傳送帶上物件計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

1、傳送帶上物件計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)傳送帶上物件計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)第一章方案論證隨著社會(huì)的進(jìn)步和生產(chǎn)的發(fā)展，物件計(jì)數(shù)器已經(jīng)有了很大的發(fā)展，同時(shí)也有 了很多有關(guān)物件計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方案，但針對(duì)的對(duì)象不同，所設(shè)計(jì)的電路也是不盡 相同的。此次我所設(shè)計(jì)的傳送帶上的物件計(jì)數(shù)器主要是針對(duì)那些規(guī)則的、間隔均 勻的物件，因此我設(shè)計(jì)出了自己的合適的物件計(jì)數(shù)器電路。電路的主要功能是對(duì) 傳送帶上的物件進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)、裝箱以及對(duì)所計(jì)物件個(gè)數(shù)進(jìn)行顯示。關(guān)于我設(shè)計(jì) 的方案，我主要論證的電路是檢測(cè)電路和顯示電路以及鍵盤(pán)電路。第一節(jié)檢測(cè)電路的論證在傳送帶傳送物品的作業(yè)過(guò)程中，許多物品具有規(guī)則形狀的塊狀、顆粒狀或 棒枝狀產(chǎn)品，諸如香煙、香皂、糖果、鉛筆、

2、餅干、書(shū)籍等。這些物品大多數(shù)按規(guī) 定的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行自動(dòng)加工，其重量和形體均勻一致，且大多數(shù)實(shí)行計(jì)數(shù)定量包裝，如香 煙20支一小包，書(shū)籍10本一包，圖釘100個(gè)一盒等。規(guī)則形體的物品包裝計(jì)數(shù)時(shí)，先以適當(dāng)?shù)姆绞綄⑵渌偷接?jì)量給料位置或料斗中 再由計(jì)數(shù)定量裝置按包裝要求進(jìn)行計(jì)數(shù)給料。目前常用的計(jì)數(shù)定量裝置有：光電 檢測(cè)計(jì)數(shù)裝置，以及用于塊狀物品的沖頭式定量給料裝置，用于塊狀或顆粒狀物品的模孔式定量給料裝置 ，用于塊狀物品的差速定量給料裝置，用于棒狀物品的容腔式定量給料裝置等。采用光電檢測(cè)裝置進(jìn)行計(jì)數(shù)供送具有裝置輕巧、檢測(cè)速度快、檢測(cè)范圍廣、精確度高、非接觸、抗干擾、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用非常廣泛。在

3、研制、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用光電計(jì)數(shù)供送控制系統(tǒng)時(shí)，除了要注意一般數(shù)控電路共有的防電磁干擾和微機(jī)接口技術(shù)問(wèn)題外，還要注意光電計(jì)數(shù)檢測(cè)控制特有的幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題,如被檢物品的排隊(duì)、檢測(cè)信號(hào)的整形、防止誤計(jì)（多計(jì)或漏計(jì)）以及防車(chē)間照明光源的干擾等。由于我們時(shí)間和精力有限，我們只研究了規(guī)則的、有間隔的物 件計(jì)數(shù)，于是我們選擇了光電檢測(cè)裝置。光電檢測(cè)在工業(yè)上的運(yùn)用也分為好多種。可以檢測(cè)一切能夠影響光量或光特 性的非電量，例如，位移、振動(dòng)、力、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、流量、液位、 濕度、液體濃度、渾濁度、成分、角度、表面粗糙度、乃至圖像等。我用的是光電檢測(cè)中的光電開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)又稱電眼、光電傳感器等，在傳送帶機(jī)械中主要

4、 用來(lái)檢測(cè)物件是否通過(guò)，保證計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確。目前常用的光電開(kāi)關(guān)是紅外線光電開(kāi) 關(guān)，是利用物體對(duì)近紅外線光束的反射原理，由同步回路感應(yīng)反射回來(lái)的光的強(qiáng) 弱而檢測(cè)物體的存在與否，即光電傳感器首先發(fā)出紅外線光束到達(dá)或透過(guò)物體， 物體或鏡面對(duì)紅外線光束進(jìn)行反射，光電傳感器接收反射回來(lái)的光束，根據(jù)光束 的強(qiáng)弱判斷物體的存在。紅外線屬于一種電磁射線，其特性等同于無(wú)線電或X射線。人眼可見(jiàn)的光波是 380nm-780nm,發(fā)射波長(zhǎng)780nm-1mm勺長(zhǎng)射線稱為紅外線， 浙江省洞頭縣光電開(kāi)關(guān)廠生產(chǎn)的紅外線光電開(kāi)關(guān)優(yōu)先使用的是接近可見(jiàn)光波長(zhǎng) 的近紅外線。如圖 1.1所示。式光電開(kāi)關(guān)、對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)、光纖式光電開(kāi)關(guān)等。

5、漫反射式光電開(kāi)關(guān)是將發(fā)射器與接收器裝在一起的傳感器，當(dāng)物體通過(guò)時(shí)， 物體對(duì)發(fā)射器發(fā)來(lái)的近紅外線進(jìn)行反射，接收器接收后就形成了開(kāi)關(guān)信號(hào)，該信 號(hào)經(jīng)過(guò)放大后就可以用來(lái)控制物體的進(jìn)退速度，發(fā)出停、進(jìn)指令。很顯然，被檢 測(cè)的物體要有較高的反光率，這樣才能保證光電開(kāi)關(guān)獲得可靠的開(kāi)關(guān)信號(hào)。漫反 射式光電開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、造價(jià)較低、使用范圍廣，但使用調(diào)整困難。 接收器接收的光強(qiáng)，會(huì)隨著物體的遠(yuǎn)近、光電開(kāi)關(guān)與物體的夾角大小而變化，常 常影響到檢測(cè)的精確度，所以不很實(shí)用。具原理圖如圖1.2所示。M QDSC II 二二二二 |八個(gè)漫反射光電開(kāi)關(guān)：被檢測(cè)物體圖1.2漫反射式光電開(kāi)關(guān)槽式光電開(kāi)關(guān)采用 U字型結(jié)

6、構(gòu)，發(fā)射器和接收器分置于U型槽的兩邊，并在同一軸線上，發(fā)射器發(fā)出的近紅外線被接收器接收，光線在槽中形成了光軸，當(dāng) 被檢測(cè)的物體通過(guò)時(shí)，物體對(duì)光軸形成了阻斷，從而能使光電開(kāi)關(guān)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)量信 號(hào)。槽式光電開(kāi)關(guān)的光軸的長(zhǎng)短固定。光軸越短，光電開(kāi)關(guān)受到的外界光干擾就 越小，因此可靠性越高。所以槽式光電開(kāi)關(guān)主要用于速度較高的場(chǎng)合。其原理圖 如圖1.3所示。槽式光電 開(kāi)關(guān)丹七發(fā)射器k被檢測(cè)物體3個(gè)揍收器圖1.3槽式光電開(kāi)關(guān)鏡反射式光電開(kāi)關(guān)解決了漫反射式光電開(kāi)頭反射光強(qiáng)不一的問(wèn)題。它雖然也是將發(fā)射器和接收器集成于一體，但是它在物體的另一面設(shè)置了反射鏡，發(fā)射器發(fā) 出的近紅外線經(jīng)過(guò)反射鏡反射到接收器，反射的光強(qiáng)基

