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1、产品计数器的设计 摘 要本次课程设计是要实现对产品数量的计数，计算采集的频率最后通过LED数码管显示计数个数，要求计数可达到99个，可以采用动态或静态方式进行显示。本设计是基于90C51单片机为控制核心，在系统显示部分，采用了共阳的LED数码管构成了显示模块，此模块用于实时的显示计数数据。本设计说明书对该系统的硬件电路，工作原理，软件编程进行了详细的介绍。关键字 90C51 数码管 激光传感器第一章 任务介绍本次课程设计的主要是利用STC09C516RD+芯片实现软件的设计。首先是利用Altium Designer软件进行电路图设计，主要是包括主控芯片的电源设计，数码管电路的设计，激光传感器发
2、射管与接收管的设计。电路设计完成后，开始在实验室进行电路的焊接，待电路焊接完成后。利用KEIL软件结合硬件电路原理进行程序的编写，然后给电路供电进行实际的调试,知道满足课程设计的要求为止。本次设计的系统总共分为4个模块：1、 传感器模块。利用5mW的激光头作为传感器，配合接收管，实现对检测到的产品进行计数。2、 单片机模块。采用宏晶STC90C516RD+单片机作为计数系统的主控芯片。对芯片的外围电路进行设计，同时利用单片机对采集来的数据进行处理。3、 显示模块。采用MT03641BR的四位共阳极数码管来显示计数的数值，硬件电路主要是利用三级管来驱动数码，以此来简化外围的电路。4、 程序模块。
3、采用C语言的编程来控制主控芯片实现相应的功能，主要包括计数数据的采集，数码管的计数显示。第二章 系统总体框架的介绍 数码管复位系统激光发射管 接收管 P32/INT0 90C51RESET系统处于工作状态时，接收管一直能接收到激光管发射的激光，接收管输出的信号为高电平。当有物体传送过来时，物体阻断了由发射管到接收管的激光的传输路径。接收管接收不到激光。接收管输出由高电平变为低电平。90C51芯片通过外部中断口P32/INT0采集到这个下降沿，程序进入中断进行计数加一操作。通过显示模块显示出来。复位系统主要用于系统的清零复位。第三章 系统硬件电路设计1、 STC90C516RD+STC90C51
4、6RD+单片机是宏晶科技推出的新一代超前抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统的8051单片机。供电电压为5.5-3.8V内部有61K的Flash程序存储器字节，1280SRAM字节。内部有三个定时器T1、T2、T3，同时有两个外部中断INT0和INT1，内置复位时钟频率在12MHz以下可靠，有看门狗模块，防止程序跑飞。40管脚的封装一共提供了四组双向输入/输出口：P0口、P1口、P2口、P3口下面进行详细的介绍电源引脚VCC：供电电压。 GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。当P0口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻输入。P0能
5、够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。P1口管脚写入“1”后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时
6、，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口作为AT89C51的一些特殊功能口，管脚 备选功能P3
7、.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（计时器0外部输入）P3.5 T1（计时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE
8、的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA / VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）
9、。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右。系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激
10、振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22F。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。RST复位在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P0P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和
11、特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序。复位是通过外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样一次。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。根据本系统的需要我们对单片机的外围主要做了电源供电模块、复位模块、以及晶振模块。下面将作出详细介绍电源供电模块为单片机供电我们采用了LM2940芯片，LM2940属于低压差线性稳压器。相比于传统的线性稳压器如7805稳压芯片，LM2940比7805的转换效率高。7805直接输入
12、不接输出的情况下，其内部还会有3mA的电流消耗（静态电流）。而像LM2940这样的LDO元件的静态电流就比它远远小得多了。该芯片输出电压固定的低压差三端稳压器；输出电压5V；输出电流1A；输出电流1A时，最小输入输出电压差小于0.8V；最大输入电压26V；工作温度-40+125；内含静态电流降低电路、电流限制、过热保护、电池反接和反插入保护电路。复位模块 电路系统采用的是上电与按钮复位电路。，51单片机要复位只需要在第9引脚接个一段高电平就可以实现。电路中选用的是4.7K的电阻以及10微法的电容。当需要复位时，按下按键，电容和按键形成一个回路使电容放电，电容放电过程中各点电位相等即RESET端
13、为高电平，使系统复位。晶振模块2、 单片机最小系统晶振Y1可采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。在这里我们选用22pF的电容3、激光发射管与激光接收管电路激光传感器由两部份构成，一部份为发射部份，一部分为接收部份。发射部份由一个调制管发出某一固定频率的振荡波后，控制三极管的开与关使激光头按一定的频率发光；接收部份由一个相匹配的接收管接收返回的光强，接收管在接收到激光时2管脚与1管脚即地相连，发光二极管被点亮。信号输出端为低电平。当接收管接收不到激光时，2管脚与VCC相连。
14、发光二极管熄灭。信号输出端为高电平。由于激光传感器使用了调制处理，接收管只能接受相同频率的反射光，因而可以有效防止可见光对反射激光的影响。3、 数码管电路在本任务中用2位数码管显示当前数值的十位与个位，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，所以在这里我们采用动态显示的方式。2位数码管的相同段并联在一起，由一个8位I/O（P2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。2个数码管分时轮流循环点亮，在同一时刻只
15、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。在本任务中，为了简便，字形码和字位码都没由加驱动电路，而直接由IO口来控制，其中字形码是通过IO口驱动三极管来控制的，三极管在电路中起到开关的作用，字位码是通过一个电阻接入单片机的。数码管有共阴极和共阳极两种，对于共阳数码管，字形驱动输出0有效，字位驱动输出1有效；而对于共阴数码管则相反，即：字形驱动输出1有效，字位驱动输出0有效显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有： 发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示器等。LED显示器是现在最常用的显示器之一， 发光二极管（LED）由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件（半导体显示器）。分段式显
