《基于单片机的自动计数器的设计》8000字

基于单片机的自动计数器的设计摘要随着当今社会的快速发展，构造简单的单片机得以通过流水线大量生产，以及受到疫情影响各种公共场所需要用到自动计数系统。基于单片机的产品自动计数器具有直观、计数准确等优点，已广泛应用于各行业。数字计数器有多种形式。大致可以分为两种类型：接触式数字计数器和非接触式数字计数器。随着科学技术的发展，因具有价格低廉、抗干扰性好、结构简单、操作方便等特点，非接触式红外计数器得到了广泛的应用。本设计采用一对红外发射和接收管作为红外计数器的信号检测头。其基本原理是用红外线发射器发射红外线。红外线接收器接收红外光，对其进行放大和整流，形成低电平信号。当有人或物挡住红外光时，接收管不接收红外光信号，同时放大器输出高电平信号，送单片机控制计数，使数码管显示数值。这样，就得到了要计数的人或物的数量。关键词：计数器；单片机；红外线管摘要 21绪论 41.1前言 41.2选题背景及意义 41.3设计要求 41.4国内外的研究概况 41.5此次设计研究的主要内容应解决问题 52基于单片机构成的产品自动计数器的设计 52.1方案论证与选择 52.2系统总体框图和原理 72.3系统单元电路设计 72.3.1电源供电电路 72.3.2红外线检测部分 102.3.3数码管显示部分 103.硬件说明 143.1硬件复位 143.2复位电路 153.3复位电路的分类 163.4全电路图 174结论 176参考文献 20

1绪论1.1前言如今，在经历了百年的兴建基础建设之后，双门公共汽车得到了普及即使在四线五线城市之中公共汽车也能做到主线覆盖，如何实时，有效，准确地在线统计车内人数已成为大多数公交车厂商关注的问题。传统的机械或电子计数器（主要由数字电路集成部件组成）具有电路复杂，部件数量多，故障率高，维护困难等特点。然而，设置预定值不方便，并且功能不容易改变。而且，功能过于单一，适用范围狭窄。基于单片机的计数器具有实时，准确，可靠，稳定的优点，已成为大多数公交车厂商的第一台自动计数装置。1.2选题背景及意义随着当今社会的快速发展，构造简单的单片机得以通过流水线大量生产，以及受到疫情影响各种公共场所需要用到自动计数系统。单片机技术促进了产品和设备生产工艺的提高。这些智能产品的应用、维护和管理需要社会提供大量的单片机技术师和开发员工。单片机的体积小、功能强、可靠性高、性价比高等特点，为实现工业生产技术进步和机电一体化及智能测控产品指明了发展方向。智能测控产品已经实现或部分实现，为了完全地实现上述特点，设计者还要做很多的工作，电子计数器不是一种单一功能的电子产品，而是一种多功能的电子测量仪器，它用电子学方法量取并记录一段时间内输入其中的脉冲数，并显示数字形式的记录结果。1.3设计要求整个系统稳定性强。满足100以内计数精确实时显示计数值具有自动和手动清0能力1.4国内外的研究概况目前的公共场所人数计数系统大多采用非接触式方式，各种类型的专用检测芯片已经研制成功。其中以AT89C51芯片为核心，以多种外围硬件的计数装置为辅助已成为当前自动计数应用领域的发展趋势。目前国内外自动计数产品研究的主要课题是其中自动计数器的实时性、稳定性和抗干扰能力方面的强化。产品自动计数重点应用于工厂流水线、公共汽车、教室上，往往在人流量中等、情形复杂等干扰较大的环境中。由AT89C系列单片机组成的自动计数器经常因为计算能力问题出现误操作（单片机程序跑掉）或崩溃（程序进入无限循环）。这也是基于单片机的产品自动计数器的致命存在。1.5此次设计研究的主要内容应解决问题在本设计中，基于单片机设计的人数计数系统的关键是自动计数器的研究。自动计数研究的关键包括以下几点：如果构成检测电路、AT89C51单片机采用计数方式：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，以及AT89C51单片机的扩展。如何提高AT89C51单片机的抗干扰能力和稳定性是AT89C51单片机需要解决的主要问题。应尽可能保持输出电压的直流分量，以使输出电压接近理想2基于单片机构成的产品自动计数器的设计2.1方案论证与选择方案一、如图一原理阐述：专业检测芯片形成计数后，通过其片上计数和显示编程，送入AT89C51单片机控制单元。74LS245芯片是一种LED驱动芯片，在同一时间完成对4个7段数码管的驱动。微控制器操作的中间有用结果可以借由一个EEPROM模块AT24C02暂时储存。在突然断电、断电或瞬时电源电压不稳定时使用。不会造成数据丢失或数据误写，而且在重新上电后还可以从中读取保存的数据内容，极大的增加了单片机的抗干扰性。方案二、如图二原理阐述：以NE555为核心的红外发射电路和以LM567为核心的红外接收电路组成红外检测单元，组成计数脉冲。计数显示部分使用四合一芯片CL102，该芯片集成了解码，驱动，锁存和显示功能。