7、本是一致的，這就減少了 檢測(cè)的誤差。當(dāng)有物體通過(guò)時(shí)，就阻斷了光線，從而得到了開(kāi)關(guān)量。其原理圖如 圖1.4所示。二二二二二小T 小漫反射式光電開(kāi)關(guān)被檢測(cè)物體號(hào)用反射鏡圖1.4鏡反射式光電開(kāi)關(guān)對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)包含在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器， 發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器。當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)發(fā)射器和接收器之間且阻 斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)物體是不透明時(shí)，對(duì)射式光電開(kāi) 關(guān)是最可靠的檢測(cè)模式。具原理圖如圖 1.5所示。K GPKG 口 1 卜t T t5t電開(kāi)關(guān)發(fā)射器被檢測(cè)物缽光電開(kāi)關(guān)接收器圖1.5對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)光纖式光電開(kāi)關(guān)，是通過(guò)塑料戴玻璃光纖傳遞光信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)

8、遠(yuǎn)距離控制。對(duì)于距離較遠(yuǎn)的檢測(cè)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，可以使用光纖式光電傳感器。經(jīng)常使用的光纖傳感器有漫反射式和對(duì)射式兩種，在物料的計(jì)數(shù)等方面使用較多。其原理圖如圖1.6所示。光纖插入式掛頭光纖線t 1 t光纖控制翳 生纖傳感琴被檢測(cè)物體圖1.6光纖式光電開(kāi)關(guān)在不同的場(chǎng)合使用不同的光電開(kāi)關(guān)，例如在電硯振動(dòng)供料器上經(jīng)常使用光纖 式光電開(kāi)關(guān)，在間歇式包裝機(jī)包裝膜的供送中經(jīng)常使用漫反射式光電開(kāi)關(guān)，在連 續(xù)式高速包裝機(jī)中經(jīng)常使用槽式光電開(kāi)關(guān)。我這次設(shè)計(jì)的是關(guān)于傳送帶上有間隔 的物料計(jì)數(shù)，而對(duì)射式是發(fā)射與接收形成光軸，直接接收光信號(hào)，安裝簡(jiǎn)單，工 作可靠，所以我選擇使用了對(duì)射式光電檢測(cè)來(lái)完成傳送帶上計(jì)數(shù)的功能。除了正

9、確選擇光電開(kāi)關(guān)的品種與型號(hào)外，還要考慮生產(chǎn)廠家的因素。目前國(guó) 內(nèi)生產(chǎn)光電開(kāi)關(guān)的廠家很多，企業(yè)規(guī)模有大有小，質(zhì)量當(dāng)然差別較大，但并不是 說(shuō)大企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量就好。一般來(lái)說(shuō)，直接向企業(yè)購(gòu)買(mǎi)具有較大的質(zhì)量把握，現(xiàn) 在有的企業(yè)為了擴(kuò)大市場(chǎng)份額，對(duì)同一種型號(hào)的產(chǎn)品標(biāo)價(jià)不一，其內(nèi)部元器件的 質(zhì)量就差別較大，因此在購(gòu)買(mǎi)時(shí)就要明確使用期限的保證，一般購(gòu)買(mǎi)較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠 的一種比較合算。第二節(jié)顯示電路的論證我們知道，顯示技術(shù)是光電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)晶，它的應(yīng)用早已超出 數(shù)字顯示和計(jì)算機(jī)終端顯示的范圍，滲透到商業(yè)廣告、新聞發(fā)布、交通運(yùn)輸、體 育比賽、文化娛樂(lè)、航天及模擬軍事演習(xí)等領(lǐng)域，成為信息革命的重要工具。在 我

10、所設(shè)計(jì)的課題中，顯示電路是為了顯示傳送帶所計(jì)的物件的個(gè)數(shù)和顯示所設(shè)置 的包裝箱內(nèi)要裝的個(gè)數(shù)。要選擇什么樣的顯示電路需要從要完成的功能和與單片 機(jī)硬件電路之間的關(guān)系而定?？偟膩?lái)說(shuō)，顯示電路和計(jì)數(shù)是緊密相連的，只要有 計(jì)數(shù)，一般都要有顯示電路。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的顯示器種類繁多，性能各異，分類方式也不盡相同。按發(fā) 光類型分可分為主動(dòng)發(fā)光型和被動(dòng)發(fā)光型兩大類。前者本身發(fā)光，后者不發(fā)光， 只能反射或投射、透射光線。顯示器分為灰光管、熒光管、LED數(shù)碼管、LCD顯示器等，顯示器的詳細(xì)分類情況見(jiàn)表1.1。表1.1顯示器的詳細(xì)分類參數(shù)輝光管（NRT ）火尤目（VFD ）陰極射線管（CRT）像兀官（扁 平 CRT

11、）LED 數(shù)碼管LCD 顯示器工作電壓/V17520幾千8.5K10K1.724-6 （交 流）工作電流/mA260.210913060 （一 位全亮筆段）10uA典型功耗/mA350120幾百9007050發(fā)光響應(yīng) 時(shí)間150us1ms0.1us0.1us< 0.1us50ms最局，作頻率/HZ低較低高高幾兆赫幾白肱發(fā)光顏色桔紅、橙綠單色、彩色紅、綠、藍(lán)紅、綠、橙、黃、白、藍(lán)本身不 發(fā)光顯示亮度/（cd/m 2）較局>205>20015009000> 0.35 (mcd)不發(fā)光工作溫度/C-20+80-20+80-55+75-30+70-30+850+50使用壽命/h

12、>50032X10>10441.6 X 1010542X 10我們?cè)谠O(shè)計(jì)中考慮到顯示電路要顯示出光電檢測(cè)裝置所計(jì)物體的個(gè)數(shù)，顯示的數(shù)值是從0000到9999,只有四位顯示，而發(fā)光二極管LED的工作電壓不高,只有1.72V,價(jià)格又便宜，符合我們的要求，所以我就選擇了主動(dòng)發(fā)光型發(fā)光二 極管LED數(shù)碼管顯示。在我們的顯示電路中，它的作用是：光電檢測(cè)系統(tǒng)將傳送帶上有無(wú)物體通過(guò) 時(shí)所接收到的脈沖信號(hào)送往單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)內(nèi)部計(jì)數(shù)處理后，驅(qū)動(dòng)顯示電路 的四位LED數(shù)碼管顯示出所計(jì)的數(shù)值。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)（掃描）顯示，按譯碼方式可分硬件譯碼和軟件

