生產流水線產品產量顯示系統(tǒng).doc

物理與電子工程學院 單片機原理與接口技術課程設計報告書 設計題目： 生產流水線產品產量顯示系統(tǒng) 專 業(yè)： 自動化 班 級： 學生姓名: 學 號: 指導教師： 2013年 12 月 16日物理與電子工程學院 課程設計任務書專業(yè)： 自動化 班級： 二班 學生姓名學號課程名稱單片機原理與接口技術設計題目生產流水線產品產量顯示系統(tǒng)設計目的、主要內容（參數、方法）及要求設計目的：鞏固單片機原理與接口技術課程中所學的知識，提高學生的動手能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生查閱資料和閱讀文獻的能力，培養(yǎng)學生初步的科研能力，為畢業(yè)設計奠定基礎。主要內容：本課程設計主要是利用單片機原理與接口技術課程中所學的知識，完成一個生產流水線產品產量統(tǒng)計顯示系統(tǒng)的設計。設計內容包括硬件電路原理圖、顯示程序設計、硬件和軟件的綜合調試。設計要求：1、以80C51系列單片機為核心器件，組成一個生產流水線產品產量顯示系統(tǒng)。用三位數碼管顯示一個班組的產品件數。2、在現有的單片機實驗系統(tǒng)上完成硬件電路接線。3、完成該課題的程序設計、提交程序設計框圖及程序設計清單。4、完成硬件與軟件的綜合調試，實現預定功能。5、通過老師審核，提交課程設計報告。工作量2周時間，每天3學時，共計42學時進度安排第1-3天：根據任務書的要求查閱相關資料。閱讀相關文獻。搞清楚本課題的設計內容，對本課題的設計有個初步的設想。第4-5天：完成本課題設計的基本設計方案，通過指導老師的審核。第6-7天：完成課題的硬件電路的設計,完成程序設計。第8-9天：進行調試。第10-11天：撰寫課題設計報告書，并根據指導教師的意見進行修改。第12天：完成課程設計報告書。第13天：提交報告書。第14天：指導教師批閱課程設計報告書。 主要參考資料1、韓志軍，沈晉源，王振波.單片機應用系統(tǒng)設計M機械工業(yè)出版社，2005年2、李全利.單片機原理與接口技術M高等教育出版社，2009年第二版3、馬淑蘭.單片機技術及應用實例分析M西安電子科技大學出版社，2009年指導教師簽字教研室主任簽字摘 要 隨著當今社會的快速發(fā)展，越來越多的產品裝配線上及各種公共場所都需要自動計數。基于單片機的自動計數器是計數直觀、顯示準確的優(yōu)勢產品，已經被廣泛應用于各個行業(yè)。自動計數器有各種形式，具體來說有接觸式和非接觸式兩種計數器。隨著當今科學的發(fā)展，非接觸式紅外計數器被廣泛的應用到各行各業(yè)。本次設計以STC89C51單片機為核心，利用專用的紅外傳感器作為檢測裝置，用LED數碼管作為人機交互的界面。具有結構簡單、操作方便、顯示清楚等特點。具體思路是專業(yè)檢測芯片（本次設計用紅外傳感器）形成計數脈沖后送入STC89C51單片機控制單元，通過對單片機編程實現計數，然后由數碼管LED顯示，從而實現對流水線產品產量的統(tǒng)計顯示。關鍵詞：紅外檢測；自動計數；單片機；LED數碼管 目 錄 1緒論51.1前言51.2研究背景51.3國內外研究概況51.4課題分析61.5設計要求62.系統(tǒng)硬件框圖63.系統(tǒng)單元電路的設計73.1 紅外線檢測電路73.1.1 紅外傳感器的概念73.1.2紅外傳感器的組成和分類73.1.3紅外傳感器的特點與原理73.2 LED顯示器部分83.2.1 MCS-51單片機和LED顯示接口83.2.2 本次設計數碼管顯示部分83.2.3 本次設計次單片機與數碼管連接仿真圖93.3 單片機計數及控制部分103.3.1外部中斷計數103.3.2 本次設計中斷仿真圖104. 系統(tǒng)流程圖、程序設計114.1 主程序流程圖114.2 脈沖中斷流程圖114.3 程序設計115. 整體系統(tǒng)仿真原理圖136. 心得體會131緒論1.1前言自動化時代的社會，許多制造商在生產經營中幾乎都要使用到流水線技術，但如何實現對其產品實時，高效，準確的自動計數成為廣大廠商的極為關注的問題。傳統(tǒng)的計數器是一個數字集成電路組件，有許多缺點：例如：電路有更復雜的組件，較高的故障率，維修比較困難等。并且不能很方便設置預定值，功能比較單一，適用范圍窄。因此，具有實時計數準確、可靠、穩(wěn)定的基于以單片機作為控制核心的自動計數裝置成為廣大廠家的首選。1.2研究背景當今社會，基于單片機計數設備和以開發(fā)產品的微控制器技術為基礎的控制技術發(fā)展迅速，在各個領域得到廣泛應用。