方案三、如图三原理阐述：利用红外线发射器-接收器的性能，即红外检测器以与红外电阻原理分开的电压接收参考电压，如果存在红外线，则红外接收器的串联电阻除以接收电压，电压比较器会产生高电压，因此，LM324电压比较器的输出电平非常低。没有红外线时，分成串联电阻红外接收器的电压非常低，因此输出电平非常低。然后，单片机产​​生一个精确的计算值。上面三个选项中的每一个都有自己的优点：第一种解决方案是理想的产品，可实现产品的自动计算功能，并通过防止特殊外围芯片的干扰使系统保持在异常状态；一种好的解决方案；外围电路简单且性能高。停止市场的自动计算。同时，一个严重的问题是这些产品价格昂贵，因此无法移动，如果使用这种设计方案，就足以了解每个专用芯片的输出功能。外部连接模式的自动计算，这不符合我的发布目标，因此，尽管这是一个理想的解决方案，但它并没有被放弃。第二种解决方案特点是简单，廉价且准确的自动产品计数器，但是在系统处于异常状态时非常不稳定，在当今市场上它也是自动计算机产品的过时产品，在某些情况下，产品数量很少在这种情况下，这种选择过于简单且难以做出。第三个程序是该论文项目中采用的程序，其主要原因如下：该系统具有广泛的知识，可以提供精确且稳定的自动化计算。-干扰能力整个系统无法保存数据时发生故障当系统仪表板不正确时，可能会发生故障或故障，这也是一个严重的设计问题。2.2系统总体框图和原理系统总体框图如图四、电路构建原理：先由红外线发生器发射红外线，再由红外线接收器接收被反射回来的红外线。当红外线被阻挡反射时，反射光照射红外线接收器使接收器电阻减少，与无阻碍物时比较电压发生变化，这样就可以通过电压比较器与基准电压进行比较。当接收到反射红外线时，红外线电阻减小，分压减小，与其串联电阻分压增大，电压比较器对外输出高电平。反之，再未接受反射红外线时，红外线电阻增大，分压增大，与其串联电阻分压减小，电压比较器对外输出低电平。让后通过AT89C51单片机对该电平变化进行计数，最后经过扩展令显示器显示2.3系统单元电路设计2.3.1电源供电电路图五如图5所示，电源使用变压器降压，桥式整流和电容器滤波。在稳定电压之后，将三端镇流器785用作电源。该电源使用220V家用电源，并使用变压器代替9VAC，使用由四个整流二极管（D1至D4）组成的桥式整流器形成DC电压。经过C1滤波后，输入到7805芯片以稳定电压，形成5V直流电源，用于红外发射和接收电路，AT89C51电源。桥式整流电路：桥式整流器是最常见的电路，其中整流器由将交流电转换为直流电的二极管使用。原理：桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。利用二极管的单向导电性，在输入正弦交流电的情况下输出正弦交流电的正向部分负向部分被损失。桥式整流器使用4个二极管，2个一组，首尾相接组成单向通路，并将连接部分连入输出端。两组p端接输出端负极，n端接输出端正极。并且输入正弦波的正半部分在第一个二极管处导通输出电压。如果输入正弦波的负一半，另一端二极管形成通路同样输出电压，即使它们都反向连接，它们仍会输出正弦波的一半，桥式整流器的输入正弦波的利用率为是半波整流器的两倍。需要特别指出的是，二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费。优点：桥式整流电路是由多只整流二极管作桥式连接，外用绝缘塑料封装而成，大功率桥式整流器会在绝缘层外添加金属壳包封，增强散热。桥式整流器品种多，性能优良，整流效率高，稳定性好，最大整流电流从0.5A到50A，最高反向峰值电压从50V到1000V。滤波电路分析滤波电路的作用是将交流电转换为直流电，但是由于该电路的脉动分量很大。而一般的通用电子设备要求直流电源的脉动系数（电压或电流幅度与平均值之比，称为脉动系数s）必须小于0.01，因此，必需在保持输出电压的直流分量不变的情况下，设法减小直流电源的脉动分量，最终使输出电压趋于稳定。这样的电路是直流电源中的滤波电路。常见的滤波器电路有两种类型：无源滤波器和有源滤波器，无源滤波器的主要形式是电容器滤波器，感应滤波器和复数滤波器无源滤波电路通常用在功率电路中，比如直流电源整流后的滤波，或者大电流负载时采用LC（电感、电容）电路滤波DC中的肋骨成分的大小由肋骨系数表示。值越大，滤波效果越差。分数系数（s）=输出电压的交流分量的最大值/输出电压的直流分量的最大值如果交流电的角频率是固定的，那么R和C2越大，脉动系数越小，滤波效果越好；随着R值的增加，电阻上直流电压的压降将增大。这将增加内部直流电源的损耗增加；如果增加C2的电容，电容器的体积和重量将增加，这是不现实的。为了解决这个问题，我们在电压稳定之前和之后都吸收了滤波器，并使用电容器的充电和放电来补偿AC组件的电压波动。