13、譯碼之分。靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送 出后就不再管，直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時(shí)再傳送一次新數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的 CPU時(shí)間。動(dòng)態(tài)顯示需要 CPU時(shí)刻對(duì)顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新， 顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的CPU時(shí)間多。這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的CPU時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路， 使用的硬件較多； 動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的CPU時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。硬件譯碼就是顯示的段碼完全由硬件完成，CPU只要送出標(biāo)準(zhǔn)的 BCD碼即可，硬件接線有一定標(biāo)準(zhǔn)。軟件譯碼是用軟件來(lái)完成硬件的功能，硬件

14、簡(jiǎn)單，接 線靈活，顯示段碼完全由軟件來(lái)處理，是目前常用的顯示驅(qū)動(dòng)方式由于我所設(shè)計(jì)的電路中，需要的I/O 口比較多，同時(shí)為了節(jié)省線路板空間，我選擇使用動(dòng)態(tài)掃描顯示的方法，并且利用軟件譯碼的方式來(lái)幫助動(dòng)態(tài)掃描完成 顯示的功能。我們運(yùn)用了動(dòng)態(tài)掃描之后，在畫(huà)PCB板的時(shí)候，省去了很多麻煩，況且我們使用的是單面板，如果使用靜態(tài)掃描，印制出來(lái)的電路板會(huì)很復(fù)雜，不 易調(diào)試。另外，在我們的設(shè)計(jì)中，還設(shè)有鍵盤(pán)電路。由于鍵盤(pán)電路的功能主要是用來(lái) 設(shè)置包裝的個(gè)數(shù)及控制程序的運(yùn)行或暫停的，所以用到的按鍵很少，我們?cè)谠O(shè)計(jì) 中選用了五個(gè)按鍵分別為：設(shè)置鍵、加一鍵、減一鍵、運(yùn)行或暫停鍵、清零鍵， 因此，我們用了比較簡(jiǎn)單方便

15、的獨(dú)立式鍵盤(pán)。15圖2.1系統(tǒng)鍵盤(pán)報(bào)警電路檢測(cè)電路驅(qū)動(dòng)電路狀態(tài)顯示顯示電路傳送帶控制電路驅(qū)動(dòng)電路第二章系統(tǒng)介紹第一節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖在系統(tǒng)中，我們主要是要完成傳送帶上物件的計(jì)數(shù)和包裝，并通過(guò)顯示電路 顯示出所計(jì)數(shù)值的功能，因此本系統(tǒng)主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、光電檢測(cè)電路、顯示電 路、鍵盤(pán)電路、兩條傳送帶控制電路、報(bào)警電路以及狀態(tài)顯示電路。有關(guān)傳送帶 上物件計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如下圖 2.1所示。gg第二節(jié)系統(tǒng)工作原理在系統(tǒng)中，我們采用了紅外線光電開(kāi)關(guān)與單片機(jī)結(jié)合對(duì)傳送帶上的物件進(jìn)行計(jì)數(shù)的方式。考慮到抗干擾性，這里采用了由紅外線發(fā)射電路中的NE555組成的時(shí)基振蕩器產(chǎn)生振蕩頻率為38kHz的調(diào)制信號(hào)

16、。再由NE555驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管以紅外線的形式發(fā)射出去，由于我們采用的是對(duì)射式光電檢測(cè)裝置，所以紅外線接收單元就用了集紅外接收、放大、鑒頻于一身的接收頭HRM3800 ,這樣就大大提高了系統(tǒng)的靈敏度和抗干擾性。系統(tǒng)還采用了兩條傳送帶來(lái)分別完成物件的傳 送和包裝箱的運(yùn)送，兩個(gè)繼電器在單片機(jī)的控制下閉合或打開(kāi)，從而控制物件傳送帶和包裝箱傳送帶的運(yùn)行和停止。在物件傳送帶上，當(dāng)沒(méi)有物體通過(guò)時(shí)，紅外接收二極管能夠接收到紅外信號(hào)，并經(jīng)接收電路反向放大后輸出低電平信號(hào)。當(dāng)有物體通過(guò)時(shí)，紅外接收器收不到紅外信號(hào),輸出高電平，接收單元HRM3800將此信號(hào)放大、鑒頻，再經(jīng) Q8反相成低電平后送入到 AT89C

17、51單片機(jī)的中斷口 P3.2 口，同時(shí)單片機(jī)在內(nèi)部程序的掃描過(guò)程中，掃描到低電平信號(hào)就加一計(jì)數(shù)，并由顯 示電路顯示出當(dāng)前的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)。當(dāng)計(jì)到警告計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)時(shí)，狀態(tài)信號(hào)燈綠燈滅，紅 燈開(kāi)始閃亮。當(dāng)計(jì)到設(shè)置的包裝個(gè)數(shù)時(shí)，紅燈停止閃亮，蜂鳴器報(bào)警，物件傳送 帶停止運(yùn)行，包裝箱傳送帶開(kāi)始運(yùn)行。五秒后，又一個(gè)空箱到位，包裝箱傳送帶 停止運(yùn)行，物件傳送帶又開(kāi)始運(yùn)行，計(jì)數(shù)包裝重新開(kāi)始。為了更好的說(shuō)明問(wèn)題，我選用由株洲工學(xué)院機(jī)械系的王橋醫(yī)教授所設(shè)計(jì)的通 過(guò)8031單片機(jī)對(duì)交流電機(jī)的控制，結(jié)合光電檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的計(jì)數(shù)的方案來(lái) 介紹一下。這個(gè)方案和我們的方案具有很大的相似之處，在某些方面我們的和它 還有差別，有待

18、改進(jìn)。我們從圖2.2所示可以看出，該系統(tǒng)也控制兩條傳送帶。即包裝箱傳送帶和產(chǎn) 品傳送帶。包裝箱傳送帶用來(lái)傳送產(chǎn)品包裝箱，具功能是把滿箱運(yùn)走，并用一只 空箱來(lái)代替。為使空箱恰好對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)品傳送帶的末端，以便使產(chǎn)品剛好落人箱中， 在包裝箱傳送帶的中間裝一光電控制器，用以檢測(cè)包裝箱是否到位。產(chǎn)品傳送帶 將產(chǎn)品從生產(chǎn)車(chē)間傳送到包裝箱，當(dāng)某一產(chǎn)品被送到傳送帶末端，則會(huì)自動(dòng)落人 包裝箱內(nèi)，并由檢測(cè)器轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)的脈沖。圖2.2傳送帶實(shí)物圖硬件接口電路為了完成上述控制任務(wù)。用P1.7位控制產(chǎn)品傳送帶，用 P1.6位控制包裝箱傳送帶，它們均通過(guò)一個(gè)反向驅(qū)動(dòng)器，與光電隔離器的發(fā)光二極管陰 極相連。為了監(jiān)測(cè)包裝箱是否到