以單片機為核心的產品和設備，促進了生產技術水平的提高，因此企業(yè)迫切需要很多懂單片機技術開發(fā)、應用和維護這些智能產品管理的高級工程技術人員。電子計數器是一種多功能的電子測量儀器，它采用電子檢測在一段時間內輸入的脈沖數，以數字形式顯示的結果。單片機以其體積小、功能強、可靠性高、性價比高的特點，已成為實現工業(yè)生產技術、智能化測量和控制產品的進步和發(fā)展的一個重要手段。 1.3國內外研究概況當今的自動計數器產品大多采用非接觸的方式，并已開發(fā)出多種型號的專用測試芯片。使用以STC89C5為核心，輔以各種外設控制單元的自動計數裝置應用已成為趨勢。但是，如何提高自動實時計數器的抗干擾能力、穩(wěn)定性等是國內外生產研究的自動計數器的重要課題。自動計數是工廠流水線產品產量檢測的主體，但其往往工作在極其惡劣的高溫、高噪音環(huán)境中。而以STC89C51的為核心的微控制器產品系列自動計數器工作在這種環(huán)境下會經常進入死機（程序進入無限循環(huán)）或出現濫用（單片機逍遙），這是基于單芯片自動技術產品存在的致命缺點。 1.4課題分析基于單片機構成的自動計數器產品研究的主要課題包括：紅外模塊的原理、紅外模塊如何與單片機相連接、單片機如何與數碼管相連接、STC89C51單片機用何種方式對外部計數脈沖進行計數顯示控制、數碼管如何編程顯示計數值。在這個設計中主要需要解決的問題便是如何用單片機通過C語言程序實現對紅外檢測裝置信號的計數、數碼管對單片機傳過來信號的顯示。1.5設計要求 1)整個系統(tǒng)具有很強的抗干擾能力。 2)單片機最小系統(tǒng)設計，包括復位電路等。 3)能夠準確地顯示計數值。4)具有自動清除功能。2.系統(tǒng)硬件框圖圖2.1 系統(tǒng)硬件框圖 原理闡述：當流水線上沒有物體時，紅外傳感器沒有檢測到外部信號，處于高電平狀態(tài)；當流水線上有物體時，紅外傳感器檢測到有外部信號，由原來的高電平狀態(tài)變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)，產生信號。將紅外傳感器的輸出端與單片機I/O連接，通過軟件程序設置單片機內部寄存器，當傳感器的高低脈沖被單片機接收到時，單片機產生中斷，中斷產生后進入中斷服務程序，通過設置中斷服務程序，進行計數。并通過P0、P1、P2分別接到數碼管上，由數碼管來顯示其個數。當需要置位時按下復位開關，則計數器清零，重新開始計數。3.系統(tǒng)單元電路的設計 3.1 紅外線檢測電路 3.1.1 紅外傳感器的概念 紅外傳感器，在20世紀80年代興起的一個新的，高度敏感的探測器元件。它是一種能夠探測到由紅外線發(fā)射出的信號并且轉換成電信號的器件。紅外又稱紅外光，它具有反射，折射，散射，干涉，吸收和其他屬性。利用物體產生紅外輻射特性，紅外傳感器可以實現自動檢測。任何物質，只要有一定的溫度（絕對零度以上），可以產生紅外線輻射，就可以用紅外傳感器檢測。紅外傳感器測量與被測對象無直接接觸，從而具有無摩擦，靈敏度高，響應速度快的優(yōu)勢。 3.1.2紅外傳感器的組成和分類 組成：紅外傳感器組成由光學系統(tǒng)、檢測設備和轉換電路組成。分類：按結構的不同可分為光學系統(tǒng)的傳輸和反射兩種類型。檢測元件根 據熱檢測設備和光學檢測設備的原則，可以分為熱敏監(jiān)測和光電檢測兩部分。使用最廣泛的熱元件是熱敏電阻。熱敏電阻器是由紅外輻射、溫度、電阻改變成電信號輸出的轉換電路。 3.1.3紅外傳感器的特點與原理特點：（1)具有信號輸出指示 （2)單路信號輸出 （3)輸出為低電平有效 （4)靈敏度可調 (5)可用于工件計數、電機測速等 （6)電路板輸出開關量 原理：紅外模塊有三個I/O口，兩個口分別接電源正負極，另一個口則為輸出口，當紅外傳感器沒有檢測到外部信號時該輸出口處于高電平狀態(tài)，當檢測到外部物體時該輸出口由高電平狀態(tài)變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)，通過與單片機的I/O連接來檢測高低電平變化。原理圖：圖3.1.3 原理圖 3.2 LED顯示器部分 3.2.1 MCS-51單片機和LED顯示接口 經常使用的單片機應用系統(tǒng)，LED數碼管作為顯示輸出設備。雖然LED顯示屏顯示信息簡單，但它有顯示清晰、高亮度、低電壓、使用壽命長等特點。和單片機接口連接方便，基本能夠滿足單片機應用系統(tǒng)的需求，所以經常被用在單片機領域。 3.2.2 本次設計數碼管顯示部分 顯示部分是通過三個數碼管來完成，分別接到P0、P1、P2口上。