（完整版）基于单片机的光电计数器毕业论文 - 图文

摘 要

计数器对某物件进行自动计数，在实际生产生活中具有广泛的应用，对通过的物体进行计数，实现统计数据的搜集，如在生产流水线包装数量控制等领域的应用，能节省劳动力有能高效地完成任务。光电计数器采用光电传感器构成的广电门实现对通过光电门的物体进行计数，是一种非接触式计数，在部分场合有着其无比的优越性，从而使其广泛应用于工业生产、实时监测、自动化控制等领域。

本作品为实现光电计数器的功能，采用模数结合的电路，以光敏电阻传感器为传感器件。电路主要分为信号采集电路、单片机电路、数码显示电路、复位电路四个模块，分别实现对通过光敏传感器正对面产生的阴影的物体感应，计数，显示，并可随时进行复位,计数范围为99。

本作品电路主要采用常用分立元件和小规模集成电路，结构简单可靠，能够提供准确的统计值，成本低廉，实用性强，二次开发性高

关键词：单片机 计数器 光敏传感器 数码显示

ABSTRACT

Counter automatically count on an article, in the actual production, to count the number of objects through to achieve statistical data collection, such as in control applications in areas such as production line size, saving labor to effectively fulfil its mandate. Photoelectric Counter constitute broadcasting achieved through using photoelectric sensor photoelectric counts the number of objects, is a non-contact counting, on some occasions industrial production, real time monitoring, automation and other fields.

This work is the ability to photoelectric counter for, the use of modulus combination circuits, photosensitive resistance sensors to sensors. Circuit can be divided into signal acquisition circuit, monolithic integrated circuits, digital display circuits, reset circuit of four modules, respectively, through induction of photosensitive sensors directly across from shadow of the objects, the count, display, and can be reset at any time, count to 99.

This circuit works mainly uses the standard discrete components and SSI, the structure is simple and reliable, and can provide accurate statistics, low cost, practicality, a chip）概念上的结构。这种单片机由三个核组成：一个是微控制器和DSP核，一个是数据和程序存储器核，最后一个是外围专用集成电路（ASIC）。这种单片机的最大特点在于把DSP和微控制器同时做在一个片上。把它和传统单片机结合集成大大提高了单片机的功能。这是目前单片机最大的进步之一。这种单片机最典型的有Infineon公司的TC10GP；Hitachi公司的SH7410，SH7612等。

1.3.2 功耗、封装及电源电压的发展

现在新的单片机的功耗越来越小，特别是很多单片机都设置了多种工作方式，这些工作方式包括等待，暂停，睡眠，空闲，节电等工作方式。

现在单片机的封装水平已大大提高，随着贴片工艺的出现，单片机也大量采用了各种合符贴片工艺的封装方式出现，以大量减少体积。扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是今天单片机发展的目标之一。目前，一般单片机都可以在3.3～5.5V的条件下工作。而一些厂家，则生产出可以在2.2～6V的条件下工作的单片机。

1.4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整体电路的抗干扰能力以及稳定性。

1.5 本研究课题的发展趋势

自单片机出现至今，单片机技术已走过了近20年的发展路程。纵观20年来单片机发展历程可以看出，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发 展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。单片机的应用在后PC时代得到了前所未有的发展，但对处理器的综合性能要求也越来越高。综观单片机的发展，以应用需求为目标，市场越来越细化，充分突出以“单片”解决问题，而不像多年前以MCS5196等处理器为中心，外扩各种接口构成各种应用系统。单片机系统作为嵌入式系统的一部分，主要集中在中、低端应用领域（嵌入式高端应用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能处理器构成），在这些应用中，目前也出现了一些新的需求，主要体现在以下几个方面