19、位和計(jì)量產(chǎn)品裝箱的個(gè)數(shù)，系統(tǒng)采用兩個(gè)光電檢測(cè)器。其中檢測(cè)器 1用來(lái)檢測(cè)包裝箱是否到位，檢測(cè)器 2用來(lái)檢測(cè)是否有一個(gè)產(chǎn) 品落人箱內(nèi)。在此系統(tǒng)中，他用了兩個(gè)傳送帶，一個(gè)用于傳送包裝箱和一個(gè)用于傳送物件, 這與我所設(shè)計(jì)的是一樣的，不一樣的是在他所設(shè)計(jì)的方案中，用了兩個(gè)光電傳感 器分別用來(lái)檢測(cè)物件的通過(guò)和包裝箱的到位，而在我的設(shè)計(jì)中，僅用了一個(gè)光電 傳感器來(lái)檢測(cè)物件是否通過(guò)。對(duì)于包裝箱的到位問(wèn)題，為了經(jīng)濟(jì)實(shí)用，減少器件， 我采用了用軟件實(shí)現(xiàn)的方式，即利用單片機(jī)延時(shí)程序。計(jì)算得出包裝傳送帶從一 個(gè)箱子裝滿到下一個(gè)箱子到位所需要的時(shí)間，用單片機(jī)控制延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這在問(wèn) 隔均勻的規(guī)則的傳送帶上還實(shí)用，但一旦出

20、現(xiàn)包裝箱間隔不均勻，就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤， 物件將不能正確的裝入包裝箱內(nèi)。因此，我們的設(shè)計(jì)還存在著很大的缺點(diǎn)，還需 要進(jìn)一步的改進(jìn)。第三章硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要組成部分，各個(gè)部分硬件電路的組成是就是整個(gè) 系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的組成。在我們的系統(tǒng)中，硬件電路主要由檢測(cè)電路、顯示電 路、鍵盤(pán)、電源、以及繼電器、蜂鳴器電路組成。第一節(jié)檢測(cè)電路在檢測(cè)電路中，我們使用的是光電檢測(cè)中的紅外線光電開(kāi)關(guān)。光電檢測(cè)技術(shù) 是光學(xué)和電子學(xué)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門(mén)新興檢測(cè)技術(shù)。它是利用電子技術(shù)對(duì)光 學(xué)信息進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)一步傳遞、儲(chǔ)存、控制、計(jì)算和顯示等。光電檢測(cè)技術(shù)從原理上講可以檢測(cè)一切能夠影響光量或光特性的非電量，

21、例 如，位移、振動(dòng)、力、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、流量、液位、濕度、液體濃度、 渾濁度、成分、角度、表面粗糙度、乃至圖像等。通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)把待檢測(cè)的非電 量信息變換成為便于接收的光學(xué)信息，然后用光電探測(cè)器件將光學(xué)信息變換成電 量，并進(jìn)一步經(jīng)電路放大、處理等，達(dá)到電信號(hào)輸出的目的。這些信息變換技術(shù) 和電信號(hào)處理技術(shù)便是光電檢測(cè)的主要內(nèi)容。光是一種電磁射線，其特性如同無(wú)線電波和X射線，傳遞速度約為 300000千米/秒，因此它可以在發(fā)射的一瞬間被其接收。紅外線光電開(kāi)關(guān)是利用人眼不可見(jiàn)（波長(zhǎng)為780nm-1mm的近紅外線和紅外線的來(lái)檢測(cè)、判別物體。通過(guò)光電裝置瞬 間發(fā)射的微弱光束能被安全可靠的準(zhǔn)確的發(fā)射

22、和接收。光電開(kāi)關(guān)的重要功能是能 夠處理光的強(qiáng)度變化：利用光學(xué)元件，在傳播媒介中間使光束發(fā)生變化；利用光 束來(lái)反射物體；使光束發(fā)射經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離后瞬間返回。光電開(kāi)關(guān)是由發(fā)射器、接收 器和檢測(cè)電路三部分組成。發(fā)射器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于發(fā) 光二極管（LEDD和激光二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。受脈沖 調(diào)制的光束輻射強(qiáng)度在發(fā)射中經(jīng)過(guò)多次選擇，朝著目標(biāo)間接地運(yùn)行。接收器有光 電二極管或光電三極管組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。 在其后面的是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。在我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng) 中，由于使用了對(duì)射式光電檢測(cè)裝置，所以在檢測(cè)電路中就一定包含

23、有發(fā)射電路 和接收電路。發(fā)射電路系統(tǒng)中我們所采用的發(fā)射電路是由NE555和幾個(gè)電阻電容組成多諧振蕩器，產(chǎn)生振蕩頻率為 38KHz的調(diào)制信號(hào)，然后再驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管PH303把這38KHz的調(diào)制信號(hào)以紅外線的形式向外發(fā)射。電路圖如圖3.1所示。圖3.1發(fā)射電路(k)NE555的介紹NE555在電路中的作用是極其重要的，抗干擾性很強(qiáng)的 38KHZ的調(diào)制信號(hào)就是有由NE555組成的時(shí)基震蕩器產(chǎn)生的。NE555是555定時(shí)器中的一種，現(xiàn)在先把555定時(shí)器介紹一下。1. 555定時(shí)器簡(jiǎn)介12555定時(shí)器是一種多用途的單片中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只 需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施

24、密特觸發(fā)器。常見(jiàn)的數(shù)字或模 擬集成電路型號(hào)的阿拉伯?dāng)?shù)字僅表示其編號(hào)。而555時(shí)基集成電路的 3個(gè)“ 5” ,卻有具體的含各生產(chǎn)廠家無(wú)一例外的在型號(hào)中加以保留。這是因?yàn)樵谠摷苫系幕鶞?zhǔn)電壓電路是有三個(gè)誤差極小的5KQ的電阻組成的，分壓精度高。因而在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器和電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了廣 泛的應(yīng)用。555電路大量應(yīng)用于電子控制、電子檢測(cè)、儀器儀表、家用電器、音響報(bào)警電子玩具等諸多方面?？捎米髡袷幤?、脈沖發(fā)生器、延時(shí)發(fā)生器、定時(shí)器、方波 發(fā)生器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)振蕩器、雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、自由多諧振蕩器、鋸齒波產(chǎn)生 器、脈寬調(diào)制器、脈位調(diào)制器等等。2.用555定時(shí)器構(gòu)成的

