基于单片机红外计数装置的设计特制材料

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1、密级： 学号： 本科生毕业论文（设计）基于单片机的红外计数教室点到装置的设计学 院： 信息工程学院 年 级： 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 指导老师： 完成日期： 学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用

2、学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保 密 ， 在 年解密后适用本授权书。不保密 。（请在以上相应方框内打“” ）学位论文作者签名（手写）： 指导老师签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日文书#借鉴摘 要随着自动化、数字化和机电一体化的进步，智能化的仪器得到了广泛的使用，智能化的技术能提高生产管理的水平，采取红外传感器制作的电子计数器可以实现自动化的控制。再加上单片机技

3、术的提升，让实现功能电路变得简单，给人们的生活带来了方便。以往的机械或电子计数器，电路布局复杂，而且需要的元器件数量比较多。处理系统的稳定性相对较低外，当系统出现故障时，维修的成本也很高，功能不容易修改，因而得不到普及。而以单片机为控制器的红外计数装置有很多优势，单片机的实时、准确性高、不易被干扰、电路设计简单。本文设计的是一个4位红外计数器，用途非常普遍，如实时工控、导航、电器等。对于机电一体化，单片机能实现高度的自动化、集中化。关键词：单片机；数码管；红外计数器Abstract With the progress of automation, digital and mechanical

4、and electrical integration, intelligent instrument has been widely used, intelligent technology can improve the level of production management, take the infrared sensor and electronic counter can realize automation control. Combined with single-chip microcomputer technology, to realize function circ

5、uit becomes simple, brought convenience to peoples life.Mechanical or electronic counter, circuit layout is complex, the number of components and need more. The stability of the processing system is relatively low, when the system failure, maintenance cost is high, the function is not easy to modify

6、, and therefore is not popular. And with the single chip processor as the controller of the infrared counting device has many advantages, microcontroller, real-time, high accuracy, susceptible to interference, simple circuit design. Is designed in this paper a four infrared counter, use is widesprea

7、d, according to the facts in industrial control, navigation, electrical appliances, etc. For mechanical and electrical integration, SCM can achieve high degree of automation and centralized.Keywords：Single chip microcomputer; Digital tube; Infrared counter目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 选题的背景和意义11.1.1 选

8、题的背景11.1.2 选题的意义11.2 研究内容及目标21.2.1 研究的内容21.2.2 研究的目标2第2章 单片机控制电路的设计42.1 系统总体的方案设计与选择42.2 单片机的概述62.3 单片机的结构62.4 单片机的最小系统92.4.1 复位电路92.4.2 单片机的最小系统92.5 键盘设计102.6 蜂鸣器的电路设计11第3章 数码管显示结构的设计123.1 数码管的电路设计123.1.1 数码管的显示原理123.1.2 三极管驱动电路13第4章 程序的设计与仿真164.1 系统编译环境和程序的设计164.2 硬件电路的仿真16第5章 结论18参考文献19附录120附录222

9、致 谢26 文书#借鉴第1章 绪论1.1 选题的背景和意义1.1.1 选题的背景人类的文明不断在进步，世界文明传承历史悠久，孕育了数字计数和字母计数等诸多计数方法，而这些数字也使得计算和累计得到了大幅度的扩展和延伸。古代的人们以其笔墨纸张，以眼观的方式记录数目统计总汇，就当今社会来看早已不能满足现下人类快节奏发展的需要，而在古代却是人们赖以生存的计数方法。当今社会以其快数性和准确性而存，以往的计数和统计方式正被现今的各种最新科技所取代和更新。回顾过去祖先们用纸笔记录庞大的数目，统计大量的数据所花费的人力物力颇为感叹，所花费的时间更是令人震惊，然而其准确性也是相当令人担忧和折服的。站在当今的科技

