颜色识别系统设计说明书Word格式.docx
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本次设计的要求包括硬件电路设计和软件编程的设计。
由颜色识别与检测原理可知，设计硬件电路可包括单片机控制电路、TCS32000颜色采集、LCD显示三个部分，进而实现颜色的检测识别模式及RGB值。
软件编程设计方面，通过C语言设定不同的I/O口驱动显示，在基本R、G、B三基色的基础上设定不同的频率范围来鉴别不同的颜色，可采用定时器0的工作方式1和计数器0的计数方式1进行定时计数特定时间内的脉冲数目来实现。
通过单片机动态扫描显示RGB的值和检测颜色的模式。
这样就可完成了颜色检测系统的设计。
3实验论述
3.1AT89S52单片机简介
本系统采用ATMEL公司生产的AT89S52单片机作为微处理器。
AT89S52与MCS-51系列单片机完全兼容，它采用静态时钟方式，可以大大节省耗电量。
AT89S52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256
bytes的随机存取数据存储器（RAM），功能强大的AT89S52单片机已经应用于较复杂的系统控制场合。
AT89S52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89S52可按照常规方法进行编程，亦可在线编程。
其将通用之微处理器及Flash存储器结合，特别是可反复擦写的FLASH存储器可有效降低开发成本。
AT89C52及AT89S52之别，在于C及S，C表示需用并行编程器下载（接线多且复杂），S表示可支持ISP下载，可在89S52系统板上面预留ISP下载接口,AT89S52引脚如图3.1所示,实物图如图3.2。
图3.1S52单片机管脚图图3.2S52单片机实物图
3.1.1AT89S52的主要性能和参数
（1）与MCS-51单片机完全兼容的指令和引脚排列以及工作特性。
（2）片内程序存储器内含8K可重复擦写的Flash程序存储器。
（3）片内数据存储器内含256字节的RAM。
（4）3个可编程的16位计数器（定时器）和32个可编程I/O口线。
（5）串行口是具有一个全双工的可编程的串行通信口。
（6）中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个优先权的中断机构。
（7）低功耗模式有空闲模式和掉电模式。
（8）编程频率是3-24MH,编程启动电流是1mA。
（9）AT89S52的工作电压为5V。
3.1.2AT89S52的主要功能
P0口——8位漏极开路之双向I/O口。
作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。
访问外部程序和数据存储器时，P0口亦被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。
在FLASH编程时，P0口亦用来接收指令字节；
在程序校验时，输出指令字节。
程序校验时，需外部上拉电阻。
P1口——有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可作输入口用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
作输入用时，被外部拉低的引脚因内部电阻，将输出电流（IIL）。
此外，P1.0及P1.2分别作定时器/计数器2之外部计数输入（P1.0/T2）及时器/计数器2之触发输入（P1.1/T2EX），详见表3.1所示。
在flash编程及校验时，P1口接收低8位地址字节。
表3.1P1口的第二功能
引脚号
第二功能
P1.0
T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出
P1.1
T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）
P1.5
MOSI（在系统编程用）
P1.6
MISO（在系统编程用）
P1.7
SCK（在系统编程用）
P2口——有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可作输入口。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。
在这种应用中，P2口用很强的内部上拉发送1。
在用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器之内容。
在FLASH编程及校验时，P2口亦接收高8位地址字节及一些控制信号。
P3口——有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可用作输入口。
作输入用时，被外部拉低的引脚因内部电阻之原因，将输出电流（IIL）。
P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）用，如表3.2所示。
在FLASH编程及校验时，P3口亦接收些控制信号。
此外，P3口亦接收些用于FLASH闪存编程及程序校验的控制信号。
表3.2P3口的第二功能
引脚
引脚
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.4
TO（定时/计数器0）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.5
T1（定时/计数器1）
P3.2
INTO（外中断0）
P3.6
WR（外部数据存储器写选通）
P3.3
INT1（外中断1）
P3.7
RD（外部数据存储器读选通）
RST——复位输入。
振荡器工作时，RST引脚有两个机器周期以上高电平将是单片机复位。
ALE/PROG——访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
一般，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定之脉冲信号，故它可对外输出时钟或用于定时目的。
需注意：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对FLASH存储器编程期间，该引脚亦用于输入编程脉冲（PROG）。
若必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。
该位置位后，只有一条MOVX及MOVC指令方能将ALE激活。
此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。
PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器之读选通信号，AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP——外部访问允许，要CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端须保持低电平（接地）。
若加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
若EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器之指令。
FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
XTAL1——振荡器反相放大器及内部时钟发生电路之输入端。
XTAL2——振荡器反相放大器之输出端。
3.2传感器TCS3200
3.2.1TCS3200芯片的结构框图与特点：
TCS3200是TAOS公司推出的可编程彩色光到频率的转换器。
它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上集成了红绿蓝（RGB）三种滤光器，是业界第一个有数字兼容接口的RGB彩色传感器。
TCS3200的输出信号是数字量，可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，因此可直接与微处理器或其他逻辑电路相连接。
由于输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D转换电路，使电路变得更简单。
图1是TCS230的引脚和功能框图。
图3.1中，TCS3200采用8引脚的SOIC表面贴装式封装，在单一芯片上集成有64个光电二极管。
这些二极管共分为四种类型。
其中16个光电二极管带有红色滤波器；
16个光电二极管带有绿色滤波器；
16个光电二极管带有蓝色滤波器；
其余16个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息。
这些光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地减少入射光辐射的不均匀性，从而增加颜色识别的精确度；
另一方面，相同颜色的16个光电二极管是并联连接的，均匀分布在二极管阵列中，可以消除颜色的位置误差。
工作时，通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器。
该传感器的典型输出频率范围从2Hz~500kHz，用户还可以通过两个可编程引脚来选择100%、20%或2%的输出比例因子，或电源关断模式。
输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的测量范围，提高了它的适应能力。
例如，当使用低速的频率计数器时，就可以选择小的定标值，使TCS3200的输出频率和计数器相匹配。
从图3.1可知：
当入射光投射到TCS3200上时，通过光电二极管控制引脚S2、S3的不同组合，可以选择不同的滤波器；
经过电流到频率转换器后输出不同频率的方波（占空比是50%），不同的颜色和光强对应不同频率的方波；
还可以通过输出定标控制引脚S0、S1，选择不同的输出比例因子，对输出频率范围进行调整，以适应不同的需求。
图3.1
TCS3200的引脚和功能框图
下面简要介绍TCS3200芯片各个引脚的功能及它的一些组合选项。
S0、S1用于选择输出比例因子或电源关断模式；
S2、S3用于选择滤波器的类型；
OE是频率输出使能引脚，可以控制输出的状态，当有多个芯片引脚共用微处理器的输入引脚时，也可以作为片选信号；
OUT是频率输出引脚，GND是芯片的接地引脚，VCC为芯片提供工作电压。
表3-1是S0、S1及S2、S3的可用组合。
表3-1
S0、S1及S2、S3的组合选项
S0
S1
输出频率定标
S2
S3
滤波器类型
L
关断电源
红色
H
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