25、多諧振蕩器在檢測(cè)電路中，往往外界或其本身都有很大的干擾，考慮到抗干擾性，我采 用了由紅外線發(fā)射電路中的NE555構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生的振蕩頻率為38kHz的調(diào)制紅外信號(hào)。在這里就把由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器介紹一下。(1)電路的組成及工作原理多諧振蕩器一旦起振之后，電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，它們做交替變 化，輸出連續(xù)的矩形脈沖信號(hào)，因此它又稱作無(wú)穩(wěn)態(tài)電路，常用來(lái)做脈沖信號(hào)源。如圖3.2 (a)所示，將 555 (或1/2 556 )與三個(gè)阻、容元件如圖連接，便構(gòu)成無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩模式。與單穩(wěn)模式不同之處僅在于觸發(fā)端(2腳)接在充、放電回路的C上，而不是受外部觸發(fā)控制。十卬8媼)電附弼(b

26、)被形圖圖3.2 多諧振蕩器電路圖和波形圖當(dāng)加上Vdd電壓后，由于 C上端電壓不能突變，故555處于置位狀態(tài)，輸出端(3腳)呈高電平“ 1”，而內(nèi)部的放電管 VT1截止，C通過(guò)Ra自對(duì)其充電，2腳 電位隨C上端電壓的升高呈指數(shù)上升，如波形圖3.2(b)所示。當(dāng)C上的電壓隨時(shí)間增加，達(dá)到2/3VDD閾值電平（6腳），上比較器A1翻轉(zhuǎn), 使RS觸發(fā)器置位，經(jīng)緩沖級(jí)倒相，輸出 V0呈低電平“ 0”。此時(shí)，放電管 VT1飽和導(dǎo)通，C上的電荷經(jīng)Rb置VT1管放電。當(dāng)C放電使其電壓降至 1/3Vdd觸發(fā)3腳)(3-1)(3-2)電平（2腳）時(shí)，比較器 A2翻轉(zhuǎn)，RS觸發(fā)器復(fù)位，經(jīng)倒相后，使輸出端（呈高電平

27、“1”。以上過(guò)程重復(fù)出現(xiàn)，形成無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩。其振蕩頻率為T(mén)1 二 11n 世二）-Vc（0）Vc （二）-Vc（Ti）1VCCVCC-1 ln 2Vcc Vcc3=./n 2其輸出波形占空比 q為:Ti"T_ 0.7(R R2)C- 0.7(R 2R2)C_ Ri R2一 R 2R2從上面的公式我們不難得出以下結(jié)論:a.振蕩周期與電源電壓 Vdd無(wú)關(guān)，而取決于充電和放電的總時(shí)間常數(shù)，即 僅與R a、R b和C的值有關(guān)。b.振蕩波的占空比與 C的大小無(wú)關(guān)，而僅與 Ra、Rb的大小比值有關(guān)。3. 555的選擇在發(fā)射電路中，通過(guò)發(fā)射管的電流越大，發(fā)射管發(fā)射出的紅外線的強(qiáng)度越強(qiáng)， 傳送的距

28、離越遠(yuǎn)，抗干擾的能力越強(qiáng)，這在實(shí)際的電路中是非常重要的。所以在選擇脈沖形成電路中，就需要選擇一個(gè)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)的矩形波產(chǎn)生電路。目前生產(chǎn)的定時(shí)器有雙極型和CMOS兩種類型，其型號(hào)分別有NE555 （或5G555）和C7555等多種。通常，雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后白三位數(shù)碼都是555, CMOS產(chǎn)品型號(hào)的最后四位數(shù)碼都是7555,它們的結(jié)構(gòu)、工作原理以及外部引腳排列基本相同。一般雙極型定時(shí)器具有較大的驅(qū)動(dòng)能力，而CMOSS時(shí)電路具有低功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)。555定時(shí)器工作的電源電壓很寬，并可承受較大的負(fù)載電流。 雙極型定時(shí)器電源電壓范圍為516V,最大負(fù)載電流可達(dá) 200mA CMOSt時(shí)器電源電壓變化

29、范圍為 318V,最大負(fù)載電流在 4mA以下。通過(guò)對(duì)兩種型號(hào)的 555進(jìn)行比較，我了解到，在要求定時(shí)長(zhǎng)、功耗小、負(fù)載 輕的場(chǎng)合，宜選用 CMOS型555。而在負(fù)載重、要求驅(qū)動(dòng)電流大、電壓高的場(chǎng)合， 宜選用雙極型的 555。關(guān)于驅(qū)動(dòng)能力，雙極型 555可直接驅(qū)動(dòng)低阻負(fù)載，如感性繼 電器、小電動(dòng)機(jī)及揚(yáng)聲器等。CMOS型555只可直接驅(qū)動(dòng)高阻抗負(fù)載。若驅(qū)動(dòng)大的負(fù)載，可在輸出端外接小功率放大晶體管來(lái)彌補(bǔ)。由于在設(shè)計(jì)電路時(shí)，我們考慮到通過(guò)發(fā)射管的電流越大，發(fā)射管發(fā)射出的紅 外線的強(qiáng)度越強(qiáng)，傳送的距離越遠(yuǎn)，抗干擾的能力越強(qiáng)。所以需要選擇具有大驅(qū) 動(dòng)電流的555,因此，我在電路中選用了 NE555。此外，由

30、于雙極型的 555沖擊峰值電流大，在電路中要加電源濾波電容，且 容量要大，我們?cè)诋?huà)圖的時(shí)候沒(méi)有考慮到這一點(diǎn)，等做出來(lái)產(chǎn)品的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)脈 沖信號(hào)波動(dòng)很大。在指導(dǎo)老師的建議下，我們又接了一個(gè)濾波電容在上面，出來(lái) 的脈沖就非常穩(wěn)定了。 雙極型555的輸入阻抗遠(yuǎn)比 CMOS型 的輸入阻抗低，一般 要在555的電壓控制功能端加一去耦電容。如圖 3.1中的電容C5。（二）PH303的介紹PH303是紅外發(fā)光二極管的一種，它在發(fā)射電路中的作用是把由NE555組成時(shí)基振蕩器產(chǎn)生的振蕩頻率為38KHZ的調(diào)制信號(hào)以紅外線的方式發(fā)送出去，以供紅外接收電路接收信號(hào)。紅外發(fā)光二極管的原理、結(jié)構(gòu)工藝與大家熟悉的發(fā)光器件L

