華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)緒論本章會(huì)介紹生產(chǎn)線計(jì)件裝置的研究背景、目前使用的計(jì)數(shù)系統(tǒng)和未來的發(fā)展方向。研究背景在今天經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的情況下，眾多企業(yè)都配備了高科技技術(shù)。自動(dòng)化設(shè)備的使用是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益的最有效手段。隨著社會(huì)生產(chǎn)和技術(shù)水平的不斷提高，大型生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行已在社會(huì)各行業(yè)當(dāng)中占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的人工方法勞動(dòng)強(qiáng)度大，有可能產(chǎn)生遺漏和錯(cuò)誤。因此，人工生產(chǎn)方式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代企業(yè)在工作速度和準(zhǔn)確性方面的生產(chǎn)要求。生產(chǎn)線計(jì)件系統(tǒng)的出現(xiàn)解決了物料的計(jì)數(shù)問題。傳感技術(shù)將對(duì)物料數(shù)量的測(cè)量轉(zhuǎn)換為數(shù)量相應(yīng)的信號(hào)輸出值，計(jì)算機(jī)技術(shù)被應(yīng)用于分析和處理信號(hào)，并最終測(cè)量材料的數(shù)量。這不僅提高了效率，而且還確保了高精確度。由于其集成度高，處理功能強(qiáng)，可靠性好，系統(tǒng)機(jī)制簡(jiǎn)單，應(yīng)用靈活，在我國(guó)大中型企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，已成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要因素。本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在現(xiàn)代，用于控制計(jì)數(shù)裝置和產(chǎn)品開發(fā)的微機(jī)技術(shù)正在飛速發(fā)展并得到廣泛使用。電子計(jì)數(shù)器是功能豐富的電子測(cè)量?jī)x器，它用電子方式記錄輸入脈沖數(shù)量，所產(chǎn)生的結(jié)果能夠用簡(jiǎn)單明了的數(shù)字顯示?，F(xiàn)在許多計(jì)數(shù)器都是不用接觸就能操作，而現(xiàn)在有專門的測(cè)試芯片用于不同情況。大多數(shù)人傾向于使用AT89C51作為核心，以使用自動(dòng)化設(shè)備。然而，增強(qiáng)自動(dòng)計(jì)算技術(shù)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性是一個(gè)重要課題，該領(lǐng)域在國(guó)內(nèi)外進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算時(shí)應(yīng)進(jìn)行研究。而自動(dòng)計(jì)算是了解生產(chǎn)本線產(chǎn)品盈利的最重要組成部分，它們通常非常炎熱、嘈雜和潮濕。在這個(gè)環(huán)境下，AT89C51經(jīng)常會(huì)進(jìn)入無限循環(huán)或停止工作。這是自動(dòng)計(jì)算產(chǎn)品的致命缺陷。

系統(tǒng)的組成及工作原理本章涵蓋技術(shù)系統(tǒng)的總體思路、解決方案的選擇、電路通用框圖的系統(tǒng)介紹以及系統(tǒng)的工作原理。方案的選取方案一、圖2.1方案一總線驅(qū)動(dòng)紅外計(jì)數(shù)器原理：紅外線信標(biāo)會(huì)發(fā)出信號(hào)，紅外線接收設(shè)備會(huì)接收信號(hào)。這是因?yàn)榧t外接收管利用了紅外電阻原理來分壓，混合度可以在水平上保持混合度，在水平上可以檢測(cè)到水平較高和低的水平。如果用紅外光線放電，那么紅外觀測(cè)通道的電阻可以在電壓和電壓的相對(duì)水平下增加。那么在紅外線輻射下，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這種電壓是因?yàn)榻拥降男盘?hào)帶有的微小的電壓。計(jì)算單位是在大合身的狀況下進(jìn)行，可以在微型電腦上進(jìn)行。優(yōu)缺點(diǎn)：該方案需要廣泛的知識(shí)，能夠準(zhǔn)確穩(wěn)定地自動(dòng)計(jì)數(shù)，但存在電路硬件設(shè)計(jì)嚴(yán)格的問題?？梢詮闹袑W(xué)到很多東西，但是由于整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路復(fù)雜，存在容易受到干擾、無法保存數(shù)據(jù)、容易出現(xiàn)異常狀態(tài)和崩潰等問題。因此，本設(shè)計(jì)未選擇此解決方案。方案二、圖2.2方案二單芯片計(jì)數(shù)系統(tǒng)原理：這種方法使用NE555和LM567分別作為紅外線發(fā)射器和接收器電路的核心，將它們組合成一個(gè)紅外線檢測(cè)電路。當(dāng)一個(gè)物體通過這部分區(qū)域時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖。紅外線檢測(cè)電路對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)并在CL102上顯示。優(yōu)缺點(diǎn)：解決方法是自動(dòng)計(jì)數(shù)器，但是如果系統(tǒng)出現(xiàn)問題它可能會(huì)變得不穩(wěn)定。而且由于每個(gè)部分都是現(xiàn)成的產(chǎn)品，只和電路相連，所以比較容易，所以沒有選擇這種方法。方案三、圖2.3方案三光電傳感器計(jì)數(shù)系統(tǒng)原理：如果生產(chǎn)線上沒有物體通過，紅外傳感器將無法探測(cè)到信號(hào)，處在高負(fù)載環(huán)境。