然后再通過軟件譯碼來完成，為了考慮到數碼管在動態(tài)掃描時，每點亮一個數碼管的時間很短暫，這樣就會影響到數碼管的亮度，故在此用共陽極數碼管，用共陽極數碼管可以不用加驅動，而且顯示亮度非常好。 該設計中段碼輸出口是利用P0口作為輸出口，而P0口是漏極開路，雖然有很強的灌電流能力，但拉電流能力很差，故在P0口上加一個10K的排阻作為上接電阻。上拉電阻的作用是，當單片機的P0口上輸入為1時，上拉電阻上的電流直接流入單片機中，使數碼管的段碼上保持低電平，因此碼管在這時不發(fā)光；而當單片機的P0口輸出為高電平時，這時上拉電阻使電流灌入單片機中，故排阻上的電流流入數碼管中，因此這時數碼管發(fā)光（這里用的是共陽極數碼管）。本次設計顯示部分采用軟件譯碼動態(tài)顯示，所謂的軟件譯碼動態(tài)顯示是指字符段選擇組織一個表來顯示字符的第一次查表得到其選舉的代碼段，然后傳送到顯示段碼。3.2.3 本次設計次單片機與數碼管連接仿真圖 圖3.2.3 仿真圖3.3 單片機計數及控制部分 3.3.1外部中斷計數 完成技術功能的部分由單片機STC89C51控制，基本原理為當紅外檢測部分檢測到光時，紅外接收電路輸出口將產生一個高電平信號，該信號將提供給單片機計數控制，P0、P1、P2三個端口負責實現顯示的部分。 計數控制部分將計入脈沖的單片機STC89C51中斷INT0的入口，計數編程構成中斷信號后，內部的微控制器。 STC89C51的MCS-52指令集完全兼容。提供下列標準特性：4K字節(jié)的FLASH閃存，128字節(jié)內部RAM，32 I / O口線，3個16位定時器/計數器，一個五向量兩個中斷，片上振蕩器和時鐘電路。 STC89C51的兩種省電模式具有下調至0Hz的靜態(tài)的邏輯功能。在CPU、振蕩器停止工作時，禁止其他部分工作，仍可繼續(xù)正常運行的有RAM、定時器/計數器、中斷系統(tǒng)，RAM中內容不會刪除，復位時一切恢復正常?？傊?，設計最合理的是外部中斷計數，故本次設計采用外部中斷計數。3.3.2 本次設計中斷仿真圖 圖3.3.2 中斷仿真圖4. 系統(tǒng)流程圖、程序設計 4.1 主程序流程圖 圖4.1 主程序流程圖 4.2 脈沖中斷流程圖 圖4.2 脈沖中斷流程圖 4.3 程序設計 /* 說明：每次按下計數鍵時觸發(fā) INT0 中斷，中斷程序累加計數， 計數值顯示在3 只數碼管上，按下 清零鍵時數碼管清零 */#include #define char unsigned char #define unit unsigned int /09 的段碼 DSY_CODE=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff; char DSY_Buffer=0,0,0; char Count=0; bit Clear_Key=P36; /數碼管上顯示計數值 void Show_Count_ON_DSY() DSY_Buffer2=Count/100; /獲取3 個數 DSY_Buffer1=Count%100/10; DSY_Buffer0=Count%10; if(DSY_Buffer2=0) /高位為0 時不顯示 DSY_Buffer2=0x0a; if(DSY_Buffer1=0) /高位為0，若第二位為0 同樣不顯示 DSY_Buffer1=0x0a; P0=DSY_CODEDSY_Buffer0; P1=DSY_CODEDSY_Buffer1; P2=DSY_CODEDSY_Buffer2; /主程序 void main() P0=0xff; P1=0xff; P2=0x00; IE=0x81; /允許INT0 中斷 IT0=1; /下降沿觸發(fā) while(1) if(Clear_Key=0) Count=0; /清0 Show_Count_ON_DSY(); /INT0 中斷函數 void EX_INT0() interrupt 0 Count+; /計數值遞增 5. 整體系統(tǒng)仿真原理圖 圖5.1 整體系統(tǒng)仿真原理圖6. 心得體會 通過這次設計，使我對電路設計有了很多的了解。其實，有些設計并不是你想象的那么難，關鍵看你怎么轉換。就像這個計數系統(tǒng)，聽起來好像有多難似的，其實它就是一個計數、譯碼的過程。因此，做這個實驗選芯片很關鍵。還有要充分掌握芯片的用法及引腳功能。給我印象最深的是原來我們那個原理圖上沒有設計清零功能 ，后來我們通過了解74LS192的引腳功能，我們設置了清零開關。感覺挺有成就感。 本次設計我一開始很沒頭緒，不知怎么做。后來經過看書研究終于有點眉目，一開始連紅外模塊是什么都不知道，更不要說怎么與單片機