31、ED基本一樣，它們都是一種把電能直接轉(zhuǎn)化為光能并具有一種P-N結(jié)的發(fā)光二極管，只是兩者所用的半導(dǎo)體材料不同，LED發(fā)出的是可見(jiàn)光，紅外發(fā)光二極管發(fā)出的是不可見(jiàn)光紅外光或紅外線。光是一種電磁波，可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍為380760nm （納米），紅光波長(zhǎng)為 650760nm （超過(guò)760nm的為紅外光）,紅外發(fā)光二極管也是一種發(fā)光二極管，僅 僅是發(fā)光的波長(zhǎng)不同，為了區(qū)別起見(jiàn)，加上“紅外”二字。制造發(fā)光二極管的材 料，主要有磷化錢(qián)（GaP）、磷神化錢(qián)（GaAsP）,而制造紅外發(fā)光二極管的材料有 神化錢(qián)（GaAs）、種鋁化錢(qián)（GaAlAs）等，其中用的最多的就是 GaAs。紅外發(fā)光二 極管與普通發(fā)光二極管

32、一樣也具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1 .體積小、壽命長(zhǎng)、可靠性高、耐振動(dòng)、耐沖擊。2 .耗電省、發(fā)熱少。一般來(lái)說(shuō)正向電流小于60Ma,正向電壓小于 1.6V,功耗是60Mw 。3 .響應(yīng)速度快，調(diào)制容易123傳送帶上物件計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)4 .能用晶體管和集成電路直接驅(qū)動(dòng)，且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，易于和集成電路或晶 體管配用。紅外發(fā)光二極管的基本參數(shù)：(a)伏安特性紅外發(fā)光二極管的管壓降與材料及流過(guò)的電流有關(guān)，GaAs材料的小功率管Vf=11.3V ,中功率管 Vf=1.6V ,大功率管 Vf=2V。(b)工作電流If及峰值電流Ifp一般小功率紅外線發(fā)光二極管的正向工作電流IF為3060mA。如果長(zhǎng)期超過(guò)Vf范圍工作，

33、管子會(huì)過(guò)熱而燒壞，在使用時(shí)必須加上拉電阻。峰值電流Ifp是指流過(guò)管子脈沖電流的最大峰值。二.接收電路在我們的系統(tǒng)中，紅外接收電路是由華聯(lián)公司生產(chǎn)的集紅外接收、放大、鑒頻于一身的一體化的接收頭HRM3800和一個(gè)三極管 9013、幾個(gè)用于濾波限流的電容、電阻組成的電路，另外為了能清楚的知道是否有物體通過(guò)，還在電路中加 了一個(gè)發(fā)光二極管。電路圖如圖3.3所示。當(dāng)無(wú)物體通過(guò)時(shí)，紅外接收頭能夠接收到發(fā)射電路發(fā)射的紅外信號(hào)，并輸出一個(gè)低電平信號(hào)，再經(jīng)Q8反向后輸出高電平信號(hào)送往單片機(jī)AT89C51的P3.2 口當(dāng)有物體通過(guò)時(shí)，紅外接收頭接收不到紅外信號(hào)而輸出高電平，經(jīng)Q8反相成低電平并送往單片機(jī)的 P3

34、.2 口，此時(shí)單片機(jī)掃描到低電平就加一計(jì)數(shù)， 并控制顯示電路 顯示出當(dāng)前的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)。紅外接收電路也可以由紅外接收二極管與放大電路組成，放大電路通常是由 一個(gè)集成塊及若干電阻電容等元件組成，并且需要封裝在一個(gè)金屬屏蔽盒里，否則，電路的抗干擾能力特別差，因而這個(gè)電路比較復(fù)雜，體積也比較大。市場(chǎng)上這類接收單元最具有代表性的是由紅外接收管PH302和用來(lái)放大、鑒頻的集成電路upc1373組成的電路。它們組成的電路圖如下圖3.4所示。圖3.4由Upc1373H組成的發(fā)射電路圖3.4是以Upc1373H為核心組成的紅外接收電路，它包括紅外光電轉(zhuǎn)換電路，Upc1373H及外圍電路和集電極輸出級(jí)。Upc137

35、3H的7腳外接紅外光電二極管；6腳為Upc1373H內(nèi)的前置放大器的反向輸入端，外接R、C濾波網(wǎng)絡(luò)；3腳外接LC諧振選頻回路；4腳為峰值檢波的 RC濾波端，外接 R、C以實(shí)現(xiàn)檢波和 濾波功能。電路的工作過(guò)程如下：當(dāng)接在 Upc1373H輸入端的紅外光電二極管PH302接收到紅外發(fā)射器發(fā)出的38KHZ的紅外光指令信號(hào)后，PH302將紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，并送入U(xiǎn)pc1373H內(nèi)的前置放大和由 L、C組成的并聯(lián)諧振回路選 頻，（L、C調(diào)諧在38KHZ）后，使輸入的 38KHZ指令信號(hào)獲得最大增益，并濾 除其他干擾波，然后經(jīng)限幅和峰值檢波后，由1腳整形輸出一個(gè)負(fù)跳變脈沖信號(hào)。當(dāng)沒(méi)有物體通過(guò)時(shí)

36、，紅外光電二極管PH302接收到紅外信號(hào)，經(jīng) Upc1373H內(nèi)部放大，檢波和整形后，Upc1373H的輸出端1腳呈低電平，因 VT采用了 NPN型三極管，故此時(shí)截止不導(dǎo)通，具集電極輸出一個(gè)高電平。只有當(dāng)有物體通過(guò)， 紅外光電二極管 PH302接收不到38KHz紅外光信號(hào)時(shí)，Upc1373H的1腳呈高電 平，VT飽和導(dǎo)通，在其集電極才輸出一個(gè)經(jīng)過(guò)整形的負(fù)跳變脈沖。接收電路采用的紅外接收、 譯碼集成電路 Upc1373H是日本NEC公司的產(chǎn)品。17123傳送帶上物件計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)Upc1373H集成電路包括前置放大器、限幅放大器、峰值檢波器、整形電路、自動(dòng) 偏壓控制電路和自動(dòng)亮度電平控制電路（ABL

37、C）等。ABLC可保證在輸入信號(hào)較弱時(shí)有較高的增益，而在輸入信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，放大器又不會(huì)過(guò)載，以保證紅外光強(qiáng) 度變化較大時(shí)該集成電路能正常工作。Upc1373H的內(nèi)部沒(méi)有自動(dòng)亮度控制（ ARC）電路，對(duì)于強(qiáng)度不一，頻率相符 的紅外信號(hào)，均能做出準(zhǔn)確反應(yīng)，頻率相符是指外加諧振回路的頻率與接收的紅 外信號(hào)的頻率一致，此時(shí)它的輸出端1腳由高變低，從而對(duì)后面的執(zhí)行電路進(jìn)行遙控。Upc1373H內(nèi)的放大器不帶有用于濾波的網(wǎng)絡(luò)，使用時(shí)應(yīng)在外電路中接入LC諧振網(wǎng)絡(luò)，以便進(jìn)行選頻放大。在接入合適參量的L、C元件后，Upc1373H可成為一個(gè)高靈敏度、高增益（約 60DB）的紅外接收放大電路。PH302是與PH30