10、时代里，科技早已成了生产的主力军，没有科技的力量，没有科技的推动，时代的步伐将会举步维艰。当下青年将以身作则，学习科技力量，掌握科技知识，着眼于世界，努力创新，赶上历史发展的客轮。现今社会电子技术飞速发展，其产品在人们生活中早已成了不可或缺的生活用品和发展利器。航天事业离不开电子技术，军事作战离不开它，农业发展，医药发展，建筑发展等等，无不有电子技术的参与，电子技术类品更是市场炙手可热的的新宠儿。由于电子技术的提升和进步，基于这一技术的智能产品使用及其普遍。比如在工业生产中，许多工厂流水线需要对产品计数，以往的计数方式都是人为计件，工作效率不是很高。而基于单片机的自动计数产品性能好、计数准确，

11、并且成本很低，便于控制，因此在许多行业都很实用。在日常生活中，具有红外报警功能的设备也得到了普及。红外线是看不见的，这种报警装置不易被人察觉，安全性也有提高。1.1.2 选题的意义社会的产物利于生活，源于生活，科技的进步随时代的需要而不断前行。在电子计数器发展到现在差不多30年了，其迅速性和突破性令人瞠目结舌，关于其类产品的拓展和延伸更是各具特色，五花八门，各相出彩。其造价低，性能高，简单方便易操作得到广大人士的亲睐和瞩目。电子信息时代在这个百家争鸣的新时代里分秒必争，各种技术的综合已成为时代发展的驱能，本设计也不甘落后，紧跟时代步伐。本设计红外计数装置的设计更加稳定、准确。本设计具有自动计数

12、和报警的功能。把单片机与红外计数装置结合起来，其稳定、实时的智能计数与监控在日常生活与工业生产中都能得到应用。在工业生产上，电子计数器高效能，高准确性的实现了计数的自动化及准确性，大大缩减了人们的工作时间和工作人数，以最小化的投入实现最大化的收益。在生活学习中，电子计数器大大减轻了人类的工作量，不必再一一计数和累加，其产品简单方便易操作更是让人爱不释手。农业生产中有了电子计数器不必挨个计数，可实现智能化和机械化的生产模式。生态统计中以红外计数实现，生态分布的统计，准确快数掌握生态分布的流动量，以合理控制生态平衡。建筑设计更是最为明显，街道人流量的计算有了更准确更快数的计数方式。城市建设中即可统

13、计城市人口流量，了解人口动态信息。展望未来电子计数可以实现深海和天空的计数，给人类带来难以想象的便利和快捷。本设计综合了红外线和电子计数的优点，把复杂变为简单，大大减轻了人们的工作量和时间量，人们的生活得到很好的改善和便利。一切发明和创造都源于生活用于生活，本设计的适用性正是生活的产物。1.2 研究内容及目标1.2.1 研究的内容本系统涉及到模电、数电、单片机电路及C语言编程、keil4的软件调试等，总的来说，包含以下几个方面：（1）了解单片机原理和各个引脚功能。（2）掌握C语言。（3）了解传感器的检测原理。（4）单片机驱动数码管的电路设计。（5）数码管发光原理。（6）蜂鸣器电路的设计。（7）

14、单片机定时、中断的原理。（8）Altium Designer原理图的绘制。1.2.2 研究的目标本设计采取单片机控制电路，旨在实现教室计数点到,用于简化点到计数的快捷性和准确性，帮助教师类工作人员以最短时间，实现课堂人数的考勤工作，也可以作为各种列会和组织的会仪等统计工作。为了实现该目的，需要掌握以下内容：STC89C52工作原理，红外装置包含红外发射端和红外接收端，三极管控制电流信号，数码管发光原理，按键的设置，蜂鸣器。红外装置可以产生脉冲，单片机接收脉冲信号加以数据处理，进而控制三极管驱动数码管发光，当计数值达到设定的上限值时，蜂鸣器响。每当有一个脉冲就是一个累加信号，单片机内部有计数的功

15、能，可以实现自动计数。 第2章 单片机控制电路的设计2.1 系统总体的方案设计与选择方案1：采取检测芯片的方法，芯片可以计数，然后发给单片机，单片机读取数据转换代码。其中，74LS245是数码管的驱动芯片，AT24C02是EEPROM部分，有掉电数据保护的作用，可使系统更稳定。如图2.1是该方案的框图。图2.1 方案一的框图方案2：红外发射和红外接收电路构成计数脉冲，有两对红外对管1,2构成光电检测电路，当有人或物体挡住红外光时，红外计数器把脉冲发给单片机，单片机经过转换，控制三极管驱动数码管发光。如图2.2的框图。图2.2 方案2的框图方案3：采取红外接收管电阻的分压特点，先设置一个基本电压

