为先进的控制技术，能够解放劳动生产力，提高计数的准确度，加快生产，降低成本。1.3 本设计基于的理念 通过对光电计数器实物的设计和制作，提高自身的素质和了解现代IT产业的发展。全面提高和掌握所学的电、光知识的综合应用能力。在此设计过程中还要充分发挥自己的逻辑思维能力，自己的动手能力和遇到问题的解决能力。将会用到多门学科的理论知识，是对以前所学知识的一个全面的复习和巩固，更重要的是培养了自我分析问题和处理问题的能力，计数器在人们日常生活中也是非常普遍应用的，随着智能化、自动化的不断普及，人们急需一种自动计数的装置。本课题设计的计数器可将机械或人工的计数方式变为电子式计数形式，并且采用数码管来显示计数，简单直观明了，可使用于诸多行业，从而以满足现代生产、生活等方面的日益需求。因此研究光控计数器有着非常现实的意义。本课程设计为光电计数器的设计。光电技术是一门得到迅猛发展的学科，已经渗透到许多的相关的科学领域，应用非常的广泛，而具有代表性的是半导体激光器的广泛应用，具有高量子效率的负电子亲和势。光电阴极的光电倍增管和第三代微光像增强器件的实用化，超大规模的CCD面阵的固体摄像器件已在工业和民用领域都得到了广泛应用，在热成像光电中的红外焦平面技术的应用等等。2 控制系统工艺流程及控制要求工艺流程：（1）流水线饮料瓶计件功能（2）计件数显示功能（3）计件数量的存储及输出控制要求：（1）对通过计数传感器的饮料瓶数目进行计数显示（2）计数装置各部分均可进行自检测与复位（3）对测试数据传出2.1 设计方案饮料瓶会通过传送带的传输通过红外对射装置，挡住由发射端到接收端之间的红外线，使之产生信号，信号通过电路传入计数器会在数码管上直观的显示出来，并且通过串口可以将产生的数据传输到PC上，如图2.1。系统涉及光电传感器，运算累加器，计数器，传输装置等部件，具备自检复位等环节，如图2.2。图2.1 装置示意图波形整形电路接收电路控制电路显示器计数器译码器图2.2 设计方案框根据流水线的工作实际情况，应该采用光电计数传感器，光电计数器（利用光电元件制成的自动计数装置）。设备要进行计数就需要用到计数器。要将计数进行显示就需要用到数码管及数码管驱动器以及将数据传出需要用到的元件缓冲器与并入串出是移位寄存器。 本设计方案达到了最初设计时的工艺要求和控制要求，并且通过以上讲解中的各部分设计间的相互协作即可完成本设计生产线饮料瓶流计数任务。3 硬件部分设计根据流水线的工作实际情况，应该采用光电计数传感器，光电计数器（利用光电元件制成的自动计数装置。其工作原理是从光源发出的一束平行光照射在光电元件(如光电管、光敏电阻等)上，每当这束光被遮挡一次时，光电元件的工作状态就改变一次，通过放大器可使计数器记下被遮挡的次数。常用于记录成品数量或展览会参观者人数。）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4。设备要进行计数就需要用到计数器。（计数器是一种能够记录脉冲数目的装置，是数字电路中最常用的逻辑部件。计数器按进位制不同，分为二进制计数器和十进制计数器；按其运算功能不同，分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器,也称双向计数器，既可进行加法计数，也可进行减法计数)5。要将计数进行显示就需要用到数码管及数码管驱动器，led数码管（LEDSegmentDisplays）由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示6。LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类7。3.1 光电计数器次设计采用直射式进行计数直射式的发射、接收分体，发射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，接收器接收到发射来的红外线，经反相处理使之没有信号输出，有工件经过时挡住光路，接收器失去红外线信号便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数8。图3.1 光电计数器原理图3.1.1 红外发接收电路图3.2 （a）红外发射电路 （b）红外接收电路对输入、输出电信号起隔离作用，光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力9。原理：从红外驱动端发出红外线由红外接收端接收，当有元件遮挡住红外线时，产生脉冲信号，红外发射管在直流驱动方式下，只适合近距离传输。当红外发射管在脉冲驱动方式下，最远传输距离可达20米10。3.1.2 自检装置NE555NE555(TimerIC)大约在1971由SigneticsCorporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的TimerIC，在往后的30来非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电，尽管近CMOS技术版本的TimerIC如MOTOROLA的MC1455已被大的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用11。图3.3 自检装置NE555原理图图3.4 NE555电路组成的多谐振荡器电路开关处于开启状态时，NE555处于运行状态，当开关处于关闭状态时NE555失效，这样就可以输入方波，检验装置是否运行良好12。NE555的特点有：1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。图3.5 NE555管脚功能图Pin1(接地)-地线(或共同接地)，通常被连接到电路共同接地。Pin2(触发点)-这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3VCC，下缘须低于1/3VCC。