38、3配套的專用紅外接收二極管，它把接收到的紅外信號(hào)送入 集成塊upc1373進(jìn)行放大、鑒頻后再送往單片機(jī)。這種由PH302和Upc1373H組成的紅外接收電路雖然比較方便，但電路還是 有點(diǎn)復(fù)雜，抗干擾性也不強(qiáng)。比起這個(gè)電路來(lái)講，在使用過(guò)程中用西門(mén)子公司生 產(chǎn)的SFH506-38或廈門(mén)華聯(lián)生產(chǎn)的 HRM3800這種集接收、放大、鑒頻與一身的接 收頭，會(huì)更好一些。這種集成塊將接收管與放大電路集成在一體，體積小，密封 性好，靈敏度高。它僅有三條管腳，分別是電源正極、電源負(fù)極以及信號(hào)輸出端， 其工作電壓在5V左右，只要給它接上電源即是一個(gè)完整的紅外接收放大器，使用 非常方便。圖 3.5為SFH506-3

39、8的外觀圖。K GND2. Vcc3、OUT受號(hào)面受礴%寸 1圖3.5 SFH506-38 的外觀圖SFH506-38紅外遙控接收模塊是將紅外光電二極管，前置放大器、解調(diào)器和整形電路等集成在同一基片上的功能模塊。它不像常見(jiàn)的紅外遙控接收放大器那樣有將upc1373H前置放大的解調(diào)器件、紅外光電二極管及其外圍元件組裝而成，SFH系列模塊具有體積小、重量輕、抗干擾性能好、接收視角寬、無(wú)外部元件等優(yōu)點(diǎn)， 因而性價(jià)比較高，由于體積小巧、耗電省、穩(wěn)定性好，他可取代常用的電視、音 響及空調(diào)等電器的紅外遙控接收、放大、解調(diào)電路。由于近年來(lái)國(guó)際市場(chǎng)上迅速發(fā)展的一種新型半導(dǎo)體紅外接收器件HRM3800采用的是一

40、體化塑封集成技術(shù)，將紅外光探測(cè)器前置放大器封裝在一起，在其結(jié) 構(gòu)、性能優(yōu)于傳統(tǒng)分立元件組裝的金屬外殼接收放大器，具有體積小、靈敏度高、 抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好等顯著特點(diǎn)，而且價(jià)格更低，于是逐漸淘汰了價(jià)格稍高 的 SFH506-38。廈門(mén)華聯(lián)電子有限公司生產(chǎn)的紅外遙控接收放大器HRM3800是將光探測(cè)器與前置放大器封裝在一起，以實(shí)現(xiàn)接收脈沖編碼信號(hào)調(diào)制的紅外光信號(hào)，塑料封 裝可濾除可見(jiàn)光，檢波輸出信號(hào)可直接由微處理器譯碼，主要用于電視機(jī)、錄像 機(jī)、衛(wèi)星接收器、空調(diào)器，數(shù)據(jù)通訊領(lǐng)域。HRM3800的主要特點(diǎn)是在光探測(cè)器接收紅外遙控發(fā)射器的調(diào)制紅外光信號(hào)， 輸入前置放大器，經(jīng)過(guò)放大、檢波、解調(diào)后輸出

41、，實(shí)現(xiàn)紅外遙控接收放大信號(hào)。 HRM3800的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)和外形結(jié)構(gòu)也是綜合比較國(guó)外同類產(chǎn)品性能、參數(shù)、工 藝可行性及國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求多等因素確定的。在抗電磁干擾方面，HRM3800帶有屏蔽罩的支架及滿足結(jié)構(gòu)性能的封裝模條，光探測(cè)器芯片全是進(jìn)口專用IC芯片。芯片裝架采用導(dǎo)電膠和非導(dǎo)電膠兩種，具膠的性能既能保證充分導(dǎo)電或絕緣，又能 適應(yīng)溫度的要求。導(dǎo)電膠和非導(dǎo)電膠均是進(jìn)口產(chǎn)品。他還采用的是環(huán)氧樹(shù)脂全包 封，在里面摻雜可濾除可見(jiàn)光的填充料，器件的抗光干擾性能很強(qiáng)。綜合以上所介紹的比較之后,我們?cè)趯?shí)際電路中運(yùn)用了HRM3800結(jié)合一個(gè)上拉電阻，兩個(gè)濾波電容和一個(gè)三極管 9012就組成了我們所需要的紅外線

42、接收電路， 電路如圖3.3所示。這個(gè)電路不但簡(jiǎn)單、方便而且性能好，具有很好的靈敏度和 抗干擾性。第二節(jié)顯示電路在系統(tǒng)中，顯示電路的作用就是顯示出檢測(cè)電路所測(cè)出的物件的個(gè)數(shù)。它顯 示的數(shù)值范圍是從00009999。單片機(jī)把檢測(cè)電路送往中斷口的脈沖個(gè)數(shù)，經(jīng)過(guò)軟件處理后，外加74LS245,驅(qū)動(dòng)顯示電路的數(shù)碼管點(diǎn)亮，數(shù)碼管進(jìn)行加一計(jì)數(shù)并顯示。顯示電路原理圖如下圖3.6所示。+5R410Kx45678312131215141716319181920U1P13 P14P15P16P17P12P10P11INT1INT0T1T0 RD WREA/VPRESETX2X1GND89C51VCCP00P01P0

43、2P03P04P05P06P07P22P23P24P25P26P27P20P21RXDTXDALE/PPSENnrnmDS1DS2D S3403938373635343332232425262728212210113029A1A2A3A4A5A61817161514131211g5234U274LS24 521B32B3B5edo76BA A8VCCj 7B9A8B8U4AR7 1KR9 1KA3 5U4DA474LS04A512012Q4 90 12a bR6X8-33019- 1)7645BBc dbd（Pa bgdp VCC12efa bc dgdp VCC345f,b e d '

44、;cdp74 LS04U4B 474LS04U4C74 LS04A6圖3.6顯示電路Q5 90 124.Q6 9012DS4Kdp VCCcdp.從圖3.6我們可以看出,顯示電路共有以下幾個(gè)部分組成:單片機(jī)AT89C51、總線驅(qū)動(dòng)74LS245以及四位LED數(shù)碼管顯示?，F(xiàn)把顯示電路的各個(gè)部分分別介紹、單片機(jī)AT89C51單片機(jī)就是將中央處理器CPU、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、可編程存儲(chǔ)器EPROM、并行及串行輸入輸出I/O接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷控制器 等部件都集成到一塊半導(dǎo)體芯片上的完整的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)體積小、功能強(qiáng)、 功耗低、可靠性高的特點(diǎn)，在過(guò)程控制、機(jī)電一體化產(chǎn)品