若線上有物料，紅外線傳感器檢測(cè)到信號(hào)，則會(huì)將高電平變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)，并產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)。當(dāng)紅外線傳感器的輸出連接到微機(jī)I/O時(shí)，內(nèi)部主機(jī)被軟件設(shè)置，微機(jī)收到傳感器的高/低脈沖，微機(jī)產(chǎn)生中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)例程。該值被設(shè)定為一個(gè)用于計(jì)數(shù)的數(shù)值，并顯示在數(shù)碼管上。優(yōu)缺點(diǎn)：此方案可以進(jìn)行全自動(dòng)計(jì)數(shù)。系統(tǒng)若是出現(xiàn)問題或者受到干擾，專用的紅外傳感器檢測(cè)電路和數(shù)碼管會(huì)顯示穩(wěn)定，所以說這個(gè)系統(tǒng)是比較穩(wěn)定的。選擇了這個(gè)方案也是因?yàn)樗耐鈬娐份^為簡(jiǎn)便。系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的硬件框圖為：圖2.4系統(tǒng)的硬件框圖系統(tǒng)硬件框圖包括光電檢測(cè)單元、單片機(jī)、LED數(shù)字裝置、復(fù)位、晶體振蕩器電路、報(bào)警電路等。系統(tǒng)的工作原理生產(chǎn)線主要由自動(dòng)計(jì)數(shù)器、光電傳感器、晶體電路、LED指示燈等組成。為了滿足實(shí)際的工作需求，整個(gè)生產(chǎn)線就要實(shí)現(xiàn)比較完全的自動(dòng)化。系統(tǒng)的命令都使用的信號(hào)脈沖這種形式給出。比如在產(chǎn)品的出口安裝了一個(gè)光敏傳感器，將一個(gè)脈沖發(fā)送到下層，接收一個(gè)命令，用微機(jī)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行判斷和處理，最后在LED顯示屏上顯示一個(gè)數(shù)字，而那個(gè)數(shù)字是后面的。它是一種自動(dòng)疊加而來的機(jī)制。微機(jī)控制電路并對(duì)系統(tǒng)中的信號(hào)進(jìn)行處理。工作原理為：如果物品不在生產(chǎn)線上，外部信號(hào)是看不見的，并保持在高電平。如果線上有一個(gè)物體，物體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)并阻擋了光線的通過。光電傳感器也會(huì)因此偵測(cè)到外部訊號(hào)的產(chǎn)生，由高電平切換到低電平。水平脈沖信號(hào)生產(chǎn)。光電傳感器輸出被連接到單片機(jī)的I/O端上，對(duì)信號(hào)進(jìn)行判斷和處理（單片機(jī)的內(nèi)部寄存器由軟件程序設(shè)置，當(dāng)高頻脈沖發(fā)生時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷）傳感器的值是(在它被接受并產(chǎn)生中斷后，它進(jìn)入中斷服務(wù)例程并根據(jù)其設(shè)置進(jìn)行計(jì)數(shù)）。如果需要復(fù)位，請(qǐng)按下復(fù)位開關(guān)，清除計(jì)數(shù)器并重新開始計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)值當(dāng)為最大的數(shù)字時(shí)，將報(bào)警電路開啟，發(fā)出報(bào)警的信息，按下復(fù)位鍵消除報(bào)警REF_Ref104144778\r\h\*MERGEFORMAT[1]。

硬件電路設(shè)計(jì)本章介紹了自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的總體圖，并描述了解決方案的概念和組件的選擇（例如電源電路、光傳感器、微機(jī)、晶體、LED數(shù)碼管、復(fù)位電路和報(bào)警電路）給出了系統(tǒng)的描述。以及每個(gè)部分是如何工作的。電源供電電路如圖3.1所示，變壓器降壓后，220V的家用交流電源被降至成為12V的交流電。然后整流電路把正半數(shù)轉(zhuǎn)換成12V的交流電。交流電通過濾波電容C1轉(zhuǎn)換為相對(duì)穩(wěn)定的直流電，可由LM7805進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了保證輸出電壓的穩(wěn)定性，電容C2被連接到輸出端，經(jīng)過濾波后，輸出的5VDC電源用于紅外輻射和接收。為電路、AT89C51和其他模塊提供電源。圖3.1電源供電電路橋式整流電路橋式整流是對(duì)半波整流的一種改進(jìn)。也就是說，選擇一條標(biāo)準(zhǔn)的正弦曲線，取正弦波的正負(fù)一半被二極管的單向?qū)ㄌ匦詾V波掉。橋式整流器是比較常用的的整流電路，常常被用來進(jìn)行交直流的轉(zhuǎn)換。橋式整流器電路若輸入的是標(biāo)準(zhǔn)正弦波，a端是輸入電壓的正極，則D1和D3被接通，輸出正弦波的正一半。如果a端是輸入電壓的負(fù)極，b端就是正極。在這種情況下，D2和D4被接通，正弦波的正一半被輸出。這意味著，無論輸入電壓的極性如何，輸出電壓總是正的，因此與半波整流器相比，橋式整流器的利用率得到了提高。一般交直流轉(zhuǎn)換的第一步是橋整流，這是磁盤使用離散零件被構(gòu)建的橋整流電路相同的基本原理為基礎(chǔ)，通常是為了確保安全，外部有絕緣保護(hù)層，高功率整流器是專門用來增加散熱的，絕緣層外側(cè)的金屬外殼封裝也已經(jīng)被追加。橋型整流電路的可靠性和整流效率高，最大反射峰值電壓為50v至1000v，最大整流電流為0.5A至50a，性能都很好REF_Ref104144809\r\h\*MERGEFORMAT[2]。濾波電路分析整流電路通常進(jìn)行交直流轉(zhuǎn)換。由于產(chǎn)生的直流電中存在著較大的脈動(dòng)成分，所以通常電子產(chǎn)品都要求將輸出電壓在整流后再加以處理，因而脈動(dòng)系數(shù)也應(yīng)該盡量的小。