流水线产品统计电路 文档在线提供Word格式.docx
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目录
一、引言1
二、方案设计2
1．设计思路2
2．整体方案论证与选择2
3．系统单元电路论证与选择3
（1）产品统计电路模块3
（2）提示音模块4
（3）电源模块4
三、设计实现4
1．硬件电路设计4
（1）单片机控制模块4
（2）产品统计电路模块4
（3）提示音模块5
（4）电源模块6
2．软件设计7
四、系统测试及数据分析8
1．测试方法8
2．测试结果8
五、结论9
参考文献9
附录10
致谢15
一、引言
工业生产中常常需要自动统计产品的数量，计数器在这里就有用武之地。
而数字式电子计数器有直观和计算精确的优点，目前已在各种行业中普遍存在。
数字式电子计数器有多种计数触发方式，它是由实际使用条件和环境决定的，通常分为接触式计数器和非接触式两种。
本设计的光电计数器为非接触式的一种。
流水线产品统计电路在实际生产中有着重要的应用，它广泛应用于流水线上产品的统计。
本设计并制作的流水线产品统计电路具有使用方便、价格便宜的特点，系统满足要求如下：
用纸片模拟产品，每当纸片经过光电耦合器一次，观察数码管的数值自动加1，产品统计值每达到100的整数倍时，发出1s的提示音。
用简易触摸开关清零，当手指触摸开关时，显示值为零，手指离开，显示回复正常。
电路工作可靠，具有较强的抗干扰能力，在较强的阳光或灯光照射下，只要其变化的频率小于200Hz，显示值不会变。
光电输入部分采用500Hz以上的脉冲调制光源。
系统原理框图如图1所示。
图1 产品统计电路系统原理框图
二、方案设计
1．设计思路
为达到设计要求，电路需实现将有物体通过和没有物体通过这两个状态转换为数字信号，从而实现检测。
本电路的关键就是如何判断有物体通过和没有物体通过这两个状态。
2．整体方案论证与选择
方案一：
采用AT89S52单片机作为控制器，红外对管与比较电路结合实现产品统计电路。
图2 方案一原理框图
方案二：
采用ATMEGA128单片机作为控制器，红外对管与其内部的模拟比较器结合实现产品统计电路。
图3 方案二原理框图
综合比较：
由于AT89S52单片机与C51单片机兼容，比较常用，而且ATMEGA128单片机内部含有比较器，不容易控制，所以我们选择了方案一。
3．系统单元电路论证与选择
（1）产品统计电路模块
此模块实现将有产品通过和没有产品通过这两个物理状态转换为电信号，从而实现控制电路的检测。
方案：
采用红外对管实现。
红外管通电后，红外发射管发生红外线，当红外接收管接收到红外线，则导通；
当红外接收管没有接收到红外线，则不导通；
利用这一特性实现产品统计电路。
（2）提示音模块
此模块实现产品统计值每达到100的整数倍时，发出1s的提示音。
采用蜂鸣器实现。
蜂鸣器与三极管相连，三极管相当于开关作用，用单片机的一个I/O口控制三极管，实现蜂鸣器提示。
采用喇叭实现。
喇叭与三极管相连，三极管相当于开关作用【2】，用单片机的一个I/O口控制三极管，实现喇叭提示。
综合比较：
方案一中蜂鸣器具有体积小，供电电压较低（5V），价格便宜的特点，而方案二中喇叭需要12V供电，且昂贵，所以选择方案一。
（3）电源模块
此模块提供电路的各个模块所需的供电电源。
采用线性稳压电源。
使用变压器、整流电路、稳压电路、滤波电路实现输出5V的直流电源【6】。
方案二：
采用干电池。
采用4节干电池串联，得到6V电源，经过二极管，可以得到5.3V电源，可以给单片机供电。
此方案电路简单、价格便宜。
综合比较，方案一成本高、电路复杂，电路损耗较大，而方案二则电路简单、价格便宜，所以选择方案二。
三、设计实现
1．硬件电路设计
（1）单片机控制模块
使用AT89S52单片机控制整个电路的运行。
单片机控制模块AT89S52单片机是AT89S系列中的增强型高档机产品，它片内存储器容量是AT89S51的一倍，即片内8KB的Flash程序存储器和256B的RAM。
另外，它还增加了一个功能极强的、具有独特应用的16位定时／计数器2等多种功能【8】。
接口说明：
P0为数码管段数据口，P27-P24为数码管为选数据口，P32为外部中断0接口，P20为蜂鸣器接口，P23为清零键。