16、，选用LM324输出高低电平。工作状态是这样的：当有红光时，与接收管串在一起的电阻分到较大的电压，进而LM324送出一个低电平；当无红外光时，串联电阻分压小，LM324输出一个高低平。这样的高低电平送到单片机就构成一个又一个脉冲，从而完成单片机计数。如图2.3是方案3的框图。图2.3 方案3 的框图下面来说明各个方案：方案1可以很好实现计数并且抗干扰能力很强，不过该方案的电路简单，属于自动设计产品，不仅如此，成本太高了，不完全符合在校学生的设计标准，因而该方案不能得到普及。不过从计数的精准程度来说，如果采取此方法，设计思路很简单，只需要了解芯片的引脚功能和它的外部电路就可以了，检测芯片的计数是

17、很准确的，但是如果说学习现成的模块来达到设计的目的，这并不是我设计的想法。所以尽管这个方案很好，我也不采取该方案。下面来说说方案2，计数功能不如方案1，但是基本上能实现准确计数，并且工作状态下很稳定，系统掉电具有保护数据作用，可以说是市场上比较流行的一种，价格方面也很合理，在高要求的计数场所也能使用。经过对比，我决定采取此方案。方案3也能发挥准确的计数功能，但是用LM324产生的高低电平取决于红外接收管的信号，高低电平转换有延时，而且LM324受温度、电路的影响较大，不太稳定，抗干扰能力弱。故不选用此方案。2.2 单片机的概述本系统的主控芯片是STC89C52，它主要由微处理器、RAM、ROM

18、、I/O口、串行口、中断和寄存器组成。它有4组I/O口，分为P0-P3口。P3口具有第二功能，其中有五个中断源：P3.2和P3.3是两个外部中断，可采取电平触发或者边沿触发的方法，P3.4和P3.5是两个内部定时器中断，还有一个串行中断。RAM即随机存储器，既可以读取数据，写可以写入数据，并且读写迅速，但是断电不能保存。ROM是只读存储器，写的周期较慢，但是数据在断电后不丢失，ROM有早期的EPROM需要需要紫外线，后来EEPROM电擦写，最近的FLASH的快速擦写。单片机体积小、集成度高、制作方便，有贴片式和双列直插式两种封装形式，一共40个引脚。并且单片机可靠性高，工作电压稳定，接+5V电

19、压，单片机很容易扩展RAM、ROM，制作电路的成本低。用途非常普遍，如实时工控、导航、电器等。单片机有很多不同的种类，用户可以根据电路的设计要求选择适合的芯片。2.3 单片机的结构单片机内部程序存储器分为ROM型、EPROM型和Flash Memory型。其中，ROM型单片机是内部具有工程掩模编程的ROM存储器，其内部的程序不能修改；EPROM型是内部具有EPROM的程序存储器，其内容可以用紫外线擦除，如8751。Flash Memory型具有Flash Memory的程序存储器，其内容可写入和擦除，如Atmel公司的89C52。如图2.4是单片机的内部结构图。图2.4 单片机内部结构图图2.

20、4 单片机内部结构图以上的是单片机的基本结构，包括一个8位的 CPU、布尔、片内振荡器、128 B的片内存储器、4 KB的程序存储器、寻址范围为64 KB的外部数据存储器和程序存储器、21个专用寄存器、4个8位 I/ O口、全双工的串行口、两个16位的定时器、5个、两个中断优先级和111条指令，片内采用单总线结构。如图2.5是STC89C52的引脚图。图2.5 STC89C52的引脚图各引脚的功能如下：18引脚：P1.0P1.7，P1口有上拉电阻，当对其写入“1”时，即为高电平， P1口就可当作输入端口，由于上拉电阻的存在，当其中某一个引脚为“0”时，该引脚就会送出一个电流信号。9脚：复位端，

