智能仪表综合课程设计基于单片机的红外脉冲计数器

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1、智能仪表综合课程设计摘 要计数是一种简单的基本运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路。计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行技术，以实现测量、计数和控制的功能。同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则是由基本的计数单元和一些控制门组成，计数单元则是由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成。还有的计数器是通过一些复杂的集成单元比如单片机以及外设构成，以完成显示、控制等一些复杂的功能带有传感器的计数器应用范围遍布印刷、纺织、印染、针织、电缆、电讯、军工、轻工、机械、开关、断路器、矿山、实行多班制的纺织行业的织布机、织带机、制线、制带、造纸、制革、薄膜、高压开关电器

2、产品、试验设备，印刷设备、短路器、医疗、纺织、机械、仓库和码头的货运、行人及车辆过往的数量计数、冶金、食品、国防、包装、配料、石油、化工、发电、机床、仪表、自动化控制等行业。关键词：红外脉冲计数；1838；AT89C51目录1 红外脉冲计数器的简介11.1红外脉冲计数器简介11.2红外计数器的作用11.3本课题的背景和意义12 系统设计简介22.1 红外脉冲计数器简介22.2 设计要求22.3 设计方案论证22.4 硬件设计电路33.系统硬件设计53.1主控制器选择53.2显示电路53.3红外传感器简介63.41838红外传感器与单片机的接口电路73.6时钟电路83.7复位电路83.8系统总体

3、电路图94 设计语言及软件介绍104.1 C语言介绍104.2 keilC51软件介绍115 系统软件设计125.1 概述125.2 系统程序设计模块125.2.1主程序125.2.2显示子程序125.2.3中断子程序125.3 控制源程序135.3.1 C程序135.3.2程序清单155.4 调试及仿真15结 论18参考文献19191 红外脉冲计数器的简介1.1红外脉冲计数器简介计数是一种简单的基本运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路。计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行技术，以实现测量、计数和控制的功能。同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则是由基本

4、的计数单元和一些控制门组成，计数单元则是由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成。还有的计数器是通过一些复杂的集成单元比如单片机以及外设构成，以完成显示、控制等一些复杂的功能。1.2红外计数器的作用计数器的应用范围也遍布印刷、纺织、印染、针织、电缆、电讯、军工、轻工、机械、开关、断路器、矿山、实行多班制的纺织行业的织布机、织带机、制线、制带、造纸、制革、薄膜、高压开关电器产品、试验设备，印刷设备、短路器、医疗、纺织、机械、仓库和码头的货运、行人及车辆过往的数量计数、冶金、食品、国防、包装、配料、石油、化工、发电、机床、仪表、自动化控制等行业。本次设计的目的就是让我们在理论学习的基础上，将所学知

5、识运用到实际当中，制作一个以单片机为MCU的计数显示器件。并使我们了解电子设备在工业中的实际运用，以及工程设计的相关程序。1.3本课题的背景和意义将红外脉冲信号转换为可以显示出来的数值，然后通过显示单元，如LED、LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。这样就完成了红外脉冲计数器的基本计数功能。随着计数器技术的不断发展与进步，计数器的种类越来越多，应用的范围越来越广，随之而来的竞争也越来越激烈。过硬的技术也成为众多生产厂商竞争的焦点之一。厂商为了在竞争中处于不败之地，从而不断地改进技术，增加产品的种类。现计数器的种类以增加到：电磁计数器、电子计数器、机械计数器（拉动机械计数器、转动机械计数器、按

6、动机械计数器、测长机械计数器）、液晶计数器等。本课题以设计红外脉冲计数器为目标，采用1838红外接受管作为传感器，由单片机对其输出信号做处理并显示。2 系统设计简介2.1 红外脉冲计数器简介红外脉冲计数器就是对红外脉冲进行计数，并对当前值进行检测并作出相应的处理。红外脉冲计数器具有良好的抗干扰性及稳定性，在生产生活中尤其是在工业自动控制方面具有相当重要的作用。应用范围也遍布印刷、纺织、印染、针织、电缆、电讯、军工、轻工、机械、开关、断路器、矿山、仪表、自动化控制等行业。2.2 设计要求1、将计数值准确通过LED数码管显示出来2、测量范围为00-99。2.3 设计方案论证方案一：采用多种数字逻辑