輸出電壓的實(shí)際直流分量被盡可能地保留，而輸出電流的波紋分量則被盡可能地保留。這樣保證了輸出電流盡量地靠近實(shí)際直流。一般來說，脈動(dòng)系數(shù)越高，過濾器的過濾效果就越差。如果交流電的角頻率是固定的，電容器C2的電容值越高，脈動(dòng)系數(shù)越低，濾波效果越高。由于技術(shù)原因，如果電容值過于大，必須增加電容器的體積，這在實(shí)際應(yīng)用中是不現(xiàn)實(shí)的。這個(gè)問題可以通過在LM7805前后加兩個(gè)大電容來解決。通過對(duì)電容器進(jìn)行充電和放電，可以使輸出電壓變得平滑。單片機(jī)模塊AT89C51單片機(jī)的引腳圖及功能AT89C51是一款低壓、高性能CMOS8微處理器，帶有4K字節(jié)的可編程閃存可擦除只讀存儲(chǔ)器，有時(shí)后也被稱為微控制器。它采用了ATMEL的高密度非易失性存儲(chǔ)器加工技術(shù)，和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)里的MCS-51命令集與輸出接口相互融合。愛特梅爾公司的AT89C51是一個(gè)高性能的微控制器，它可以把更多用途的八位CPU和閃存整合到同一個(gè)芯片上。圖3.289C51單片機(jī)引腳圖管腳說明：VCC：電源電壓。GND：接地。P0口：P0是一門雙向線路8比特傳輸經(jīng)過開放的e/a線路可容納8條每臺(tái)門的流量第一次輸入時(shí)P1的定義是高聲輸入P0可以作為外部程序庫，被定義為數(shù)據(jù)/地址中的位8。P1口：當(dāng)一被寫成端口P一后，它從里面被拉高，并可以當(dāng)作下一次輸入使用。在FLASH編程的驗(yàn)證環(huán)境中，端口P一被轉(zhuǎn)換為第八個(gè)地址。P2口：是一種含有內(nèi)在上拉阻礙的8個(gè)雙向I/O。P2接口的緩沖劑，能夠發(fā)射并接受四個(gè)TTL門電壓。當(dāng)一個(gè)'1'被通過P二接口時(shí)，該插針被一個(gè)內(nèi)在上拉阻礙所拉高，當(dāng)作下一個(gè)入口利用。當(dāng)P二被標(biāo)識(shí)為'1'時(shí)，該插針被內(nèi)部的外拉電阻拉高并當(dāng)作入口應(yīng)用，而P二接口則被從外界拉低為入口，并有電壓輸出。在用外部程序存儲(chǔ)或外圍數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備接入的十六位地址輸入信息時(shí)，為P二輸入輸出位置的前八位。P3口：P3連接引腳是個(gè)雙向的I/O連接，具有8個(gè)內(nèi)部上拉電壓，并且能夠接受4個(gè)TTL門的額定電流出口。當(dāng)一個(gè)'1'的被輸入端口P3。它們通常都是通過一個(gè)拉升，作為輸入使用的。當(dāng)在外部下拉或低電壓下，電壓(ILL)通過端口P三的下拉出口。ALE/PROG：當(dāng)使用外置內(nèi)存時(shí)，此地址的狀態(tài)字符串會(huì)使用地址latch激活的輸出文件保存在中間。在閃電程序中alePin通常會(huì)產(chǎn)生一個(gè)固定的頻率周期幸運(yùn)兒脈沖信號(hào)，短波振蕩器的頻譜約為波打六分之一，所以可以用來調(diào)節(jié)外行輸出和時(shí)間控制的沖動(dòng)。/PSEN：這是來自外部程序內(nèi)存的摘錄編號(hào)。在從外界的程序存儲(chǔ)器取指令后，PSEN對(duì)所有機(jī)器周期都生效二次。不過，在存取外界數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器后，這二次生效的/PSEN信息并不生效。/EA/VPP：在加密模塊一中，不管是不是有內(nèi)置程序存儲(chǔ)器，/EA在里面都被鎖存為RESET，所以在把/EA引腳設(shè)定為高電平狀態(tài)時(shí)，就需要注意檢查內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在為FLASH程序設(shè)計(jì)期間，該引腳也可作為十二V程序電源(VPP)。XTAL1：反相位振蕩放大器和內(nèi)部時(shí)鐘電路的輸入。XTAL2：反轉(zhuǎn)振蕩器輸出。振蕩器特性：XIAL1和XTAL二是定向擴(kuò)大器的入口和輸出。雖然外部時(shí)鐘信號(hào)并不要求脈沖長(zhǎng)度，但因?yàn)閮?nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的剩余輸入可能使用分支觸發(fā)器，但也需要符合高低脈沖長(zhǎng)度規(guī)定REF_Ref104144838\r\h\*MERGEFORMAT[3]。晶振電路晶振的概念：晶振，簡(jiǎn)稱晶振，是時(shí)鐘集成電路中一個(gè)關(guān)鍵的組成部分，它大部分功能是基于顯示器、網(wǎng)卡、主板等配件的各個(gè)組成部分。通過提高頻率，晶體振蕩器可以在回路中形成振蕩電流，并傳遞時(shí)鐘信息。但通常系統(tǒng)采用晶體來同步所有組件。結(jié)合了晶體諧振，將能量與機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換，達(dá)到了平穩(wěn)準(zhǔn)確的單頻振動(dòng)。在一般工作條件下，典型晶體諧振器的絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度可以接近百分之五十。晶振的使用：在晶體身上，在這種小的頻譜區(qū)域內(nèi)，晶體振蕩器對(duì)應(yīng)一條電感器，所以只需要在晶體振蕩器二端串聯(lián)相應(yīng)的電容器就組成并聯(lián)諧振電路。該串聯(lián)諧振電路由負(fù)反饋電路補(bǔ)充，以形成正弦振動(dòng)信號(hào)。相對(duì)于電感的晶體的信號(hào)頻帶范圍很小，以至于其他元件參數(shù)的顯著改變并沒有顯著改變整個(gè)振蕩器的頻率。圖3.3本系統(tǒng)的晶振電路圖該圖顯示了晶體振蕩的電路圖，其中諧波由由晶體和微型計(jì)算機(jī)引腳XTAL1和XTAL2組成的諧振電路產(chǎn)生。