21、可实现上电复位，也可以手动复位。1017引脚：P3.0P3.7，是8位双向I/O口，每个引脚的第二功能包括外部中断端口，内部定时器、计数器输入端口以及外部位选和段选信号输入端口。18、19引脚：时钟引脚，也可以外接晶体振荡器。当接外部时钟时，HMOS单片机的18脚接地、19脚接外部振荡信号；而对于CHMOS单片机来说，此时18脚接外部振荡信号、19脚悬空。当不接外部时钟而采取外接晶体时，该晶体与片内的反向放大器可以构成一个振荡器，也能产生时钟脉冲。20引脚：GND接地。2128引脚：P2.0P2.7，可连接外部I/O设备，也可用作高8位地址总线。通常扩展地址时作地址总线用。29引脚：PSEN，

22、可驱动8个TTL电路。30引脚：地址锁存有效输出端。31引脚：当该端口为“1”时，单片机访问内部程序存储器，但当PC（程序计数器）值超过某值时，当该端口为“0”时，则不管是否有内部程序存储器而只访问外部程序存储器。3239引脚：P0.0P0.7，为双向8位三状态I/O口。P0口无上拉电阻，当想要驱动外部电路时要外加上拉电阻。40引脚：接电源+5V。2.4 单片机的最小系统2.4.1 复位电路复位电路有手动复位和上电自动复位，手动复位，就是人为操作按键使单片机复位。当程序进入死循环时就可以采取手动复位的方式让单片机复位。自动复位，即上电就可以实现复位。如图2.6是两种复位方式。 图2.6 上电自

23、动复位（左图）和手动复位2.4.2 单片机的最小系统如图2.7是单片机的最小系统。图2.7 单片机的最小系统2.5 键盘设计在本系统中，按键的设计必不可少，除了一个复位按键外，还有三个按键，分别是减键、加键、设置键。按键可以设定计数的上限报警值，设定的参数可以掉电保存到STC单片机的内部。按键键盘有独立的和矩阵的。这种键盘形式灵活，结构简单。这个形式适用于按键相对较少的情况。当按键数量较多时，一般将按键组合成矩阵的形式。在矩阵键盘中，每行每列的相交处不是直接连接的，是用按键连接的。在开始计数前，需要先设定计数上限值，即全班的人数。按下设置键，然后调节加键或者减键就可以设定上限值。当红外传感器每

24、感应到一次物体或人时，数码管显示的计到的数就会加一。当计数到设定值时蜂鸣器响和指示灯亮。如图2.8是一个按键电路的设计。图2.8 独立按键的设计2.6 蜂鸣器的电路设计在单片机系统中，除了显示器件之外，有时候会经常用到发生器件，最常见的就是蜂鸣器。蜂鸣器可用于声音报警和一些提示音。蜂鸣器有自己的固有频率，不过也可以外加各种各样的频率使它发出一些简单的音乐。蜂鸣器很容易使用，通常不采取I/O口直接与其相连，而是用三极管驱动。如图2.9，是蜂鸣器与单片机的一种常见的连接方式。图2.9 蜂鸣器的连接方式第3章 数码管显示结构的设计 3.1 数码管的电路设计3.1.1 数码管的显示原理LED数码管的结

25、构很简单，通常说的是七段数码显示管（加上DP端，也说作八段数码管），有共阳极和共阴极两种。共阳极就是八个发光二极管的阳极一并连接，共阴极就是所有的阴极一并连接。本系统采取共阴极数码管，如图3.1是共阴极连接。图3.1 数码管的共阴极方式这样，一个数码管就有一个位选端和8个段选端。控制位选和段选的高低电平就能显示一个数字。一般的结构是由多个数码管构成，本系统中用4个数码管构成4位数字显示。一共有4个位选端和32个段选端,DP（小数点）引脚悬空不接。位选端可以控制点亮数码管，段选端可以控制点亮一个数码管的哪几个发光二极管，当需要显示的位数较多时，需要采取译码芯片进行扩展。常见的驱动芯片有74LS1