7、电路来实现逻辑控制、主门、门控、计数单元的设计要求，这样设计的电路整体比较复杂，而且不宜完成发挥部分的功能要求。所以方案一不采用。方案二：可以采用FPGA来实现逻辑控制、主门、门控、计数单元的设计要求，并且设计方便，但由于对FPGA的技术原理掌握不够熟练，所以放弃方案二。方案三：系统采用8051为核心的单片机控制系统，实现原理图中的逻辑控制、主门、门控、计数的设计要求单片机计数器的方式控制寄存器TMOD中的GATE位=1时，可以很方便的进行INT0引脚的外部输入信号的时间间隔测量。且单片机的控制电路很容易实现扩展，比如语音模块、测温I2C模块、时钟模块、A/D模块等。故采用方案三。整体设计框图

8、如图.所示。AT89C51主控制器显示电路时钟电路信号接受电路复位电路 图2.3 脉冲计数器总体电路结构框图2.4 硬件设计电路在AT89S51单片机的P32引脚，即外部中断0的入口引脚外接1838的output脚，作为计数的输入口，用单片机的P0.0P0.7接一个共阴数码管的段选，作为09的数字显示，用单片机的P2.0作为共阴数码管的位选，控制计数器的个位数显示，用P2.1作为共阴数码管的位选，控制计数器的十位显示；硬件电路图如图2.所示： 图2.4 数字温度计设计电路图3.系统硬件设计3.1主控制器选择图3-1AT89C51引脚图VCC：电源电压； GND：地；51单片机是对所有兼容Int

9、el 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom计数的发展，成为应用最广泛的8位单片机之一。其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。本课程设计采用的单片机是STC89C52RC，完全兼容8031指令系统，并具有更大的Flash rom。其良好的稳定性及性价比使得它占据着国内51单片机较大的市场。3.2显示电路在本任务中用2位数码管显示当前数值的十位、个位，由于数码管个数多，如采用静态显示方式，则占用单片机的I/O口线太多，如果用定时器/计数器的串行移位寄存器工作方式及外接串入并出移位寄存器74LS1

10、64的方式，则电路复杂。所以，在数码管个数较多时，常采用动态显示方式。位数码管的相同段并联在一起，由一个6位I/O（P1口）输出字形码控制显示某一字形，每个数码管的公共端由另外一个I/O口（P0口)输出的字位码控制，即数码管显示的字形是由单片机I/O口输出的字形码确定，而哪个数码管点亮是由单片机I/O口输出的字位码确定的。个数码管分时轮流循环点亮，在同一时刻只有1个数码管点亮，但由于数码管具有余辉特性及人眼具有视觉暂留特性，所以适当地选取循环扫描频率，看上去所有数码管是同时点亮的，察觉不出闪烁现象。动态显示方式所接数码管不能太多，否则会因每个数码管所分配的实际导通时间太少，使得数码管的亮度不足

11、。在本任务中，为了简便，字形码和字位码都没由加驱动电路，在实际应用中应加驱动电路。如图所示：图3-2显示电路3.3红外传感器简介红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头。 内部电路包括红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到红外信号， 然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30khz到60khz的负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出高低电平，还原出发射端的信号波形。注意输出的高低电平和发射端是反相的，这样的目的是

12、为了提高接收的灵敏度。 一体化红外接收头，如图-所示： 图- 红外接收头红外接收头的种类很多，引脚定义也不相同，一般都有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚。根据发射端调制 载波的不同应选用相应解调频率的接收头。 3.4 红外传感器与单片机的接口电路 DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，单片机端口接单线总线， 本次采用电源供电方式如图3-4所示：图3-4 1838红外感器与单片机的接口电路3.6时钟电路 时钟电路用来提供单片机各种微操作的时间基准。图3-5时钟电路3.7复位电路 复位电

13、路是单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。复位操作通常有两种基本形式：上电复位、开关复位。此处选择上电复位，该操作要求接通电源后自动实现复位操作。电容上电后使RST持续一段高电平时间，此处电解电容C3设定参数为10uf，如图所示：图3-6复位电路3.8系统总体电路图 温度计电路设计原理图如图3-7所示,控制器使用单片机AT89C51,温度计传感器使用1838红外接收管,用LED实现温度显示。本温度计大体分三个工作过程。首先，由1838红外传感器芯片将接收到的红外脉冲信号转换为电信号并将结果送入单片机。然后，通过89C5I单片机芯片对送来的信号进行累计加数，井将此结果送入LE