這些紋波對(duì)電路并不會(huì)產(chǎn)生太大的影響，但多少會(huì)影響到電路時(shí)鐘波形的穩(wěn)定。為了提高集成電路的安全性，設(shè)計(jì)單位Atmel公司要求在晶體振蕩器上使用兩個(gè)10pF-50pF的陶瓷電容和二個(gè)引腳結(jié)構(gòu)，以減少諧波對(duì)電路穩(wěn)定性的影響。晶體振蕩器之間不存在等價(jià)關(guān)系。設(shè)計(jì)晶振時(shí)，時(shí)鐘頻率為12MHz，時(shí)鐘周期為12μs，周期為時(shí)鐘周期的1/12，記錄1μs的個(gè)數(shù)REF_Ref104144850\r\h\*MERGEFORMAT[4]。復(fù)位電路復(fù)位電路的功能：通過上電或復(fù)位等操作控制CPU的正常復(fù)位狀況。但在此期間，CPU的正常復(fù)位狀況并不能保持，若因CPU操控錯(cuò)誤，微機(jī)正常復(fù)位集成電路的設(shè)計(jì)工作將影響到整體控制系統(tǒng)管理工作的安全性。八十九系列微機(jī)的恢復(fù)信息采用通過RST插針進(jìn)入到芯片的施密特觸發(fā)器。在系統(tǒng)工作正常且振蕩器平穩(wěn)時(shí)，RST插針為高電平；但一旦保持狀態(tài)超過二個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩器時(shí)間)，則CPU就可能會(huì)反應(yīng)而恢復(fù)系統(tǒng)。對(duì)微機(jī)系統(tǒng)的修復(fù)主要有二種方法：手動(dòng)按鈕修復(fù)和上電源修復(fù)。上一節(jié)中提到晶振電路的機(jī)器周期必須是一us，而復(fù)位等待時(shí)間則必須超過二us。本設(shè)計(jì)中電流約為十K，最大電容約為十uF，t=RC(R為MΩ，C為uF)，時(shí)間t大約是零點(diǎn)一s，恢復(fù)時(shí)間等于二個(gè)機(jī)器周期。且恢復(fù)過程中不影響機(jī)器內(nèi)部RAMREF_Ref104144860\r\h\*MERGEFORMAT[5]。圖3.4本次設(shè)計(jì)的復(fù)位電路圖單片機(jī)最小系統(tǒng)圖3.5單片機(jī)最小系統(tǒng)該圖顯示了一個(gè)由電源、EA=1、時(shí)鐘信號(hào)、復(fù)位電路和晶振電路組成的最小微機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)工作電壓為5V，EA切換為高電平，外部振蕩器信號(hào)可以直接施加在XTAL一和XTAL2。在片內(nèi)部模式下，時(shí)鐘發(fā)生器在一MHz或二十四MHz的典型脈沖晶體頻率上振蕩。AT89C51還具有一種高增益的反相位放大電路，以構(gòu)成一種溫度傳感器。放大器接口的輸入和輸出都是XTAL1和XTAL2。放大電芯的晶體振蕩器也用作傳遞元件，以產(chǎn)生自供電振蕩器。電容C1與C2組成并聯(lián)諧振電路，接通到擴(kuò)散器的反饋集成電路，形成外部晶體單元。電容的大小多少也會(huì)影響振蕩器的高頻水平。因此，本系統(tǒng)中12MHz晶振電路的電容一般選用10pF到30pF的陶瓷電容REF_Ref104144869\r\h\*MERGEFORMAT[6]。報(bào)警電路當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到“9999”時(shí)，它重置為0。此時(shí)計(jì)數(shù)系統(tǒng)向P3.0發(fā)送一個(gè)由高到低的脈沖信號(hào)，并用蜂鳴器發(fā)出警報(bào)。報(bào)警電路如圖3.7所示。圖3.6報(bào)警電路單片機(jī)中斷計(jì)數(shù)部分單片機(jī)的中斷分為外部、串行和定時(shí)器中斷。中斷的概念：如果CPU上發(fā)生了單獨(dú)的事件，則需要外部事件來占用CPU；暫時(shí)執(zhí)行，這個(gè)向前移動(dòng)已經(jīng)完成，直到正在運(yùn)行的程序被中止。這個(gè)過程稱為中斷。中斷通常用于I/O處理和錯(cuò)誤處理。51單片機(jī)有五個(gè)中斷請(qǐng)求：1./INT0外部中斷為零的要求，低電平時(shí)生效。從P三點(diǎn)二引腳輸入。2./INT1外部中斷一請(qǐng)求時(shí)，高電壓生效。從P三點(diǎn)三引腳輸入。3.T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器零溢出，中斷請(qǐng)求。4.T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器一溢出，中斷請(qǐng)求。5.TX/RX串行端口中斷請(qǐng)求。這一設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于開啟外部中斷。外界間斷的激發(fā)方法可以分為電平激發(fā)方法和邊緣激發(fā)方法。當(dāng)外界間斷定義為電平激發(fā)方法時(shí)，外界間斷要求激發(fā)的狀態(tài)會(huì)因?yàn)镃PU在各個(gè)主機(jī)生命周期內(nèi)對(duì)外部間斷進(jìn)入線輸出電平進(jìn)行采樣而發(fā)生變化。這就增加了CPU對(duì)外部間斷要求的應(yīng)答速率。若將外界間斷設(shè)置為電平相關(guān)，那么外界間斷的要求進(jìn)入線應(yīng)該在退出中斷服務(wù)過程以前就設(shè)置為高電平。否則在回到軟件主程序時(shí)CPU就會(huì)重新應(yīng)答中斷。所以，電平觸發(fā)模式更適合于外界間斷提供的低電平，有效而且中斷服務(wù)過程也能夠消除外界間斷要求源的情形。而外部中斷請(qǐng)求的邊緣觸發(fā)模式則可以鎖存負(fù)外部中斷輸入線的轉(zhuǎn)換。所以，假設(shè)有二個(gè)連續(xù)的樣本，且外部中斷輸入可以在某個(gè)機(jī)器周期內(nèi)變成高電平，或者在某個(gè)機(jī)器周期內(nèi)變成低電平時(shí)有效，則中斷應(yīng)用觸發(fā)器設(shè)置為一，并且在CPU響應(yīng)之前不會(huì)清除該標(biāo)志。