光电传感器脉冲计数器设计

1、课程设计说明书光电传感器脉冲计数电路设计摘要本文基于AT89C51单片机设计了一个结构简单、性能稳定反射式光电计数器，可实现脉冲实时计数功能。系统采用型号为E18-D50NK的红外传感器为信号采集装置,将光信号转换成电信号，经单片机处理后显示在数码管上。当系统出现锁死情况时可以通过复位键调整，直至系统正常工作。关键词：AT89C51,光电计数器，E18-D50NK第II页课程设计说明书目录1绪论.1.1.1 课题描述1.1.2 基本工作原理及框图1.2相关芯片及硬件电路设计2.2.1 AT89C51芯片2.2.1.1 AT89C51的功能特性3.2.1.2 AT89C51的主要性能参数3.2.

2、2 E18-D50NK反射式红外传感器4.2.3 单片机最小系统电路5.2.4 光电传感器电路5.2.5 显示电路6.3系统软件设计6.3.1 系统的软件运行流程图7.3.2 程序设计7.4仿真1.Q总结12致谢1.3参考文献1.4.课程设计说明书1绪论1.1 课题描述在当今社会飞速发展的今天，越来越多的流水线上的产品和各种公共场所需要进行实时的、有效的、精确的自动计数。传统的机械式或电子式计数器（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。而基于单片机构成的产品自动计数器有直观和计数精

3、确的优点，目前已在各种行业中得到广泛应用。数字计数器有多种形式，总体来说有接触式和非接触式两种，在科技发展的今天，非接触式光电计数器得到了广泛的应用，光电式传感器是其中之一。1.2 基本工作原理及框图本系统是以单片机AT89C51为核心的脉冲计数器。采用光电式传感器，每当物体通过一次，红外光就被物体反射，光电接收管接收一次，光电接收管的输出电压就发生一次变化，这个变化的电压信号通过放大和处理后，通过接收头输出相应的电信号1。当有物体穿越光路时，接收头输出为低电平，反之则为高电平，接收头接单片机P3.4端口,当电信号变化时，启动计数器开始计数，并将计数后所得的数据送给数码管显示。系统的基本原理如

4、图1所示。图1基本工作原理框图系统的电路图如图2所示课程设计说明书VCCVCC0O-00P1.0VCCP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RESETP0.7P3.0EAP3.1ALEP3.2PSENP3.3P2.7P3.4P2.6O0O?P0.42P0.5gP0.6?P0.7901VCCDPY_4-SEGaaaabJfbj'fbIfbj'fcdecdecjd；ecdea-b-cd-efgdp12-3430PP3.5P3.6P3.7XTALXTALP2.5P2.4P2.3:P2.2P2.1AT89C51o

5、-1162QrL15二3iJ14口4c13O5126611771089220P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0图2光电脉冲计数器原理图2相关芯片及硬件电路设计2.1AT89C51芯片AT89C5ZAT89S51AT89C51Pi.0PI,IPL2PL3?i.-IPL5PLbP】JFISTRk口gQ(BDPL1ISTUIPI2(iyn)pjr(TDP15椰runK7AL1LXDVCCPO.0/(ADO)PO.F0.2/(AD2JPE3"ADJJPIL4/(AIM)PhS/iADWlNl6/fADb)pg.7/c.wnEX/VFPME;1疏况PJ.7/(A1

6、5JPJ.6/(A14JPL盯即分P2.4卬8PL3/如”PLP2.0/(AS)AT89C51的引脚排列三种单片机的外形图图33种常见单片机及引脚图AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROMFlashProgrammableand课程设计说明书ErasableReadOnlyMemory的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。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2。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C051是它的一种精简版本。AT89

7、C51单片机为很多嵌入式系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。2.1.1 AT89C51的功能特性AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM,32个I/O口线，两个十六位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，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，并支持两种软件可选的节电工作模式3。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM,定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存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。2.1.2 AT89C51的主要性能参数AT89C51主

8、要性能参数如下：(1) 与MCS-51兼容(2) 4K字节可编程FLASH存储器(3) 寿命：1000写/擦循环(4) 数据保留时间：10年(5) 全静态工作：0Hz-24MHz(6) 三级程序存储器锁定(7) 28X8位内部RAM(8) 32可编程I/O线(9) 两个16位定时器/计数器(10) 5个中断源(11) 可编程串行通道(12) 低功耗的闲置和掉电模式(13) 片内振荡器和时钟电路钿秋及课程设计说明书第4页2.2E18-D50NK反射式红外传感器光电开关电路主要由光电开关管，即光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一