14、D显示模块。由图3-7可看到，本电路主要由1838红外感器芯片、和89C51单片机芯片组成。图3-7系统总体设计图4 设计语言及软件介绍4.1 C语言介绍C语言是一种面向过程的计算机程序设计语言，它是目前众多计算机语言中举世公认的优秀的结构程序设计语言之一。它由美国贝尔研究所的D.M.Ritchie于1972年推出。1978后，C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上。 C语言发展如此迅速，而且成为最受欢迎的语言之一，主要因为它具有强大的功能。许多著名的系统软件，如DBASE 都是由C 语言编写的。用C 语言加上一些汇编语言子程序，就更能显示C 语言的优势了，像PC- DOS 、WORDSTA

15、R等就是用这种方法编写的。C语言是一种成功的系统描述语言，用C语言开发的UNIX操作系统就是一个成功的范例;同时C语言又是一种通用的程序设计语言，在国际上广泛流行。世界上很多著名的计算公司都成功的开发了不同版本的C语言，很多优秀的应用程序也都使用C语言开发的，它是一种很有发展前途的高级程序设计语言。 1.C是中级语言。它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作， 而这三者是计算机最基本的工作单元。 2.C是结构式语言。结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次

16、清晰，便于使用、维护以及调试。C 语言是以函数形式提供给用户的，这些函数可方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。 3.C语言功能齐全。具有各种各样的数据类型，并引入了指针概念，可使程序效率更高。而且计算功能、逻辑判断功能也比较强大，可以实现决策目的的游戏。4.C语言适用范围大。适合于多种操作系统，如Windows、DOS、UNIX等等；也适用于多种机型。 C语言对编写需要硬件进行操作的场合，明显优于其它解释型高级语言，有一些大型应用软件也是用C语言编写的。 C语言具有较好的可移植性，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件，三维，二维图形和动画。它是数值

17、计算的高级语言。4.2 keilC51软件介绍Keil C51是德国Keil Software公司（ARM公司之一）出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。5 系统软件设计5.1 概述5.2 系统程序设计模块系统程序主要包括主程序，中断处理程序和显示数据刷新子程序等。5.2.1主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示，主程序流程图如图4.2.1所示。显示数值显示数值程序开始图4.2.1 主程序流程图5.2.2显示子程序显示子程序将数

18、字转换为两个字符，分别在十位和个位显示。5.2.3中断子程序进入中断就说明接收到脉冲，温度转换命令子程序图4.2.2所示。 N进入中断计数加1计数大于99计数清零 返回 图4.2.2 中断子程序流程图5.3 控制源程序5.3.1 C程序接收程序：#include typedef unsigned char uint8;typedef unsigned int uint16;sbit K2 = P35; /设置接收引脚/*延时函数*/void delay(uint16 x)uint16 i,j;for(i = x; i 0; i -)for(j = 114; j 0; j -);code uin

19、t8 LED_CODE = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/数码管位码表uint8 Buffer_Counts=0,0;/显示位uint16 Count=0;void Show_Counts() Buffer_Counts1 = Count % 100 /10;/提取个位Buffer_Counts0 = Count % 10;/提取十位 P2 = 0xfe;P0 = LED_CODEBuffer_Counts0;delay(2); /显示个位P2 = 0xfd;P0 = LED_CODEBuffer_Counts1;dela

20、y(2);/显示十位void main() IP = 0x01;IT0 = 1;IE = 0x81; /开中断INT0while(1)if(K2 = 0) Count = 0;if(Count 99) Count = 0;Show_Counts();void ISR0() interrupt 0 /中断程序 Count+; /计数加一5.3.2程序清单HEX输出文件5.4 调试及仿真经软件调试-仿真器proteus调试通过，并烧录芯片，得到所要求的设计结果。因为没有1838的仿真模型，所以用按钮接地的方式代替1838红外接收器。如图4.2.3试验成功。实物调试过程中,当收到红外信号时,数码管显

21、示数字加一,调试成功。实物图如图5.6。 图5.4 数字温度计仿真图图5.6 实物图结 论这次课程设计让我受益匪浅。通过这次设计我对自己在大学时间里所学的知识得到了全面的回顾，并充分发挥对所学知识的理解和对课程设计的思考及书面表达能力，最终完成了这份论文。撰写论文的过程也是专业知识的学习过程，它使我运用已有的专业基础知识，对其进行设计，分析和解决一个理论问题或实际问题，把知识转化为能力的实际训练。培养了我运用所学知识解决实际问题的能力。参考文献1 单片机系统设计及工程应用 雷思孝等 西安电子科技大学出版社2 电路基础 吴大正 西安电子科技大学出版社3 c+程序与设计语言 揣锦华等 西安电子科技大学出版社5 MCS51/96系列单片机原理及应用 孙涵芳 北京航空航天大学出版社