（1）以电池供电的应用越来越多，而且由于产品体积的限制，很多是用钮扣电池供电，要求系统功耗尽可能低，如手持式仪表、水表、玩具等。

（2）随着应用的复杂，对处理器的功能和性能要求不断提高。既要外设丰富、功能灵活，又要有一定的运算能力，能做一些实时算法，而不仅仅做一些简单的控制。

（3）产品更新速度快，开发时间短，希望开发工具简单、廉价、功能完善。特别是仿真工具要有延续性，能适应多种MCU，以免重复投资，增加开发费用。

（4）产品性能稳定，可靠性高，既能加密保护，又能方便升级。

第二章 光电计数器的方案设计

2.1 系统的设计要求

设计光控电路，当有物体通过光电传感器正对面，产生一个阴影，通过LM393比较器出输一个数字信号，单片机采集信号，通过数码管显示。计数器的最大计数容量是99。

硬件电路图如图2-1所示：

图2-1 光电计数器系统结构图

2.2 系统的组成与结构

整个光电计数器系统是由光电传感电路、运算比较电路、STC89C52RC单片机系统电路、显示计数电路、报警电路五个部分组成的，如图2-1所示。光电传感电路把被计数的物体的变化转换成电信号，由显示计数电路计数，再由数码显示管显示，当达到设定的报警值时，报警电路发出报警。

2.3 中断方式计数

由于光电技术电路需要在数码管上显示进入电影院的人数，因此可以在内部存储器空间定义它的显示缓存区，用来暂存数码管显示的当前值。

系统在初始化程序之中，分别设置外部中断0和外部中断1产生中断的中断标志T0和T1,并初始化值为0。当有外部中产生时，相应

的中断置1。

当外部中断0产生中断时，在中断服务程序之中将中断标志T1置1，并屏蔽外部中断1，然后在主程序中扫描T0是否为1。当T0为1时，调用光电计数子程序，将显示暂存变量加1，同时开外部中断1。当电影院中的人数达到99人时，系统发出声光警报，直至按复位键为止。

当外部中断1产生中断时，在中断服务程序之中将中断标志T1置1，并屏蔽外部中断0，然后在主程序之中扫描T1是否为1。当T1为1时调用光电计数子程序，将显示暂存变量减1，同时开外部中断0。

2.4 串行通信接口

串行通信与并行通信不同，并行通信是一次性传送8位数据，传输快捷方便，但硬件较复杂，远距离传输成本较高，串行通信是一位一位的传送，一个字节的八位二进制数至少需要传送8次，结构也比较简单，串行通信是通过串行口来实现的，MCS-51单片机有一个全双工的异步串行接口可以用于串行数据的数据通信，串行通信的两种基本方式有异步传送方式和同步传送方式。

MCS-51单片机采用异步通信的串行通信方式，有一个全双工的串行接口电路，整个串行通信可以通过编制的程序设定，串行接口电路的内部结构如图2-2所示。

图2-2 串行口内部结构

SBUF是独立的两个缓冲器，主要功能存放接收到的数据和存放将要发送的数据，起缓冲作用，TXD是发送引脚，数据从TXD一位一

位的向外设发送，RXD是接收引脚，数据从RXD一位一位的接收到单片机内。

第三章 光电计数器的硬件电路设计

3.1光敏电阻

光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。 3.1.1 光敏电阻的组成

光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。 3.1.2光敏电阻的作用

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。

3.1.3光敏电阻的规格型号

通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内 就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案，它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。一般光敏电阻器结构如图所示。

3-1 光敏结构图

光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片（或树脂防潮膜）和电极等组成。光敏电阻器在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示

光敏电阻常用硫化镉（CdS）制成。它分为环氧树脂封装和金属封装两款，同属于导线型（DIP型），环氧树脂封装光敏电阻按陶瓷基板直径分为￠3mm、￠4mm、￠5mm、￠7mm、￠11mm、￠12mm、￠20mm、￠25mm 。

3.2 AT89S52单片机

AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS -51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

AT89S52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序

存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入输出（IO）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个 全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断 系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三 种封装形式，以适应不同产品的需求，AT89S52的引脚图如图3-2所示。