9、步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成4。电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活样因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。如下图示为本次课程设计所采用的光电开关，其型号为E18-D50NK的反射红外传感器。图4反射红外传感器红外传感器输出端的原理图如下：三三<OtFTJiGND图5红外传感器信号输入端红外传感器感受到外界信息时，产生高低电平，通过软件程序设置单片机内部寄存器，当传感器的高低脉冲被单片机接收到时，单片机产生中断，中断产生后进入中断服务程序，通过设置中断服务程序，进行计数。并通过P2.4

10、,P23,P2.5,P2.6,P2.计数信息传送至数码管，数码管显示计数的个数。当需要时按下复位开关，则计数器清零，课程设计说明书数码管显示清零，重新开始计数pppp_1一二二二二二二二一二ppp2.3 单片机最小系统电路AT89C5130PP1.0VCCP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RESETP0.7P3.0EAP3.1ALEP3.2PSENP3.3P2.7P3.4P2.6P3.5P2.5P3.6P2.4P3.7P2.3XTAL2P2.2XTALP2.1VSSP2.0图6单片机最小系统单片机最小系统，或者称为最

11、小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。单片机的晶振电路是一种典型起振电路，分为内部时钟方式和外部时钟方式两种。本次设计所采用的为内部时钟方式。典型的晶振取11.0592MHz（因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通讯的场合）/12MHz（产生精确的uS级时歇,方便定时操作）。单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮他脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰网程序跑飞的时候，按下屈按钮内部的程序自动从头开始执行。|2

12、.4 光电传感器电路本设计使用的光电接受部分是红外光电式传感器，它是采用光电元件作为检测元件信号转换成电信号，光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成，其中光电传感器是型号1E8-B03M封装的红外反射传感器，E18-DS30NK光电传感器，其工作电压为5V,其传感器有三条引脚，一条接+5V,一条接GND,另一条则是数据输出接口，正常情况下输出为高电平，当有物体遮挡时输出为低电平，本课题就是利用该传课程设计说明书感器的这种工作原理实现的。将数据输出端与单片机进行通信，进而实现计数功能2.5 显示电路220后AT89C51图7显示电路本课题采用四位八段数码管，该数码管动态显示接口是单片

13、机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms,由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应

14、，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的6,能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。其四位八段数码管显示电路图7。3系统软件设计课程设计说明书3.1系统的软件运程图本次软件的流程图如下:7系统的软件流程图图3.2程序设计#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedcharvoidtimer1_init();voidsmg_dis();voidDelay1ms(ucharms);课程设计说明书sbitP34

15、=P3A4;unsignedintnum=0;ucharsmg_duanma10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;segbuf4=0,0,0,0;uchardspcom,i;/*主函数*/voidmain(void)timer1_init();P3=0xff;while(1)if(P34=0);Delaylms(20);if(P34=0)+num;if(num=9999)num=0;while(P34);voidtimer1_init()TMOD=0x10;/TMOD=00000110B,使用计数器T1的模式2TH1=(655

16、36-5000)/256;TL1=(65536-5000)%256;EA=1;开总中断ET1=1;/允许定时器T1的中断课程设计说明书TR1=1;/启动T1)voidKey_counter()interrupt3(TH1=(65536-5000)/256;TL1=(65536-5000)%256;smg_dis();)voidsmg_dis()(segbuf0=num/1000;segbuf1=num/100%10;segbuf2=num/10%10;segbuf3=num%10;P0=0xff;P0=smg_duanmasegbufdspcom;P2=0x10<<dspcom;i

17、f(+dspcom=4)(dspcom=0;)voidDelay1ms(ucharms)(unsignedintk;for(k=0;k<ms;k+)(unsignedcharij;课程设计说明书第10页_nop_。；_nop_。；_nop_。；i=11;j=190;dowhile(-j);while(-i);4仿真U1IXTAL1XTAL2RST2930PSENALEEA12345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A

18、8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INTTP3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD10111112AT89C51图8仿真结果在Keiluvision3下新建工程，在工程下新建文件，完成程序的编写，并生成hex文件，在Proteus中画出电路图，进行仿真。由于光传感器在仿真过程中无法接受光信课程设计说明书第11页号，不能产生相应的电信号，所以在仿真中是将光电传感器电路改为一个开关按键。开关按键一端接地，一端接P3.4端口。将P3.4端置为高电平，按下开关按键时，P3.4变为低电平。从而达到光传感器接收光的效果。仿真结果如图8所示。第12页课程设计说明书总结本文介绍了一种基于AT89C51单片机的光电脉冲计数器系统的设计，主要包括单片机的最小系统电路、显示电路和光电传感器电路。本文利用软件编程、这样做占用硬件资源少，成本较低。光电传感器电路通过光的采集输出相应的高低电平即；单片机将收到的脉冲信号通过寄存器储存，同时将信号经处理，通过数码管把脉冲的数量显示出来。在设计的开始到结