45、、智能儀器、家用電器、Title計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信等方面得到廣泛的應(yīng)用。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中用的是美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)的16位的單片機(jī)AT89C51。與其他的單片機(jī)相比，它有很多優(yōu)點(diǎn)，它具有低電壓、SizeNumber高性能、片內(nèi)含Date:16-Jun-2005Revision4k bytes的可反Sheet of復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器 （EPROM）和128bytes:的儲(chǔ)配!我凝囑薦信STn ByRAM）、兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS 51指令系統(tǒng)等顯著特點(diǎn),ATMEL公司采用高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，我們?cè)俨挥?外加程序存儲(chǔ)器，使用起來(lái)非常方便。

46、單片機(jī)AT89C51芯片有40個(gè)引腳，HMOS工藝制造的芯片采用雙列直插式封裝。40個(gè)引腳中有兩個(gè)專用于主電源的引腳，兩個(gè)外接晶體的引腳，四個(gè)控制或與其他電源共用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。其引腳示意如圖3.7所示。19傳送帶上物件計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)傳送帶上物件計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)P1.0 匚P1.1 匚P1.2 匚P1.3 匚P1.4 匚P1.5 匚P1.6 匚P1.7 匚RST匚(RXD)P3.0 匚(TXD)P3.1 匚(INT0)P3.2 u(INT1)P3.3 匚(T0)P3.4 匚(T1)P3.5 U(WR)P3.6 U(RD)P3.7 匚XTAL2 uXTAL1 匚GND匚1402393

47、3843753663573483393210311130122913281427152616251724182319222021VCC1P0.0(AD1) 二|P0.1(AD2) =|P0.2(AD3)二 P0.3(AD4) =1P0.4(AD5)二 P0.5(AD6) = P0.6(AD7) 二|P0.7(AD8) 二lEA/VPP二 ALE/PROG nPSEN二P2.7(A15) 二 P2.6(A14) -|P2.5(A13) =P2.4(A12) =1P2.3(A11) =,P2.2(A10) n P2.1(A9) nP2.0(A8)圖3.7 AT89C51的管腳圖一般單片機(jī)的輸入/輸

48、出接口在運(yùn)用的時(shí)候非常重要，我在設(shè)計(jì)的時(shí)候也用到 了單片機(jī)的幾乎所有 I/O接口，現(xiàn)在把 AT89C51的I/O接口介紹一下。我們已經(jīng)知道， AT89C51有4個(gè)8位并行輸入/輸出接口： P0 口、P1 口、P2 口、P3 口，共計(jì)32根輸入/輸出線。這四個(gè)接口可并行輸入或輸出8位數(shù)據(jù)，也可以按位使用，即每一位均能獨(dú)立作輸入或輸出用。每個(gè)口雖功能有所不同，但 都具有一個(gè)鎖存器（即特殊功能寄存器P0P3）、1個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和 2個(gè)（P3 口為3個(gè)）三態(tài)緩沖器。下面分別介紹一下。P0 口是一組8位通用雙向I/O 口，也是地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 作為地址/數(shù)據(jù) 復(fù)用總線時(shí)，可以從P0 口輸出地址或數(shù)據(jù)

49、，也可以從P0 口輸入數(shù)據(jù)。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)“ 1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換 地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻；作為I/O 口使用時(shí)，輸出級(jí)是漏極開(kāi)路電路，要使“1”信號(hào)正常輸出，必須外接上拉電阻。同時(shí) P0口作為I/O 口使用時(shí)也是一準(zhǔn)雙向口。在設(shè)計(jì)中，剛開(kāi)始我們用P0直接加一個(gè)74LS245來(lái)驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極數(shù)碼管，結(jié)果 就出現(xiàn)了上電后八段碼全亮的情況，給一個(gè)高或低電平都沒(méi)反應(yīng)，怎么也不顯示 我們所輸入的數(shù)據(jù)，后來(lái)在老師的指導(dǎo)下，我們?cè)?P0 口加了上拉電阻以后，所用

50、的數(shù)碼管顯示才正常。 所以在使用P0 口做I/O 口使用時(shí)加上拉電阻是非常重要的（3 這一點(diǎn)我在以后的設(shè)計(jì)中一定注意Pl是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，當(dāng)某某位輸出高電平時(shí)，可以提供拉電流負(fù)載，不必像P0 口那樣需要外接電阻。另外， P1.0與P1.1除作為通用I/O接線口外，還具有第二功能，即P1.0可作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端T2, P1.1可作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部控制輸入端 T2EX。P2也是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口

51、，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè) 引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時(shí)，P2 口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在 訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （如執(zhí)行MOVXRI指令）時(shí)，P2 口線上的內(nèi)容（也 即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向1/0 口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) （吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì) P3 口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻 拉高并可作為輸入端口。 作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流。P3

52、 口除了作為一般的1/0 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 3.1所示。表3.1 P3 口的第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INTO（外中斷口 0）P3.3INT1（外中斷1）P3.4T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）P3.5T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）在設(shè)計(jì)中，我用 P0 口外接總線驅(qū)動(dòng) 74LS245,來(lái)對(duì)LED數(shù)碼管的段進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；P1 口主要用于對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描和對(duì)繼電器、蜂鳴器進(jìn)行控制；P2 口主要用于四個(gè)LED數(shù)碼管顯示的位選通控制和兩個(gè)信號(hào)指示燈的控制；在計(jì)數(shù)的時(shí)候我

53、們沒(méi)有使用P3 口的第二功能，把P3.2 口用作I/O 口用掃描的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)的功能。但在延時(shí)的時(shí)候，用了 P3.5的定時(shí)功能。AT89C51的定時(shí)控制功能是由片內(nèi)的時(shí)鐘電路和定時(shí)電路來(lái)完成的，而片內(nèi)的時(shí)鐘產(chǎn)生有兩種方式：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式；一種是外部時(shí)鐘功能。在AT89C51 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTALI和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容Cl、C2接D在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容Cl、C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格30pF的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、 起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果我們使用石英晶體，電容使用一般要求士 10pF,而如使用陶瓷諧振器一般選擇1GWPFVC1|0F020AT89C51也可以采用外部時(shí)代。采用A1部時(shí)鉞G種情18下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端,為低于12MHz即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器白4輸入扁Y41A2XTAL2 2A41Y2的方波信號(hào)。52Y36為了方便、簡(jiǎn)單，我選用了內(nèi)音判鐘力A3電2A32Y2石電容，晶振用了 12MHz的石卿體痛跚二、74LS245 的介紹 102Y1GND1Y32A21Y42A1網(wǎng)懸空。通常外接振蕩信號(hào)1615C1和C2者B用