（2）产品统计电路模块
使用红外对管作为此模块的核心器件。
红外对管通电时，红外发射管发出红外线，当红外接收管接收到红外线时，红外接收管导通；
当红外接收管接没有收到红外线时，红外接收管不导通。
利用这一特性设计产品统计电路如图4所示【3】。
图4 产品统计模块电路
0，接收到红外线即没有产品通过。
Vout=
1，没有接收到红外线即有产品通过。
当红外接收管接收到红外线时，接收管导通，LM324与其相连的阴极电压被拉低（0V），即比较器的同相端为0V，反相端电压为正（为1V,可以通过电位器调节），此时比较器输出低电平（0）
【1】；
当红外接收管没有接收到红外线时，接收管不导通，LM324与其相连的阴极电压被拉高（5V），即比较器的同相端为5V，反相端电压为正（0～5V,可以通过电位器调节），此时比较器输出高电平
（1）；
将比较器的输出端连接到单片机的外部中断0引脚。
设置单片机的外部中断处罚方式来检测电平变化，实现产品的检测、统计。
（3）提示音模块
利用三极管的四种基本特性中的导通与截止特性【6】，设计蜂鸣器提示音电路如图5所示。
图5 提示音模块电路
发出声音：
P20=1
Speaker
不发出声音：
P20=0
当控制口P20为低电平时，三极管不导通，蜂鸣器没有电源供电，不工作；
当控制口P20为高电平时，三极管导通，蜂鸣器有电源供电，工作。
（4）电源模块
查阅资料单片机的额定工作电压为4.5V～5.5V【8】，LM324的工作电压3.0V～32V，所以采用四节干电池作为系统供电电源，如图6所示。
图6 电源电路
由串联电路电压的关系以及1N4007二极管的导通电压为0.7V，则
VCC=（1.5+1.5+1.5+1.5）-0.7V=5.3V
在单片机和LM324的正常工作范围内。
2．软件设计
系统主程序软件流程图如下图7所示【7】。
图7 主程序软件流程图
四、系统测试及数据分析
1．测试方法
产品统计测试：
用纸片模拟产品，每当纸片经过光电耦合器一次，观察数码管的数值变化（在较强的阳光或灯光照射下）。
蜂鸣器测试：
观察当计数数值为100的整倍数时蜂鸣器是否发出提示音，时间是否为1s。
清零功能测试：
按下清零键，观察数码管数值是否变为0。
2．测试结果
用纸片模拟产品，每当纸片经过光电耦合器一次，数码管的数值变化如下表1所示（在较强的阳光或灯光照射下）。
表1 系统测试数据表
产品实际通过次数
40
80
100
150
200
250
300
数码管显示值
声音提示情况
无
有1S
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
850
900
950
999
1000
1001
1
由测试数据知，在较强的阳光或灯光照射下，电路能够准确统计产品的数量，当统计值为100的整百数时能够发出1S的提示音；
当统计值超过999时统计值为实际值减去1000，即此电路的最大统计值为999。
清零键功能测试：
每当纸片经过光电耦合器一次，按键按下和按键没有按下时数码管的数值变化如下表2所示（在较强的阳光或灯光照射下）。
表2 清零键功能测试表
20
70
50
清零键是否按下
否
是
由测试数据知，在较强的阳光或灯光照射下，清零键能够将显示值清零。
五、结论
由上面的测试数据知，在较强的阳光或灯光照射下，电路能够准确统计产品的数量，当统计值为100的整百数时能够发出1S的提示音；
当统计值超过999时统计值为实际值减去1000，即此电路的最大统计值为999；
同时还具有清零功能。
另外我们的硬件成品蜂鸣器的声音没有理想中的嘹亮，是断断续续的声音。
经分析，可能是由于单片机P2口的驱动能力因为通过运放后接地而减弱，使得声音较为微弱。
综合测试证明，本系统能完成题目的所有要求，另外在硬件电路方面，我们通过大量的实验有效地提高了系统的稳定性和抗干扰能力，使得系统的性能得到很大的改善。
参考文献
[１]康华光.电子技术基础-数字部分[M].北京:
高等教育出版社，2006
[２]王毓银.数字电路逻辑设计[M].北京:
高等教育出版社
[３]瞿德福.实用数字电路读图方法[M].北京:
机械工业出版社,2002，2.
