1、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。AT89S
2、52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CMOS 8位单片机,片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes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
3、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3.1 S52单片机管脚图 图3.2 S52单片机实物图3.1.1 AT89S52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
4、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。3.1.2 AT89S52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
5、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3.1 P1口的第二功能引脚号第二功能P1.0T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出P1.1T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载
6、触发信号和方向控制)P1.5MOSI(在系统编程用)P1.6MISO(在系统编程用)P1.7SCK(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
7、/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3.2 P3口的第二功能引脚 引脚P3.0RXD(串行输入口)P3.4TO(定时/计数器0)P3.1TXD(串行输出口)P3.5T1(定时/计数器1)P3.2INTO(外中断0)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.3INT1(外中
8、断1)P3.7RD(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
9、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
10、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TCS32003.2.1TCS3200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
11、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。
12、该传感器的典型输出频率范围从2 Hz500 kHz,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S0S1输出频率定标S2S3滤波器类型L关断电源红色H
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