Pin3(输出)-当时间周期开始555的输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200mA。Pin4(重置)-一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin5(控制)-这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin6(重置锁定)-Pin6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作。 Pin7(放电)-这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。 Pin8(V+)-这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)13。图3.6 NE555内部结构图3.2 整形部分图3.7 整形部分电路原理图整形需要滤掉都懂得微小的波形，使输出的波形为整齐的矩形波，为此选用74HC14系列的74HC14N构成的施密特整形电路14。在电子学中，施密特触发器（英语：Schmitt trigger）是包含正回授的比较器电路。对于标准施密特触发器，当输入电压高于正向阈值电 压，输出为高；当输入电压低于负向阈值电压，输出为低；当输入在正负向阈值电压之间，输出不改变，也就是说输出由高电准位翻转为低电准位，或是由低电准位 翻转为高电准位对应的阈值电压是不同的。只有当输入电压发生足够的变化时，输出才会变化，因此将这种元件命名为触发器。这种双阈值动作被称为迟滞现象，表明施密特触发器有记忆性。从本质上来说，施密特触发器是一种双稳态多谐振荡器15。施密特触发器可作为波形整形电路，能将模拟信号波形整形为数字电路能够处理的方波波形，而且由于施密特触发器具有滞回特性，所以可用于抗干扰，其应用包括在开回路配置中用于抗扰，以及在闭回路正回授/负回授配置中用于实现多谐振荡器。施密特触发器的一个应用是增强仅有单输入阈值的电路的抗扰能力。由于只有一个输入阈值，阈值附近的噪声输入信号会导致输出因噪声来回地快速翻转。但是对于施密特触发器，阈值附近的噪声输入信号只会导致输出值翻转一次，若输出要再次翻转，噪声输入信号必须达到另一阈值才能实现，这就利用了施密特触发器的回差电压来提高电路的抗干扰能力16。3.2.1 芯片74HC14N74HC14是一款高速CMOS器件，74HC14引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC14遵循JEDEC标准no.7A。应用 波形、脉冲整形器非稳态多谐振荡器单稳多谐振荡器兼容JEDEC标准no.8-1AESD保护 HBM EIA/JESD22-A114-A超过2000 VMM EIA/JESD22-A115-A超过200 V温度范围 -40+85 -40+125 74HC14实现了6路施密特触发反相器，可将缓慢变化的输入信号转换成清晰、无抖动的输出信号。双列14脚封装,电源电压=-0.57V,输入/输出钳位电流=20mA,连续输出电流=25mA,连续流过VCC或地电流=50mA,最大功耗=1.1W,存储温度=-65150,工作温度=-5512517。74HC14N其引脚功能如下： 引脚 主要功能 引脚 主要功能 1 非门1输入端 8 非门4输出端 2 非门1输出端 9 非门4输入端 3 非门2输入端 10 非门5输出端 4 非门2输出端 11 非门5输入端 5 非门3输入端 12 非门6输出端 6 非门3输出端 13 非门6输入端 7 负电源输入端 14 正电源输入端图3.8 74HC14N管教功能图表3.1 74HC14N参数表74HC14 型号标识74HC产品系列14基本型号N封装类型，DIPAT89C51-24PI 主要参数电压2.06.0驱动电路+/-5.2mA传输电路12ns5V逻辑电平CMOS封装信息74HC14N封装信息：类型：DIP引脚：14宽度：300 mil包装规格74HC14N包装规格类型：Tube（管装每管：25 pcs74HC165N，8位并进串出移位寄存器3.3 加法器在电子学中，加法器（英语：adder）是一种用于执行加法运算的数字电路部件，是构成电子计算机核心微处理器中算术逻辑单元的基础。在这些电子系统中，加法器主要负责计算地址、索引等数据。除此之外，加法器也是其他一些硬件，例如二进制数乘法器的重要组成部分18。尽管可以为不同计数系统设计专门的加法器，但是由于数字电路通常以二进制为基础，因此二进制加法器在实际应用中最为普遍。在数字电路中，二进制数的减法可以通过加一个负数来间接完成。为了使负数的计算能够直接用加法器来完成，计算中的负数可以使用二补数（补码）来表示。图3.9 加法器原理图装置在这部分要使用加法器，选用CD4518双BCD同步加计数器19。3.3.1 CD4518芯片进位设置原理；当为上升沿，处于低电平，处于高电平时，开始计数，其次在、均为低电平，处于下降沿时。开始计数，这样上升沿与下降沿均能计数的原理，使得在设计中进位问题得到解决20。图3.10 CD4518功能图及波形图图3.11 CD4518芯片进位设置原理图3.3.2 复位按钮设置图3.12 复位按钮设置（红色虚线框内为复位装置）CD4518芯片R（reset）管脚存在高电平是有效，当累加器系统运行时，两芯片的R均接地，芯片进行正常累加，当要进行复位时，按下R5按钮，R5按钮接电源（5V？），使得两芯片R均接到高电平，进行复位21。3.3.3 CD4518介绍CD4518是一个双BCD同步加计数器，由两个相同的同步4级计数器组成。CD4518引脚功能(管脚功能)如下：1CP、2CP：时钟输入端。1CR、2CR：清除端。1EN、2EN：计数允许控制端。