稳压电路2.3.2红外线检测部分如图六所示红外探测器接管一对红外发射器和接收器，如果电路工作正常，则没有障碍物阻挡红外接收器，红外接收器具有红外辐射，此时红外接收器的电阻很小，大部分电压加到R3，这是电压比较器LM324的正输入电压，而负输入电压则由R4和R5的分压以及该电压确定为。R3的值大于参考电压值，使得电压比较器LM324输出高电平；如果红外发射器和接收器之间有障碍物，则红外接收器没有红外辐射，并且红外接收器的电阻非常大，大部分电压加到红外接收器上，这也是当电压正向输入电压比较器LM324的负电压为负，输入电压也由R4和R5分压确定。作为输出电压，R3电压低于参考电压值，因此该电压低于LM324。2.3.3数码管显示部分图七、数码管显示部分显示器使用74LS245作为数字管的驱动器电平，通过两个PNP三极管完成位选择操作，并通过软件解码完成。考虑到动态扫描期间的灯点亮时间非常短，此处将74LS245用作斜坡的段驱动器电平。在此设计中，中间代码输出端口的输出端口为P0端口，漏极开路为P0端口。它具有非常强的填充电流容量，但是上拉电流容量很差，因此我在P0端口上增加了10个漏极电阻作为导通电阻。上拉电阻的作用是，当单芯片输入为0时，上拉电阻上的电流直接流入宏处理器，从而使数字管的段代码保持在低电平。因此，数码管此时不发光。另一方面，当宏处理器的输出为0时，上拉电阻器使电流进入单个芯片，而漏极电阻器上的电流流入数字电子管，从而使软线管以该数字发光。次（此处为共阴数码管）。图八、共阴数码管原理图 图九、共阳数码管原理图数字管实际上是八个发光二极管，它们以两种方式连接。当连接它们的阴极时，以这种方式构造的数字管变成连接其阳极的公共负数字管。这成为阴极数码管。LED数码管的特点：多个LED数字管的所有部分均由8位I/O端口控制，因此我们的位LED始终显示相同的字符。为了显示不同的字符，必须使用扫描方法依次打开每个LED。即，每次只显示一个字符。此时，段选择控制I/O输出相应的字符段选择代码（字体代码），并且位选择控制I/O端口将门控制电平传输到显示位（当LED是共阴极时））。如果LED是共阳极，则在该位上显示相应的字符，以便依次显示每个字符。对于每个输入，段选择和位选择的延迟时间为1ms。如果是0.1s，则每个显示之间的间隔不必超过20ms，并且保持延迟时间恒定可以提供视觉上的持续时间效果，每个数字显像管始终给人以打开的感觉。数码管驱动部分图十、74LS245引脚图引脚功能：A：A总线端B:B总线端：三态允许端（低电平有效）DIR：方向控制端功能表DIR操作LLB端流向A端LHA端流向B端HX高阻利用74LS245可将单片机输出的4个TTL门电流提高到每人口为8个TTL门，中样提高了数码管的段选输入电流，从而提高数码的亮度。单片机计数及控制部分图十一、单片机计数部分计数部分如图11所示。它由AT89C51控制。基本原理是，当红外检测部分检测到经过的物体时，红外接收电路的串联电阻将降低分压，从而使电压比较器的正输入小于负输入电压，从而使电压比较器输出低电平信号，该信号将提供给MCU进行计数控制。计数部分有三种方案：外部中断，t0或T1计数器脉冲统计信息和查询方法。t0或T1计数器的主要功能是对特定时间段内的脉冲数进行计数。我们不是在这里研究在一定时间内通过的项目数，而是在显示屏上实时显示当前计数值，因此在这里我们不能使用t0或T1计数器。查询方法是在一定时间段或一定时间内查询CPU是否存在计数脉冲。众所周知，CPU查询一个脉冲大约需要一个机器周期，即12个振荡周期。与MCU的速度相比，外部流水线的传输速度太慢。如果我们坚持使用查询方法来计算对象的传输速度，那么对于MCU来说就是太浪费时间了。在单片机产品的设计中，时间资源和空间数据特别宝贵，不易浪费，因此放弃了查询方案。外部中断方法是使用p3.2端口的第二个功能INT0中断。此时，当产生低电平时，MCU将自动进入中断服务程序以处理外部中断问题。但是，此时，由于外部干扰或对象的特性，可能会触发反向中断，这可能会导致计算错误，重新计算以及其他错误后果。原因是我们不再使用电平触发器，而是使用负边沿触发模式，因此只有当产生完整的脉冲时，才会出现负边沿，这可以解决大型程序中的错误问题。综上所述，在这种设计中，最合理的方法是使用外部中断计数。4K字节闪存，128字节内部RAM，32个I/O端口线，两个16位定时/计数器，5矢量二级中断，全双工串行通信端口，片内振荡电路到时候，AT89C51可以降低到0Hz静态逻辑运行，并支持两种软件的省电模式。空闲模式使CPU停止工作，但允许ram，定时器/计数器，串行端口和中断系统继续工作。掉电后，ROM的内容被保存，但是振荡器停止工作，并且所有其他组件被禁止工作，直到下一次硬件复位为止。3.