26、38等，是一个3-8线译码器。数码管有静态和动态显示，静态的是数码管上每位一起显示各自的字符。动态的是每个数码管来回的显示各自的字符，由于人眼视觉的暂时停留，看上去好像全部的数码管都被点亮了，进而实现字符的显示。实际上，这都是人的错觉，只是字符来回显示的速度太快了，人眼区分不出来，所以感觉上是字符在动态变化。本系统中，采取的是静态显示。当红外计数脉冲变化时，单片机接收信号，进行数据转换控制三极管驱动数码管加一，实现计数的功能，当红外接收装置始终能接收红外信号，即无人或物体经过红外装置时，数码管保持数字不变。3.1.2 三极管驱动电路三极管不仅可以放大电流，还可以用作开关。三极管用作开关时，工作

27、在截止区和饱和区。如图3.2，是三极管的外形和内部结构图，三极管有“两结”：发射结和集电结；有“三区”：发射区、基区和集电区；还有“三级”：发射极、基极和集电极。图3.2 三极管的外形（左图）和内部结构三极管由两个PN结（发射结和集电结）构成，注意这两个结是一个整体，而不是独立的。在三极管的结构中，基区很薄，这样发射结和集电结就靠的很近。基区的载流子（空穴）很少，发射区的载流子（电子）很多，发射结的面积比集电结小，因此三极管可以控制电流。按照结构的极性，分为NPN型和PNP型。这两种极性的三极管原理一样，但载流子极性不同。如图3.3是三极管的两种极性结构图。图3.3 三极管的两种极性结构图三极

28、管的工作状态有：放大、饱和和截止。在模电中主要用到放大，在数电中主要用到饱和和截止。在本系统中，三极管作为开关使用。如图3.4是三极管的开关特性。图（a）是三极管共E极电路，图（b）是三极管的输出特性曲线，图（c）是三极管简化的开关模型。图3.4 三极管的开关特性如图3.4（b），Ib曲线与负载线的交点就是电路的工作点，当Ib小于0时，三极管工作在A点，是截止区；当增加Ib时，工作点会由截止区向饱和区移动；当Ib增大到超过S点时，三极管就到了饱和区。所以三极管用作开关时，必须满足截止和饱和的条件：Ube小于0，Ib大于Ib（sat）。三极管的开关特性常常应用在驱动蜂鸣器和继电器等元器件。如图3

29、.5是驱动电路。图3.5 驱动电路第4章 程序的设计与仿真4.1 系统编译环境和程序的设计本系统采用Keil uvision4进行程序的编写，keil4是能够编写、编译程序，还能调试软件程序。起初，keil4只能简单的编写、编译C程序和汇编程序，如今发展到现在，已经是一个重要的单片机开发软件。Keil4界面简单明了，容易操作能创建hex文件，进而实现与proteus的连接。如图4.1是编写的程序在keil4中的编译和hex文件的创建。图4.1 程序的编译界面4.2 硬件电路的仿真硬件的仿真用到proteus软件，Proteus可以仿真模拟电路和集成电路，有很多元器件库，包含了很多基本的模拟和数

30、字元器件，ISIS包含了虚拟的仪器仪表、单片机、电路的仿真和程序。本系统在proteus中设计，在元器件库中查找需要的单片机、电阻、数码管、三极管等，然后进行连线，节省了设计时间。如图4.2是仿真图。图4.2 系统仿真图第5章 结论 本文设计了一个红外计数系统，系统中包含红外计数装置、单片机控制电路、三极管驱动电路、蜂鸣器电路和数码管显示电路。首先，我学习了红外计数装置，在了解了其原理后，刚开始很纠结于方案的选择。三种方案能实现此功能，最后决定用方案2。数码管的计数显示是由STC89C52控制的，用4个三极管来驱动4个数码管，单片机通过位选可以控制数码管的点亮与熄灭，通过段选控制单个数码管中哪