1Q01Q3：计数器输出端。2Q02Q3：计数器输出端。Vdd：正电源。Vss：地。图3.13 CD4518引脚功能图CD4518是一个同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为17和915.该CD4518计数器是单路系列脉冲输入（1脚或2脚；9脚或10脚），4路BCD码信号输出（3脚6脚；11脚14脚）22。图3.14 CD4518内部功能设置图CD4518控制功能：CD4518有两个时钟输入端CP和EN,若用时钟上升沿触发,信号由CP输入,此时EN端为高电平（1）,若用时钟下降沿触发,信号由EN输入,此时CP端为低吨平（0）,同时复位端Cr也保持低电平（0）,只有满足了这些条件时,电路才会处于计数状态.否则没办法工作。由此原理可进行复位装置制作23。将数片CD4518串行级联时，尽管每片CD4518属并行计数，但就整体而言已变成串行计数了。需要指出，CD4518未设置进位端，但可利用Q4做输出端。有人误将第一级的Q4端接到第二级的CP端，结果发现计数变成“逢八进一”了。原因在于Q4是在CP8作用下产生正跳变的，其上升沿不能作进位脉冲，只有其下降沿才是“逢十进一”的进位信号。正确接法应是将低位的Q4端接高位的EN端，高位计数器的CP端接USS24。图3.15 CD4518内部设置图及功能表3.4 数码管及其驱动装置基本工作原理：由CD4518产生的信号接入CD4511经过编译译码可将脉冲信号转换为高低电平来点亮数码管，以显示饮料的计数量。根据设计数码管采用共阴极接法（数码管就是8个发光二极管，共阴共阳的编码是不一样的，比如显示8时，共阴的就是0xFF，而共阳的是0x00；驱动公共极也是同样的道理）25。图3.16 单数码管接线图3.4.1 CD4511芯片图3.17 CD4511引脚功能图其功能介绍如下：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。 CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。图3.18 CD4511芯片管脚图1.CD4511的引脚CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。其引脚图如图3.18所示。各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示 a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。 2. CD4511的工作原理 CD4511的工作真值表如表3.2 锁存功能 译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。 当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。如图3-33译码CD4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数据B、C进行组合，得出、四项，然后将输入的数据A、D一起用或非门译码。4消隐BI为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B端输出为低电平，字形消隐。消隐控制电路如图3-4所示。消隐输出J的电平为J= =（C+B）D+BI如不考虑消隐BI项，便得J=（B+C）D据上式，当输入BCD代码从1010-1111时，J端都为“1”电平，从而使显示器中的字形消隐26。表3.2 CD4511的真值表 输 入 输 出 LEBILIDCBAabcdefg显示 XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐 01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐 01110110000000消隐 01111000000000消隐 01111010000000消隐 续表3.2 CD4511的真值表01111100000000消隐 01111110000000消隐 111XXXX锁存 锁存 3.4.2 八位数码管数码管，也称作辉光管，是一种可以显示数字和其他信息的电子设备。玻璃管中包括一个金属丝网制成的阳极和多个阴极。大部分数码管阴极的形状为数字。管中充以低压气体，通常大部分为氖加上一些汞和或氩。给某一个阴极充电，数码管就会发出颜色光，视乎管内的气体而定，一般都是橙色或绿色。数码管的一种是半导体发光器件，数码管可分为七段数码管和八段数码管，区别在于八段数码管比七段数码管多一个用于显示小数点的发光二极管单元DP（decimalpoint），其基本单元是发光二极管27。图3.19 数码管设计图图3.20 数码管共阴极及共阳极共阳极数码管是指八段数码管的八段发光二极管的阳极(正极)都连在一起，而阴极对应的各段可分别控制，如图a所示。共阴极数码管是指八段数码管的八段发光二极管的阴极(负极)都连在一起，而阳极对应的各段分别控制。 原理：数码管就是8个发光二极管，共阴共阳的编码是不一样的，比如显示8时，共阴的就是0xFF，而共阳的是0x00；驱动公共极也是同样的道理28。8421BCD 码对应的显示见下图：图3.12 8421BCD码对应显示3.5 系统输出设置由整形输出得到的高低电平信号通过导线与单片机的P3.2口相连，因为端口功能为外部中断0，通过程序设置，就可以实现数据的传输功能。图3.22 AT89C51输入接线图3.5.1 单片机AT89C51 单片机采用的是ATMEL公司的AT89C51控制芯片，是一种性能高、低电压、功耗低的8位CM05微型处理器，它有40针脚，和其他51系列的单片机都可以互相兼容。