基于51单片机红外计数器设计(毕业论文)Word文档格式.docx

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目录

第一章绪论 3

1.1、前言 3

1.2、选题背景 3

1.3、设计要求 3

1.4、国内外的研究概况 3

1.5、此次设计研究的主要内容应解决问题 3

第二章基于单片机构成的产品自动计数器的设计 3

2.1、方案论证与选择 3

2.2、系统总体框图和原理 3

2.3、系统单元电路设计 3

2.3.1、电源供电电路 3

1.桥式整流电路：

3

虑波电路分析 3

稳压电路 3

2.3.2、红外线检测部分 3

2.3.3、数码管显示部分 3

2.3.3.1、LED数码管的特点：

2.3.3.2、数码管动态扫描 3

2.3.3.3、数码管驱动部分 3

2.3.3.4、单片机计数及控制部分 3

复位电路 3

复位电路的分类 3

3.4、系统程序设计 3

3.4.1、程序流程图 3

3.4.2、程序设计 3

3.5、全电路图 3

3.5.1、原理图 3

3.5.2、PCB板图 3

第三章结论 3

谢辞 3

第一章绪论

1.1、前言

在当今社会飞速发展的今天，厂家基本采用流水线技术进行产品生产作业，而怎样对其线上的产品进行实时的、有效的、精确的自动计数成为广大生产厂家十分关注的问题。

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。

而基于单片机为核心控制的计数器有着能够实时、精确、可靠、稳定等计数优点已成为广大厂家的首先自动计数装置。

1.2、选题背景

当今社会，单片微型计算机技术迅速发展，基于单片机技术开发的计数设备和产品广泛应用到各个领域，单片机技术产品和设备促进了生产技术水平的提高，企业迫切需要大量熟练掌握单片机技术并能开发、应用和维护管理这些智能化产品的高级工程技术人才，单片机以体积小、功能强、可靠性高、性能价格比高等特点，已成为实现工业生产技术进步和开发机电一体化和智能化测控产品的重要手段，已经实现或部分实现，但要真正完美地实现这些目标，对于设计者来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了，电子计数器是一种多功能的电子测量仪器，它利用电子学的方法测出一定时间内输入的脉冲数目，并将结果以数字形式显示出来。

1.3、设计要求

1.整个系统有较强的抗干扰能力。

2.计数范围：

00～99

3.将计数值准确显示出来

4.具有自动清0能力

1.4、国内外的研究概况

如今的产品自动计数器大多采用非接触方式，早已开发出了多种型号的专用检测芯片。

而利用AT89C51为控制单元、辅以多种外围硬件搭配而成的计数装置已成为现在自动计数应用领域的潮流。

而如何提高自动计数器的实时性、抗干扰能力、稳定性是现在国内外自动计数生产研究的主要课题，产品自动计数主要用于工厂的流水线眩，往往是处于高温，高噪声等极度恶劣的环境中，而AT89C系列单片机构成的产品自动计数器在这种环境中工作时往往会出现误操作（单片机程序跑飞）或死机（程序进入死循环），这也是基于单片机构成的产品自动计数器存在的致命。

1.5、此次设计研究的主要内容应解决问题

基于单片机构成的产品自动计数研究的主要内容包括：

如果构成检测电路、AT89C单片机用何种方式对外部计数脉冲进行计数进行计数显示控制、LED显示驱动模块的选择、AT89C单片机的扩展。

在这个设计中主要需要解决的问题是如何提高AT89C单片机的抗干扰能力以及稳定性。

第二章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

图一、方案一

原理阐述：

专业检测芯片形成计数后送入控制单元AT89C51单片机，通过对它片内计数、显示编程。

74LS245是LED驱动芯片，可以同时驱动4个7段数码管，AT24C02是EEPROM模块，可以保存单片机运算时的中间有用结果的芯片，是突然掉电，关断电源或瞬间电源电压不稳定时，不会造成数据丢失或数据误写，也可以在上电后从中读出其保存的数据内容，大大增强了抗干扰的能力。

方案二、图二

图二、方案二

红外发射电路（以NE555为核心）和红外接收电路（由LM567为核心）构成红外检测单元及形成计数脉冲，计数显示部分使用了四合一芯片CL102它是集译码、驱动、锁存、显示为一体。

方案三、图三

图三、方案三

利用红外接收发射管的特性（即红外接收头在有红外光电阻原理分压可取基准电压，然后通过电压比较器可输出高低电平，当有红外光照射的时候，红外接收管串联的电阻分得的电压很大，可使电压比较器LM324输出为低电平；

当无红外光照射的时候，红外接收头串联电阻分得的电压很小，可使电压比较器LM324输出为高电平，然后通过单片机处理，可使输出精准的计数值。

以上三个方案各有自己的优点：

方案一既可完美的实现产品自动计数功能且能让系统处于异常状态和抗干扰时通过外围专用芯片到非常好的解决，外围电路架设相对简单、在市场上属于高端自动计数产品。

同时它也暴露出一个重大问题；

由于成本太贵的原因此类产品并没有得到普及。

如果用此方案进行设计只需要了解各专用芯片的引脚功能以及外围连接方法就可以实现自动计数，并没有很好的达到我人做毕业设计的目的，故虽然这个方案最完美的一个方案也只有舍弃。

