光电传感器脉冲计数器设计

课程设计说明书第I页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课程设计说明书第II页目录1绪论........................................................................................................................................11.1课题描述..........................................................................................................................11.2基本工作原理及框图......................................................................................................12相关芯片及硬件电路设计....................................................................................................22.1AT89C51芯片..................................................................................................................22.1.1AT89C51的功能特性................................................................................................32.1.2AT89C51的主要性能参数........................................................................................32.2E18-D50NK反射式红外传感器.....................................................................................42.3单片机最小系统电路......................................................................................................52.4光电传感器电路..............................................................................................................52.5显示电路..........................................................................................................................63系统软件设计........................................................................................................................63.1系统的软件运行流程图..................................................................................................73.2程序设计..........................................................................................................................74仿真.......................................................................................................................................10总结..................................................................................................................................12致谢..................................................................................................................................13参考文献..................................................................................................................................14课程设计说明书第1页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。红外检测电路单片机AT89C51数码管显示电源课程设计说明书第2页P1.0VCCP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RESETP0.7P3.0EAP3.1ALEP3.2PSENP3.3P2.7P3.4P2.6P3.5P2.5P3.6P2.4P3.7P2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1VSSP2.0AT89C51VCCC130PC230PC01UY1S0R0100KVCCVCCabcdefgcabfgdecabfgdecabfgdecabfgde2341dpDPY_4-SEGE18-D50NKVCCR11k12345678161514131211109220P0.4P0.5P0.7P0.6P2.1P2.2P2.3P2.0P2.4P2.5P2.6P2.7P0.5P0.7P0.6P2.1P2.2P2.3P2.0P2.4P2.5P2.6P2.7P0.4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芯片图33种常见单片机及引脚图AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableand课程设计说明书第3页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。AT89C51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。2.1.1AT89C51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。2.1.2AT89C51的主要性能参数AT89C51主要性能参数如下：（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）28×8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：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，P23，P2.5，P2.6，P2.口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，课程设计说明书第5页数码管显示清零，重新开始计数。2.3单片机最小系统电路P1.0VCCP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RESETP0.7P3.0EAP3.1ALEP3.2PSENP3.3P2.7P3.4P2.6P3.5P2.5P3.6P2.4P3.7P2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1VSSP2.0AT89C51VCCC130PC230PC01UY1S0R0100KVCCP0.4P0.5P0.7P0.6图6单片机最小系统单片机最小系统，或者称为最小应用系统，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1920