单片机综合课程设计流水线产品统计电路的设计与实现

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1、综 合 课 程 设 计设计题目 流水线产品统计电路的设计与实现指导教师 班级 08电子信息工程3班 姓名学号 2011-11-152流水线产品统计电路的设计与实现摘 要计数器对某物件进行计数，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，实现统计数据的收集，如在生产流水线包装数量控制等领域的应用，能节省劳动力高效地完成任务。光电计数器采用红外对管实现对通过物体进行计数，是一种非接触式计数器，在部分场合有着无比的优越性，从而广泛应用在工业生产，实时监测，自动化领域。 本设计采用AT89S52单片机设计实现流水线产品统计电路。电路由控制电路、产品统计电路、显示部分和提示音电路四个模块构成，

2、最终实现流水线产品的数量统计。每当产品通过一次，显示值加1，产品统计值每达到100的整倍数时，能发出1S的提示音。另外电路具有清零功能，使得电路能够重复使用。电路经过大量实验提高了系统的稳定性和抗干扰能力。关键字：产品统计；提示音；检测电路；数码管目录一、引言1二、方案设计21设计思路22整体方案论证与选择23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3（3）电源模块3三、设计实现31硬件电路设计3（1）单片机控制模块3（2）产品统计电路模块4（3）提示音模块5（4）电源模块52软件设计5四、系统测试及数据分析61测试方法62测试结果7五、 结论7参考文献8附录8致 谢

3、13一、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

4、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

5、，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。方案一：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。方案二：采用喇叭实现。喇叭与

6、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。方案一：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【1】。 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

7、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【4】。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

8、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5所示。图5 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（05V,可以通过电位器调节），此时比较器输出低电平（0）；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（05V,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

9、。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【3】，设计蜂鸣器提示音电路如图6所示。图6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4.5V5.5V【4】，LM324的工作电压3.0V32V，所以采用四节干电池作为系统供电电源，如图7所示。图7电源电路由串联电路电压的关系以及1N4007二极管的导通电

10、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8所示【2】。图8 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

11、通过次数04080100150200250300数码管显示值04080100150200250300声音提示情况无无无有1S无有1S无有1S产品实际通过次数350400450500550600650700数码管显示值350400450500550600650700声音提示情况无有1S无有1S无有1S无有1S产品实际通过次数75080085090095099910001001数码管显示值75080085090095099901声音提示情况无有1S无有1S无有1S无无由测试数据知，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99

12、9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清零键功能测试表产品实际通过次数04080100150200250300数码管显示值040020700500清零键是否按下否否是否否是否是产品实际通过次数350400450500550600650700数码管显示值5010000500500清零键是否按下否否是是否是否是产品实际通过次数75080085090095099910001001数码管显示值0050050010清零键是否按下是是否是否是否是 由测试

13、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。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，20062谭浩强C语言程序设计（第三版）M北京：清华大学出版社，20083康华光电子技术基础（模拟部

14、分）M北京：高等教育出版社，20064孙育才. ATMEL新型AT89S52系列单片机及其应用M北京：清华大学出版社，2005附录附录一 CPU最小系统图图9 CPU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 #define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code table10 = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/数码管段sbit bee

15、f=P20; /蜂鸣器sbit ql=P23; /清零键int count=-1; /计数变量uint shijian=0;void Display(); /显示void Delay(uint tt); /延时void main() uchar a; uchar flag=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

16、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)case 1:if(flag =1 )flag=2;TR0=1;break;/使用这种处理方法防止在100时一直响，case 2:if(flag =2 )flag=3;TR0=1;break;case 3:if(flag =3 )flag=4;TR0=1;break;case 4:if(flag =4 )flag

17、=5;TR0=1;break;case 5:if(flag =5 )flag=6;TR0=1;break;case 6:if(flag =6 )flag=7;TR0=1;break;case 7:if(flag =7 )flag=8;TR0=1;break;case 8:if(flag =8 )flag=9;TR0=1;break;case 9:if(flag =9 )flag=1;TR0=1;break;Display(); void Init0(void) interrupt 0 / 计数count+;if(count = 1000)count=0;void Timer0(void) in

18、terrupt 1 / 定时整百时蜂鸣器响一秒beef=1;shijian+;if(shijian=20) shijian=0; beef=0; TR0=0; TH0=(65535-50000)/256; TL0=(65535-50000)%256;void Delay(uint tt) /延时子程序while(tt-);void Display() /显示频率P2=0x7e;P0=tablecount/1000;/千位Delay(500);P2=0xbe;P0=tablecount%1000/100;/百位Delay(500);P2=0xde;P0=tablecount%100/10;/十位Delay(500);P2=0xee;P0=tablecount%10;/个位Delay(500);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实物，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！ 13