该存储器之所以可以效率很高的保存数据的信息，是因为使用该存储器的用户可以采用电的方式在刹那间擦除并改写所存储的信息，同时，还可以加密写入单片机内的程序29。除此之外，这种名叫AT89C51的控制芯片具有128字节RAM、 32条可编程I/ O线、1个串行I/O线、2个16位可编程定时计数器、6个中断源、同时还有片内振荡器和时钟电路30。由于CPU可以受该种AT89C51控制芯片的支持这一点，不仅可以顺利完成对外围电路的控制以及计算的任务，并且还可以输入温度检测电路的数值，用于比较和处理，还可以完成扫描、显示。不仅如此，还可以得到通过计算得出的结果，通过控制电路进一步传送给系统中的执行机构，继续完成随后的部分，完成整套控制过程。AT89C51中有很多元器件。其中32个引脚分别是：P0端口P0.0P0.7共8个P1端口P1.0P1.7共8个P2端口P02.0P2.7共8个P3端口P3.0P3.7共8个VCC：供电电压。图3.25 AT89C51管脚图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P0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/地址的低八位。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外部必须接上拉电阻31。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，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（计时器0外部输入）P3.5 T1（计时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度32。产品简介AT89C51-24PI，低功耗、高性能CMOS 8位单片机，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，4K Flash，24 MHz表3.3 AT89C51-24PI型号标识及主要参数AT89C51-24PI 型号标识ATATMEL标识89C51基本型号24最高频率，24 MHzP封装类型，PDIP40I温度等级，工业级续表3.3 AT89C51-24PI型号标识及主要参数AT89C51-24PI 主要参数FLASH4KRAM128B最大频率24 MHzVcc520% V封装信息AT89C51-24PI封装信息：类型：PDIP引脚：40包装规格AT89C51-24PI包装规格：类型：Tube（管装）每管：10 pcs总共：20 管；200 pcs3.5.2 芯片MAX232MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电。器件特别适合电池供电系统，这是由于其低功耗关断模式可以将功耗减小到5uW以内。MAX225、MAX233、MAX235以及MAX245/MAX246/MAX247不需要外部元件，推荐用于印刷电路板面积有限的应用。MAX220MAX249系列线驱动器/接收器，专为EIA/TIA-232E以及V.28/V.24通信接口设计，尤其是无法提供12V电源的应用33。图3.26 MAX232管脚及功能图第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从11引脚（T1IN）、10引脚（T2IN）输入转换成RS-232数据从14脚（T1OUT）、7脚（T2OUT）送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从13引脚（R1IN）、8引脚（R2IN）输入转换成TTL/CMOS数据后从12引脚（R1OUT）、9引脚（R2OUT）输出。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）34。产品简介MAX232ACPE是MAX232A的子型号！MAX232ACPE是专为RS-232A和V.28通信接口设计的收发器，尤其是12V供压无法实现的情况。表3.4 MAX232ACPE的型号标识和参数如下表所示MAX232ACPE 型号标识MAXMAXIM品牌标识232A基本型号C温度等级，商业级(1)P封装类型，PDIP(2)E引脚数，16PINMAX232ACPE 参数特性Vcc (V)5传输速率（kbps）200外部电容大小(uF)0.1温度等级0至70MAX232ACPE的封装为类型：PDIP引脚：16标准：JEDEC MS-001 AA 体宽：300 mil引脚间距：100 mil / 2.54 mm包装规格MAX232ACPE的包装规格为类型：Tube（管装）每管：25pcs每标准包：40管，共1,000pcs封装信息型号标识 / 参数3.5.3 C51单片机和电脑串口通信电51单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，比如电脑的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，设计采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。采用了三线制连接串口，也就是说和电脑的9针串口只连接其中的3根线：第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。这是最简单的连接方法，电路如下图所示，MAX232的第10脚和单片机的11脚连接，第9脚和单片机的10脚连接，第15脚和单片机的20脚连接35。 要用的MAX232，它是TTL和RS232电平相互转换的芯片。下图就是MAX232的基本接线图。 图3.23 MAX232基本接线图按图加上MAX232就可以了。P