31、几个发光二极管的亮灭，实现动态显示计数数值。在程序设计的过程中确实是比较麻烦，刚开始的时候，我试着点亮一个数码管，这个不难。然后是点亮两个，这里就出现问题了，我对于动态显示的原理有点不理解，后来才明白是利用人眼视觉的暂留，就是“错觉”来实现的，只要每个数码管来回轮流显示各自的数字就行了，由于延迟的时间非常短，所以看上去就是一个静止的数字。在掌握了数码管的显示方法后，接着我学习了单片机及其外围电路。单片机通过接收红外脉冲信号开始计数，每来一个信号，单片机就计一次数，转换数据代码，通过I/O口连接数码管显示。本系统设计要求利用红外装置实现教室自动点到的功能，对于远距离的红外传感器测控等技术都有指导

32、的意义。参考文献1 王松德，姚光发，张须欣，数显温度计的设计与制作J.河南师范大学学报(自然科学版).2010年06期 2 侯晓云，张天刚，基于PC的通信井红外报警监控系统J.2011年06期 3 董月锋，李金新，胡敏翔，水泥生产线高精度自动计数仪表的设计与实现J.杭州电子科技大学学报.2010年05期4 徐樊浩，岳贤龙，胡艳，基于开关门机械能的自供电式人数统计装置J.科技信息.2013年06期5 谭建勋，水泥生产线高精度自动计数仪表的设计与实现J.现代商贸工业.2011年10期 6 黎云汉，光电传感自动计数仪控制系统的设计J.湘潭大学自然科学学报.2011年02期 7 陈榕，生产线智能计数系

33、统设计与实现J.福建商业高等专科学校学报. 2013(06) 8 魏丽君，唐冬梅，肖辽亮，基于热释电红外传感器微弱信号处理电路的设计与分析J.仪表技术与传感器.2013(07) 9 赵春华，许云涛，宁春玉， LHI878热释电红外传感器的体温检测系统设计J. 红外与激光工程. 2013(02) 10孙乔，杨卫，于海洋，刘俊，动态下红外热释电传感器的目标定位方法J. 红外与激光工程. 2012(09) 附录1原理图实物图附录2使用方法和步骤图列1，如图为未接通电源的设计图，图中红色字体1,2,3标记的按键依次为减键，加键（置零键），设置键。打开开关后，加减键变换选择要报警的数字，设置键确认报警数

34、目2，首先接通电源，电压为5V，可用常用的充电宝或是直接连接电脑的插入口。然后打开开关设置报警计数数字，使用加减键选定数字，如下图。3，设置完计数报警数后，必须再次按一下设置键，确认设置报警数，否则将不会报警所设置的报警数目，再次按下设置键后，显示屏目变为置零状态，如下图。4，设置完后开始通过红外扫描，设置的报警数为10人，当红外扫描通过10人时，报警电路工作，蜂鸣器发出嘀嘀声，二极管不断闪烁。此时要点击加键（置零键）即停止报警处于置零状态如3中图所示。按下设置键确认后，2键只有置零效果，没有加键的功能，没有确认设置后2键只有加键功能。致 谢学海无涯，思之无尽，今日之绩，功在蒙师。本设计虽不是

35、什么深奥和复杂的设计，然而字字句句的知识点，却包涵了大学四年来老师们谆谆教诲的点点滴滴。师之不倦，为大爱而授教，不为严寒，不为春秋，日日立于课堂之上，传其真知，教其做人，默默铺轨，大仁大爱，一日为师，终身不忘。这份设计上杨小洪教授对我影响深刻，帮助甚多，时常为我讲授该设计知识点，为我解难解忧，虽然我在外实习但杨教授帮助我的设计却从未停止过，大恩大义，感激涕零。大学四年如白驹过隙，挥手间早已不再，毕业将至，怀念倍曾。这四年里我对席志刚老师最是愧疚难当，如父如兄孜孜不倦的教导我、帮助我，大恩不言谢，为山为石我们永远的楷模。这些年室友们相互监督，相互学习，取长补短，团结互助，亲如兄弟，扶持与共，临走之别，含泪相送，他日再见不知何时。长空依在，河水长流，老师们你们辛苦了，你们的恩情我们铭记在心。 文书#借鉴