因此即使中斷沒有丟失，但輸入的負(fù)脈沖寬度卻必須會(huì)連續(xù)經(jīng)過十二個(gè)時(shí)鐘循環(huán)，之后才會(huì)被CPU所采集。因此，邊沿觸發(fā)方法更適用于輸入的負(fù)脈沖形式的外部中斷請(qǐng)求REF_Ref104144882\r\h\*MERGEFORMAT[7]。掉電存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)AT24C02芯片介紹AT24C02是帶有256個(gè)八位字節(jié)的2K位串行CMOSE2PROM。CATALYSTCompany的先進(jìn)CMOS工藝，顯著減少了系統(tǒng)耗電量。AT24C02有一條十六位的頁面寫緩沖器。本設(shè)備采用I2C總線的連接方式運(yùn)行。AT24C02支持I2C，即總線傳輸協(xié)定I2C。通過此協(xié)議，總線協(xié)商可以指定哪些機(jī)器把數(shù)據(jù)信息發(fā)送到總線上當(dāng)作傳送器。而任何使用總線接收數(shù)據(jù)信息的機(jī)器都是接收器。傳輸由主設(shè)備操控，主設(shè)備生成串連式時(shí)鐘和所有的自動(dòng)啟停信息。主設(shè)備和從設(shè)備都可充當(dāng)發(fā)送器或接收器，由主設(shè)備操控傳輸模式（發(fā)送或接收）。通過設(shè)備地址輸入A0、A1和A2中最多可以使用八個(gè)AT24C02設(shè)備。設(shè)備連接到總線。圖3.7AT24C02芯片AT24C02引腳說明：A0：設(shè)備選址A1：設(shè)備選址A2：器件選址SCL：串行時(shí)鐘SDA：串行地址/數(shù)據(jù)WP：寫保護(hù)VCC：+1.8—6V電源VSS：接地I2C總線接口介紹I2C（Inter－IntegratedCircuit）這是飛利浦研制的，用來互連微控制器及其外層裝置的二線式串行總路。I2C串行總路有二根信號(hào)接收器。SDA是雙向的數(shù)據(jù)連線，另一條是SCL時(shí)鐘線。連接在I2C總線上的各個(gè)裝置的串行數(shù)據(jù)連接到總線的SDA線，而各個(gè)外設(shè)的時(shí)鐘線SCL連接到總線的SCL。這是用于連接IC外設(shè)的二線雙向總線。所謂總線表示能夠連接多少個(gè)裝置；它由二條電線相連，因此占用空間很少?？偩€通道長(zhǎng)度為二十五英尺，可以支持四十個(gè)組件。最高傳輸速速度為10Kbps。另一種優(yōu)點(diǎn)是有幾個(gè)主要控制。當(dāng)然，幾個(gè)master也無法一起工作，只要任何一種能夠傳輸和接受的裝置都可以是master。I2C總線傳送是用字節(jié)為單位。這說明每次傳輸八位二進(jìn)制的數(shù)據(jù)。當(dāng)傳輸完成后，接收端等待接收端的回應(yīng)信號(hào)ACK，收到回應(yīng)才會(huì)發(fā)送下個(gè)信號(hào)。等待ACK信號(hào)后，傳輸完成?？臻e時(shí)，SCL和SDA均為高電平。I2C總線上的兩條信號(hào)線是SDA（數(shù)據(jù)線）和SCL（時(shí)鐘線）。時(shí)鐘信號(hào)始終由主設(shè)備生成。I2C事實(shí)上，該總線已成為一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，在100多種不同的集成電路中實(shí)施，并得到50多家公司的許可。由于它的簡(jiǎn)單性和廣泛的應(yīng)用，它的功能已經(jīng)變得越來越不理想，它的速度也從最初的100Kbps改變了。S，加入高速模式，速度達(dá)到400Kbps，再加入高速模式，速度達(dá)到3.4Mbps。I2C在總線上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，主要有開始、結(jié)束和響應(yīng)信號(hào)。起始信號(hào)：當(dāng)SCL變高時(shí)，SDA由高變低并開始傳輸數(shù)據(jù)。結(jié)束信號(hào)：當(dāng)SCL為高電平而SDA則由低壓逐漸變高時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸完成。應(yīng)答信號(hào)：接受到信息的設(shè)備受到八個(gè)信息后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備發(fā)出低電平信息，說明數(shù)據(jù)已收到。該信號(hào)可以由主機(jī)或從機(jī)發(fā)送。換句話說，它是由接收數(shù)據(jù)的設(shè)備發(fā)送的REF_Ref104144899\r\h\*MERGEFORMAT[8]。掉電存儲(chǔ)電路由于用戶會(huì)不定時(shí)查看物料的數(shù)量，所以要將數(shù)據(jù)保存起來，若沒有斷開供電，則就必須重新設(shè)定基本信息。這也就是斷電保存模塊的主要功用?？梢员４娴男酒灿泻芏喾N，但本設(shè)計(jì)使用的是AT24C02芯片。圖3.8掉電存儲(chǔ)電路在掉電記憶電路中，R14和R15是上拉的電阻，用來降低AT24C02的靜態(tài)功能消耗。AT24C02的數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用，數(shù)據(jù)通過串行接口傳輸。因此，在微機(jī)中通常有二條線進(jìn)行傳輸：SCL（移位脈沖）和SDA（數(shù)據(jù)/地址）。每當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到上限時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用保存的程序，并將數(shù)據(jù)信息保存在芯片上。當(dāng)系統(tǒng)再次上電時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)用內(nèi)存讀取例程來讀取數(shù)據(jù)和其他信息。主程序使用的緩存單元的存儲(chǔ)。該器件用于保護(hù)某些單片機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)REF_Ref104144908\r\h\*MERGEFORMAT[9]。