[４]程勇.实例讲解Multisim10电路仿真[M].北京:
人民邮电出版社.2010,4
[５]朱彩莲.Multisim电子电路仿真教程[M].西安：
西安电子科技大学.2007,9.
[６]谢自美．电子线路设计实验测试[M]．武汉：
华中科技大学出版社，2006
[７]谭浩强．C语言程序设计（第三版）[M]．北京：
清华大学出版社，2008
[８]孙育才.ATMEL新型AT89S52系列单片机及应用[M]．北京：
清华大学出版社，2005
附录
附录一CPU最小系统图【4】
图9CPU最小系统图
附录二：
外部中断0服务程序流程图
图10外部中断0服务程序流程图
附录三：
定时器服务程序
图11定时器服务程序软件流程图
附录四：
源程序
#include<
reg52.h>
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
ucharcodetable[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
//数码管段
sbitbeef=P2^0;
//蜂鸣器
sbitql=P2^3;
//清零键
intcount=-1;
//计数变量
uintshijian=0;
voidDisplay（）;
//显示
voidDelay（uinttt）;
//延时
voidmain（）
{
uchara;
ucharflag=1;
beef=0;
count=-1;
//复位瞬间会产生一个下降沿，会导致计数多1，设置count初值为-1，可以使计数为实际值
ET0=1;
//定时器中断允许
TMOD=0x01;
//设置工作于模式1
TH0=（65535-50000）/256;
TL0=（65535-50000）%256;
//初值赋值
TR0=0;
//关闭定时器
EX0=1;
//外部中断0允许
IT0=1;
//设置下降沿触发
EA=1;
//总中断允许
while
（1）
{
if（ql==0）count=0;
//清零
a=count/100;
if（（count%100==0）&
&
（count!
=0））//防止计数为0时蜂鸣器响
{
switch（a）
{
case1:
if（flag==1）{flag=2;
TR0=1;
}break;
//使用这种处理方法防止在100时一直响，
case2:
if（flag==2）{flag=3;
case3:
if（flag==3）{flag=4;
case4:
if（flag==4）{flag=5;
case5:
if（flag==5）{flag=6;
case6:
if（flag==6）{flag=7;
case7:
if（flag==7）{flag=8;
case8:
if（flag==8）{flag=9;
case9:
if（flag==9）{flag=1;
}
}
Display（）;
}
}
voidInit0（void）interrupt0//计数
count++;
if（count==1000）{count=0;
voidTimer0（void）interrupt1//定时整百时蜂鸣器响一秒
beef=1;
shijian++;
if（shijian==20）
{
shijian=0;
beef=0;
TH0=（65535-50000）/256;
TL0=（65535-50000）%256;
voidDelay（uinttt）//延时子程序
while（tt--）;
voidDisplay（）//显示频率
P2=0x7e;
P0=table[count/1000];
//千位
Delay（500）;
P2=0xbe;
P0=table[count%1000/100];
//百位
P2=0xde;
P0=table[count%100/10];
//十位
P2=0xee;
P0=table[count%10];
//个位
致谢
本次课程设计是在指导老师黄慧的悉心指导下完成的。
导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风、宽以待人的人格魅力对我们影响深远。
通过老师给我们的具体的设计任务要求以及她耐心的讲解与帮助，我们不仅掌握了基本的研究方法，设计出了流水线产品计数器的电路，还懂得了许多课程设计报告格式和细节，为以后的毕业设计论文打下了基础，这是我们最有收获的地方。
而本次课程设计从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血与时间。
在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！
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