硬件说明3.1硬件复位图十二、AT89C51单片机外型图十三、AT89C51P3口功能AT89C51共有四十个引脚，采用双列直插式封闭，各引脚功能如下：P0～P3：数据输入输出端口。P0口：一个漏极开路的8位准双向I/O端口，作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8个LS型TTL负载。当P0口作为输入口使用时，应先向口锁存器（地址80H）定入全1，此时P0口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。作输入口作用时要先写我，这就是准双向的含义。P1口：一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P1的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，能过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P1作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（）。P2口：一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上接电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被部信号拉低的引脚会输出一个电流（）。P3口:一个还内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对商品写1时，通过内部的上拉电阻把商品拉到高电位，这时可用作输入口。P3作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流：（）。在AT89C51中，P3口还用于一些复用的功能，即第二功能，其复用功能如图十三所示。此外，RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期（即二个机器周期）以上，若使用频率为6MHZ晶振，则复位信号持续时间应超过4s，才能完成复位操作。3.2复位电路整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路（如图十四）产生的复位信号送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。图十四、复位电路逻辑图3.3复位电路的分类复位电路又分为手动复位，上电复位和看门狗复位。上电复位：在加电瞬间电容通过充电来实现的，其电路如图十五所示。在通电瞬间，电容C通过电阻R充电，RST端出现正脉冲，用以复位。图十五、上电复位电路手动复位：所谓手动复位就是通过一按键开关，使单片机进入复位状态。系统在上电运行后，需要复位，通过手动得利位来实现，一般是阻容复位和手动复位相结合。图十六、手动复位电路看门狗复位：看门狗（以max813为例）是一种监控单片机是否出问题和上电复位的一专用芯片，它在单片机上电的时候可以给出上电复位信号，当系统进行正常工作的时候，要在1.6秒之内要给出一个脉冲信号，否则看门狗就会发出一个复位信号至单片机的复位角，使单片机复位，这种操作一般在程序中处理。图十七、看门狗复位电路3.4全电路图4结论在这个毕业项目的研究过程中，我遇到了很多问题:在选择单元时，光电传感器总是红外辐射类型，或者红外发射机和红外接收机，这让我很困惑。在选择单片机时，无论是选择内部闪存为4ko的AT89C51，还是选择内部闪存为8K的AT89C2051，还是选择内部闪存为8K的STC89C51，我都感到困惑(事实上，两者都可以实现上述功能)。最让我困惑的是红外发射和接收管是否能产生高低电平或脉冲信号，以及如何产生脉冲或跳级信号。事实上，通过设计要求，我们可以看到没有必要过多地考虑或扩展at89c51。我们可以用七段nixie管来计数。但是在计数过程中，由于使用了动态扫描，在第一次实验中，nixie管是非常暗的，然后增加一个试点阶段，使nixie管正常工作。基于单片机的自动产品计数器可以实现实时、稳定、准确的计数。如果我们希望就此问题开展深入研究,我们可以使用自动计数器AT89S52作为产品的控制单元,这样的特殊芯片与数据保护(AT24C02芯片)、温泉为微机monopuce芯片,自动复位的看门狗(MAX813)、报警功能键的游戏账户上限等。自动电表设计中的抗干扰问题一直是设计人员的一门课程!只要我们能有效地解决这个问题，高质量的自动化技术产品的形成就在街角!at89c51的温度范围为-55~150，频率范围的上限为24MHz。过程中的插图、漫画开头,我想用这个词本身这个词所画,但结果并不好,要是有个小条,插图中的变化不能连接和分散,因此并非实际的改变。后来我想用AutoCAD来