紅外線檢測(cè)模塊光電傳感器的概念光電傳感器主要是使用光電元件作為主要感應(yīng)器部件，把所測(cè)得的改變轉(zhuǎn)換為光電信息的轉(zhuǎn)換，并利用光電原型來完成從光訊號(hào)到電訊號(hào)的轉(zhuǎn)換。光電傳感器是觸角的一類，具有精度高、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、形狀靈活等特點(diǎn)。它由發(fā)射器、接收器和檢測(cè)器三部分組成。紅外光電傳感器的結(jié)構(gòu)部件是傳輸板和光纖。光電傳感器的工作原理：發(fā)射機(jī)向目標(biāo)物體發(fā)出的一束光，一般是固體燈光、發(fā)光二極管(LED)、激光二極管或近紅外線發(fā)光二極管。這種光通常不會(huì)被中斷，并以不同的脈沖頻率發(fā)出。接受機(jī)通常包括一組電光二極管、一組電光晶體管和一組光電池。而透鏡和光圈等光學(xué)傳感器件都設(shè)在接受機(jī)的最前方。這背后有一種檢測(cè)回路，用來過濾和應(yīng)用有源信息。光電傳感器配置：紅外線模塊有三個(gè)I/O端口，其中兩個(gè)與電源單元的正負(fù)極相連，一個(gè)是其輸出端口。圖3.9光電傳感器輸出回路圖光電傳感器的分類及工作方式槽式光電傳感器是在凹槽的另一側(cè)，設(shè)有光電發(fā)射器和收集器的設(shè)備裝置。燈光發(fā)送器可以發(fā)送紫外線或可見光，接收器受到的燈光，沒有屏蔽。但是，當(dāng)偵測(cè)到的物體通過狹縫時(shí)，光線被完全遮蔽，光電管被激活。為了完成控制，必須發(fā)射光控信號(hào)，并且必須中斷或接通負(fù)載電流。探測(cè)距離通常為幾厘米。反射式光電感應(yīng)器是基于反射原理操作的，將發(fā)射機(jī)與收集器放置在同一個(gè)裝置上，在其前方安裝了反射體，其光電的作用也就叫做反射體光電感應(yīng)器。在正常情況下，光發(fā)射器不能接收光電開關(guān)的輸出端動(dòng)作并切換控制信號(hào)。擴(kuò)散反射式傳感器通常有一個(gè)光發(fā)射機(jī)和一個(gè)光接收機(jī)，但前面并沒有反射器。一般情況下，燈發(fā)射的光并沒有被電容所偵測(cè)到，但是當(dāng)被檢測(cè)的物體經(jīng)過時(shí)，全部光被捕捉，小部分光被反射，于是電容接受到光信息并開啟了開關(guān)信號(hào)。歐姆龍的E32-T16J光電傳感器，比較合適用來測(cè)量長(zhǎng)度在0.1m到2m之間的大多數(shù)計(jì)數(shù)場(chǎng)景，光電傳感器響應(yīng)時(shí)間小于1ms（操作和復(fù)位時(shí)間）和脈沖信號(hào)允許不超過1000Hz。紅外檢測(cè)電路與單片機(jī)連接圖圖3.10單片機(jī)與紅外模塊連接圖`圖3.11單片機(jī)與紅外模塊仿真圖此圖模擬了微機(jī)與紅外模塊之間的連接。由于光柵，也稱為光電開關(guān)，發(fā)射脈沖信號(hào)，這里使用時(shí)鐘信號(hào)代替紅外模塊。在本設(shè)計(jì)中，選擇了OmronE32-T16J光電傳感器作為外部傳感元件REF_Ref104144926\r\h\*MERGEFORMAT[10]。LED數(shù)碼管模塊LED結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)LED數(shù)字顯示裝置將普通發(fā)光二極管顯示結(jié)構(gòu)組合成8段數(shù)字顯示裝置，分為共陰極數(shù)碼管和共陽極數(shù)碼管。作為一個(gè)電子顯示器的輸出設(shè)備，數(shù)字LED管有著顯示體積大、亮度高、電壓低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。它們很容易與計(jì)算機(jī)接口連接，基本上能滿足計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的需要。它們經(jīng)常被用于微型計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)采用了共陽極數(shù)碼管。圖3.12數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖LED數(shù)碼管的譯碼方式譯碼方式：指從顯示的字符變換中提取對(duì)應(yīng)域碼的方法，可分為硬件解碼和軟件解碼。軟件解碼可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示。在靜態(tài)LED顯示屏中，公共部分直接接地（與陰極同線）或電源（與陽極同線），每個(gè)選擇線段都與一個(gè)I/O引腳相連。動(dòng)態(tài)LED顯示屏與所有由I/O引腳控制的尼克爾管段選擇線相連，其公共端直接連接到相應(yīng)的I/O引腳，連接到地（公共陰極）或電源（公共陽極）。它采用了通過控制的動(dòng)態(tài)顯示設(shè)計(jì)。LED數(shù)碼管顯示部分在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，數(shù)碼管的顯示部分是通過連接四個(gè)數(shù)字管到P零來實(shí)現(xiàn)的，它負(fù)責(zé)選擇段碼，輸出位碼P2.0-P2.3和動(dòng)態(tài)掃描數(shù)字管。數(shù)字管的工作時(shí)間通常很短，這也影響了數(shù)字管的顯示亮度。普通陽極數(shù)碼管與普通陽極數(shù)碼管的顯示亮度都非常好。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的段碼輸出口采用P零作為輸出口，P0端具有強(qiáng)電流功能，用于開漏測(cè)試，電流功能和1K被路由到P0端作為上電阻。必須增加額外的線路電阻。其作用是在將單片機(jī)的P零引腳變成一后，增大電阻中的高輸出電壓，但段碼數(shù)碼管仍處于較低電壓，直接向單片機(jī)供電。當(dāng)微控制器激活時(shí)，上拉電阻會(huì)產(chǎn)生電流。單片機(jī)P零接口的輸出是高電平，電流流經(jīng)數(shù)碼管，使得數(shù)碼管在這段時(shí)間內(nèi)會(huì)發(fā)亮。