主要功能特性：兼容MCS-51指令系统、8k可反复擦写(>1000次）ISP Flash ROM、32个双向IO口、4.5-5.5V工作电压、3个16位可编程定时计数器、时钟频率0-33MHz、全双工UART串行中断口线、256x8bit内部RAM、2个外部中断源、低功耗空闲和省电模式、中断唤醒省电模式、3级加密位、看门狗（WDT）电路、软件设置空闲和省电功能、灵活的ISP字节和分页编程、双数据寄存器指针。

图3-2 AT89S52引脚图

3.3 LM393芯片

LM393内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工 作条件下，电源电流与 电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 3.3.1 LM393特性(Features)

内部频率补偿。 直流电压增益高(约100dB) 。 单位增益频带宽(约1MHz) 。

电源电压范围宽：单电源(3—30V)；双电源(±1.5~±15V) 。 低功耗电流，适合于电池供电。 低输入偏流。

低输入失调电压和失调电流。 共模输入电压范围宽，包括接地。

差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。 输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V) 。 3.3.2 LM393主要参数 输入偏置电流45 nA 输入失调电流50 nA 输入失调电压2.9mV

输入共模电压最大值VCC~1.5 V 共模抑制比80dB 电源抑制比100dB 3.3.3 LM393内部结构

图3-3 LM393内部结构图

3.4 单片机最小系统设计

+5V+5V1S2R71KC21C3133pf233pf2OUT12345C1610uF7891011R31210K131415161718192012MHZP1.0VCCP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4STC1P1.6P0.5STC40P1.7P0.6RSTP0.7P3.0/RXDEX_LVDP3.1/TXDALEP3.2 INT0NAP3.3/INT1P2.7P3.4/T0P2.6P3.5/T1P2.5P3.6/WPP2.4P3.7/RDP2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1GNDP2.040393837363534333231302928272625242322212 图3-4 单片机最小系统基本电路图

单片机的最小系统是由电源、复位、晶振、EA=1组成，下面介绍一下每一个组成部分。 1.电源引脚 Vcc 40 电源端 GND 20 接地端

工作电压为5V，另有STC89S52工作电压则是2.7-6V,引脚功能一样。

2.外接晶体引脚

图3-5 晶振连接的内部、外部方式图

XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右。系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22μF。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作

3.5 总电路原理图

J32LED+5VJ29排阻J1CON212R110K1234D2PHOTOABCDEFGDP12345678912345678JP1OUTAVCCINA-OUTBINA+INB-GNDINB+LM393+5V8765+5VS1SW SPSTD1LEDD3LEDR4510R510KR210K+5VR61KOUT1234S25C1610uF78910R7111KR31210K1314151617C218133pf219C3201212MHZ33pf+5VOUT21P1.0VCCP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4STC1P1.6P0.5STC40P1.7P0.6RSTP0.7P3.0/RXDEX_LVDP3.1/TXDALEP3.2 INT0NAP3.3/INT1P2.7P3.4/T0P2.6P3.5/T1P2.5P3.6/WPP2.4P3.7/RDP2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1GNDP2.04039383736353433323130292827262524232221910P1P2 3-6 总电路图

第四章 光电计数器系统软件设计

系统上电初始化之后，主程序不断地扫描键盘和显示程序；同时判断外部中断标志是否有效。如果外部中断标志有效，则调用光电计数处理子程序，刷新数码管的显示值

4.1系统控制主程序设计

定义蜂鸣器接口P3.6，初始状态为0，蜂鸣器不报警，当有高电平触发P3.6是，蜂鸣器开始报警。当下一个脉冲是1时外部中断T0则产生中断，计数器停止加计数，同样若外部中断T1也是高电平则T1产生中断，计数器停止减计数。

4.2 系统初始化子程序设计

设定外部中断T0、T1的标志位置0即中断处于关闭状态，蜂鸣器控制标志位也置0，处于关闭状态，系统初始化流程图如图4-1所示。

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