方案二是一个简易的产品自动计数器，价格低廉、计数精确，但在系统处于异常状态时，工作十分不稳定，也是属于现在产品自动计数市场上的淘汰产品，仅用于在计数要求不高的场合中，这个方案太过于简单故不选用。

方案三是这次毕业设计用的方案，之所以选用主要是这个方案涉及的知识面广且能达到精确、稳定的自动计数，但也有一个致使的缺点，整个系统的抗干扰力较弱，系统掉电后不能保存数据，在系统牌异常状态时容易出现误操作或死机，这也是此设计看重的问题。

2.2、系统总体框图和原理

系统总体框图如图四、

图四、系统总体框图

原理：

电路的指导思想是红外发射管发射红外线，红外接收管接收红外线，并且接收管当有红外线照射的时候，电阻比较小，当无线外线照射的时候电阻比较大，这样就可以通过一个电压比较器和一个基准电压进行对比，当有光照的时候，红外接收管电阻比较小，那么和其串联的电压分压就会增大，所以电压比较器将会输出一高电平；

当无光照射的时候，红外接收管的电阻比较大，这样电压比较器就会输出一个低电平。

这个便是外部计数电平信号，这个电平信号送入AT89C51单片机进行计数控制，在经过扩展、显示驱动完成最后的显示过程。

2.3、系统单元电路设计

2.3.1、电源供电电路

图五-1、电源供电电路

如图五所示电源供电部分采用变压器降压、桥式整流、电容器滤波、三端稳压器7805稳压后供电，电源用220V的家庭用电经变压器降至9V交流电，然后经四个整流二极管（D1～D4）组成的桥式整流成直流电压，经C1滤波后输入7805芯片稳压成5V直流电源供红外发射、接收电路、AT89C51等供电。

图五-2、桥式整流电路

桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用电路，常用来将交流转变成为直流电。

原理;

桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。

半波整流利用二极管单向导通特性，在输入标准正弦波的情况下，输了获得正弦波正半部分，负半部分则损失掉。

桥式整流器利用四个二极管，两两对接，输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出，输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。

桥式整流器对输入正弦波的利用率比半波整流高一倍。

桥式整流是交流转换成直流电的第一步。

桥式整流也叫整流桥堆。

桥式整流器是多只整流二极管作桥式连接，外用绝缘塑料封装而成，大功率整流器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，整效率高，稳定性好，最大整流电流从0.5A到50A，最高反射峰值电压从50V到1000V。

滤波电路分析

图五-3、滤波电路

整流电路是将交流电变成直流电的一种电路，但其输出的直流电的脉动成分较大，而一般电子设备所需直流电源的脉动系数（电压或电流的幅值与平均值之比，称为脉动系数S）要求小于0.01，故整流输出的电压必须采取一定的措施，尽量降低输出电压中的脉动成分，同时要尽量保存输出电压中的直流成分，使输出电压接近于较理想的直流电，这样的电路就是直流电源中的滤波电路。

常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。

无源滤波的主要形式有电容滤、电感滤波和复式滤波（包括倒L型、LC滤波、LCrr型滤波，也被称为电子滤波器。

直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示，此值越大，则滤波器的滤波效果越差。

脉动系数（S）=输出电压交流分量的最大值/输出电压的直流分量

在交流电的角频率一定的情况下R越大，C2越大，则脉动系数越小，也就是滤波效果就越好。

而R值增大时，电阻上的直流压降会增大，这样就增大了直流电源的内部损耗；

若增大C2的电容量，又会电容器的体积和重量，实现现起来也不现实。

为了解决这个问题，我们在稳压前后各有滤波吸收电路，利用电容器的充放电，补偿交流分量的电压波动

稳压电路

图五-4、三端稳压芯片

2.3.2、红外线检测部分

图六、红外线检测部分

如图六所示，红外线检测部分采用一对红外发送接收管完成，当电路正常工作时，无障碍物遮挡，红外接收头有红外线照射，这时，红外接收头的电阻很小，大部分电压都加在R3上，这正是电压比较器LM324的正向输入电压，而负向输入电压由R4和R5分压得到，而R3分得的电压要大于此基准电压值，故这时电压比较器LM324输出高电平；

当在红外发射接收管间有一不透光的障碍物时，，红外接收头无红外线照射，这时红外接收头的电阻很大，大部分电压都加在红外接收头上，这也是电压比较器LM324的正向输入电压，而负向输入电压也是由R4和R5分压得到，和原来电压一样，这时，R3分得的电压要小于此基准电压值，故这时电压比较器|LM324输出低电平。

2.3.3、数码管显示部分

图七、数码管显示部分

显示部分是通过74LS245作为数码管的驱动级和两个PNP三极管来完成位选操作。

然后再通过软件译码来完成，为了考虑到数码管在动态扫描时，每点亮一个数码管的时间很短暂，这样就会影响到数码管的亮度，故在此用74LS245作为数码管的一个段选驱动级。

而该设计中段码输出口是利用P0口作为输出口，而P0口是漏极开路，虽然有很强的灌电流能力，但拉电流能力很差，故在P0口上加一10的排阻作为上接电阻。

上拉电阻的作用是，当单片机的P0口上输入为0时，上拉电阻上的电流直接流入单片机中，使数码管的段码上伤保持低电平，故在这时数码管不发光；

而当单片机的