本項(xiàng)目中使用的數(shù)碼管是一個(gè)由NPN三極管真空管驅(qū)動(dòng)的共陽極數(shù)碼管。選擇位在高基數(shù)晶體管處于激活狀態(tài)時(shí)使用。三極管真空管與5V電源相連，發(fā)射極與數(shù)碼管的COM口相連，基極與微機(jī)芯片的P2口相連，P2口用于選擇低電平使用的高、低控制位REF_Ref104144948\r\h\*MERGEFORMAT[11]。圖3.13數(shù)碼管與單片機(jī)工作仿真圖系統(tǒng)輸出設(shè)置由整形輸出得到的高低電平信號(hào)通過導(dǎo)線與單片機(jī)的P3.2口相連，因?yàn)槎丝诠δ転橥獠恐袛?，通過程序設(shè)置，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸功能。芯片MAX232MAX232芯片是MAXIM專為標(biāo)準(zhǔn)RS-232串行接口產(chǎn)品設(shè)計(jì)的高功率雙電平變換晶片，單+5V供電即可為其供應(yīng)電力。該器件還具備功率小于5uW的低功耗關(guān)斷模塊，因此非常適合于電池系統(tǒng)。圖3.14MAX232管腳及功能圖第一個(gè)是電荷泵系統(tǒng)。它由引腳1到6和四個(gè)電容器所構(gòu)成。它是二個(gè)電源的主要功能，即+12V和-12V，產(chǎn)生RS-232串行接口所要求的電平。二是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的通路。二通道包括引腳7到14。引腳13（R1IN）、12（R1OUT）、11（T1IN）和14（T1OUT）是一通道。引腳8（R2IN）、9（R2OUT）、10（T2IN）和7（T2OUT）為二通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)可以通過輸入11(T1IN)和10(T2IN)轉(zhuǎn)換為RS-232數(shù)據(jù)，并通過輸入引14(T1OUT)和引腳7(T2OUT)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)DB9連接器。(IN)到引腳12(R1OUT)的TTL/CMOS數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為引腳9(R2OUT)。第三個(gè)為電源。引腳15GND和引腳16VCC(+5V)。產(chǎn)品簡(jiǎn)介MAX232ACPE是MAX232A的子型號(hào)。MAX232ACPE是收發(fā)器設(shè)計(jì)用于不能提供±12V電壓的RS-232A和V.28通信接口REF_Ref104145004\r\h\*MERGEFORMAT[12]。表3.2MAX232ACPE的型號(hào)如下所示MAX232ACPE型號(hào)標(biāo)識(shí)MAXMAXIM品牌標(biāo)識(shí)232A基本型號(hào)C溫度等級(jí)，商業(yè)級(jí)(1)P封裝類型，PDIP(2)E引腳數(shù)，16PINMAX232ACPE參數(shù)特性Vcc(V)5傳輸速率（kbps）200外部電容大小(uF)0.1溫度等級(jí)0℃至70℃MAX232ACPE的封裝為類型：PDIP引腳：16標(biāo)準(zhǔn)：JEDECMS-001AA體寬：300mil引腳間距：100mil/2.54mm包裝規(guī)格MAX232ACPE的包裝規(guī)格為類型：Tube（管裝）每管：25pcs每標(biāo)準(zhǔn)包：40管，共1，000pcs封裝信息型號(hào)標(biāo)識(shí)/參數(shù)C51單片機(jī)和電腦串口通信51單片機(jī)還設(shè)置了一個(gè)全雙工的串行接口，這對(duì)于單片機(jī)與電腦相互之間的串行通訊很有幫助。但對(duì)于串行通訊，還需要同時(shí)符合一些要求。比如，電腦的串口是RS二百三十二電平，而微控制器的串口則是TTL電平，所以就需要在二者之間設(shè)置電平轉(zhuǎn)換電路。選用了設(shè)計(jì)專門的MAX232晶片。就轉(zhuǎn)換方式來說，模擬轉(zhuǎn)換很可能用多個(gè)充氣三極管實(shí)現(xiàn)，而比使用設(shè)計(jì)專用晶片更簡(jiǎn)便、更安全。通過三線控制，連接到串口上。這就意味著有三根連線通向計(jì)算機(jī)的九針串行接口：第5針GND，第2針RXD和第3針TXD。這是最簡(jiǎn)單的連接。電路結(jié)構(gòu)如圖顯示：通過MAX二百三十二的十腳和MCU的十一腳連接，9腳與MCU的10腳相連，15腳與MCU的20腳相連。第15針與微控制器的第20針相連REF_Ref104145016\r\h\*MERGEFORMAT[13]。使用的MAX232是能夠在在TTL與RS232電平之間轉(zhuǎn)化的的芯片。下圖顯示了MAX232的基本原理圖。圖3.15MAX232基本接線圖如圖所示，只需插入一個(gè)MAX232。P串口插座采用DB9母頭連接器，可以通過PC串口延長(zhǎng)線連接，也可以直接連接電腦COM口。微控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)必須由運(yùn)行WINDOWS軟件的計(jì)算機(jī)監(jiān)控。這里使用的是電腦串口的調(diào)試軟件REF_Ref104585383\r\h\*MERGEFORMAT[14]。圖3.16與電腦串口接線圖

軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)仿真硬件電路設(shè)計(jì)只是整個(gè)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的一部分。程序的設(shè)計(jì)對(duì)于系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。本章描述了整個(gè)程序流程。軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖圖4.1主程序流程圖圖為主程序的流程圖，系統(tǒng)主要圍繞單片機(jī)通過中斷產(chǎn)生計(jì)數(shù)信號(hào)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，是否復(fù)位？是否達(dá)到最大值來完成整個(gè)主流程。脈沖中斷流程圖圖4.2脈沖中斷流程圖系統(tǒng)中斷流程圖如圖4.2所示。外部中斷信號(hào)的檢測(cè)由光柵完成，請(qǐng)求外部中斷0；通過引腳P3.2輸入后，單片機(jī)執(zhí)行中斷請(qǐng)求，計(jì)數(shù)器達(dá)到最大計(jì)數(shù)值，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位并繼續(xù)計(jì)數(shù)REF_Ref103612212\r\h\*MERGEFORMAT[15]。系統(tǒng)仿真keil簡(jiǎn)介KeilC51與51系列相容的單數(shù)據(jù)庫C編程語言軟件操作系統(tǒng)。和匯編語言比較，C程序設(shè)計(jì)語句在能力、架構(gòu)、易讀性和可保護(hù)等領(lǐng)域都有著突出的優(yōu)勢(shì)。因此Keil提出了一套全新的開發(fā)工具解決方案，包含了一套C語言編譯器、一套宏匯編器、一套鏈接器、庫管理系統(tǒng)，以及一套功能強(qiáng)大的仿真器調(diào)試器，由于一套集成開發(fā)環(huán)境而結(jié)合了起來。對(duì)于本畢業(yè)設(shè)計(jì)，使用keilC51uVision4軟件創(chuàng)建了一個(gè)C程序，然后將其轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制文件并導(dǎo)入Protues仿真軟件的微控制器。使用keil軟件編譯生成16進(jìn)制文件的程序如下：1）創(chuàng)建一個(gè)新的項(xiàng)目，保存項(xiàng)目（項(xiàng)目名稱不能是漢字）并為項(xiàng)目選擇一個(gè)芯片模型（在這種情況下，我們將使用Atmel的AT89C51芯片）。為項(xiàng)目創(chuàng)建一個(gè)新文件，在窗口中寫出本設(shè)計(jì)中所用到的C程序，保存文件，并將其添加到項(xiàng)目中。設(shè)置項(xiàng)目屬性，檢查輸出并生成一個(gè)HEX文件，然后編譯文件，看看程序是否有任何問題。如果沒有更多錯(cuò)誤，請(qǐng)單擊Rebuildalltargetfiles并在要使用的文件夾中找到hex文件。Protues軟件簡(jiǎn)介Protues軟件是Labcenterelectronics開發(fā)的EDA工具與軟件。除其他EDA工具的仿真性能，如原理圖、自動(dòng)或手動(dòng)對(duì)PCB配線和SPICE電路的仿真之外，用戶還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)RAM、ROM、鍵盤、電機(jī)、LED和LCD的仿真。該軟件主要用作模擬微控制器和外圍設(shè)備、AD/DA和其他設(shè)備。它是目前模擬微控制器內(nèi)部和外界裝置的最佳工具。在MCU愛好者、參與MCU教育的教師和參與MCU開發(fā)和應(yīng)用的科學(xué)工程師的支持下，全國(guó)范圍內(nèi)的啟動(dòng)儀式剛剛開始。Proteus是全球知名的EDA開發(fā)工具，可以完成從概念到產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)，從原理圖設(shè)計(jì)布局和代碼調(diào)試到微控制器mcu內(nèi)部與外圍電路之間的協(xié)調(diào)模擬，以及從一鍵升級(jí)到PCB產(chǎn)品設(shè)計(jì)。這是當(dāng)今全球上惟一整合了電路仿真系統(tǒng)軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件，以及虛擬建模與仿真系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)平臺(tái)。數(shù)據(jù)處理器規(guī)格為八千零五十一，HC11，PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33，AVR編譯，并支援IAR，Keil，MPLAB和其他編譯軟件。從protues程序中可以繪制成本設(shè)計(jì)的電路圖，用每個(gè)電源引腳鏈接一個(gè)電源，把生成的程序通過hex文件輸入單片機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)故障排除開始故障排除并查找問題。如果沒有問題，單擊開始，時(shí)鐘信號(hào)將工作，系統(tǒng)開始計(jì)數(shù)。（實(shí)際的光柵在這里被時(shí)鐘信號(hào)代替）。仿真圖圖4.3時(shí)鐘脈沖仿真圖系統(tǒng)調(diào)試1）檢查仿真圖中導(dǎo)線是否接好：第一次仿真時(shí)，P0總線與LED數(shù)碼管的連線沒有標(biāo)號(hào)，P0連接的數(shù)碼管不顯示數(shù)字，而按鍵超過10次是，P1連接的數(shù)碼管顯示了數(shù)字1，由此判斷P0連線有問題。2）數(shù)碼管的調(diào)試：處理好線的問題后，與P0連接的數(shù)碼管開始計(jì)數(shù)，但是不管是與P0相連的數(shù)碼管還是與P1相連的數(shù)碼管均不顯示數(shù)字4，直接從3調(diào)至5，我將數(shù)碼管的單片機(jī)端口的連線全部刪除，重新連接，還是出現(xiàn)此類問題，最后去研究程序，在keil編寫的程序中，發(fā)現(xiàn)缺少0x99，將其添加后，重新將程序編譯成hex文件導(dǎo)入單片機(jī)中，系統(tǒng)可以正常顯示數(shù)字4了。3）電路調(diào)試；在系統(tǒng)正常運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)P0所接的數(shù)碼管比其他兩個(gè)數(shù)碼管亮度低了很多，最后在P0口增加了一個(gè)上拉電阻，數(shù)碼管的亮度明顯提高.4）開始仿真時(shí)，計(jì)數(shù)器的值只能計(jì)數(shù)到255，就自動(dòng)復(fù)位了，然后檢查程序，發(fā)現(xiàn)程序定義ucharCount=0有錯(cuò)誤，改成uintCo