【正文】 一芯片 CL102它是集譯碼、驅(qū)動(dòng)、鎖存、顯示為一體。 方案三、圖三 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 圖三、方案三 原理闡述：專業(yè)檢測(cè)芯片形成計(jì)數(shù)后送入控制單元 AT89C51 單片機(jī)，通過(guò)對(duì)它片內(nèi)計(jì)數(shù)、顯示編程。 74LS245 是 LED 驅(qū)動(dòng)芯片，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) 7 段數(shù)碼管， AT24C02是 EEPROM 模塊，可以保存單片機(jī)運(yùn)算時(shí)的中間有用結(jié)果的芯片，是突然掉電，關(guān)斷電源或瞬間電源電壓不穩(wěn)定時(shí)，不會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失或數(shù)據(jù)誤寫(xiě)，也可以在上電后從中讀出其保存的數(shù)據(jù)內(nèi)容，大大增強(qiáng)了抗干擾的能力。 以上三個(gè)方案各有自己的優(yōu)點(diǎn)： 方案一涉及的知識(shí)面廣且能達(dá)到精確、穩(wěn)定的自動(dòng)計(jì)數(shù)，但也有一個(gè)致使的缺點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾力較弱，系統(tǒng)掉電后不能保存數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)牌異常狀態(tài)時(shí)容易出現(xiàn)誤操作或死 機(jī)。 方案二是一個(gè)簡(jiǎn)易的產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)器，價(jià)格低廉、計(jì)數(shù)精確，但在系統(tǒng)處于異常狀態(tài)時(shí)，工作十分不穩(wěn)定，也是屬于現(xiàn)在產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)市場(chǎng)上的淘汰產(chǎn)品，僅用于在計(jì)數(shù)要求不高的場(chǎng)合中，這個(gè)方案太過(guò)于簡(jiǎn)單故不選用。 方案三是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)用的方案，之所以選用主要是這個(gè)方案既可完美的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)功能且能讓系統(tǒng)處于異常狀態(tài)和抗干擾時(shí)通過(guò)外圍專用芯片到非常好的解決，外圍電路架設(shè)相對(duì)簡(jiǎn)單、在市場(chǎng)上屬于高端自動(dòng)計(jì)數(shù)產(chǎn)品。 、系統(tǒng)總體框圖和原理 系統(tǒng)總體框圖如圖四、 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 圖四、系統(tǒng)總體框圖 原理：專業(yè)檢測(cè)芯片形成計(jì)數(shù)后送入控制單元 AT89C51 單片機(jī)，通過(guò)對(duì)它片內(nèi)計(jì)數(shù)、顯示編程。 74LS245 是 LED 驅(qū)動(dòng)芯片，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) 7 段數(shù)碼管， AT24C02 是EEPROM 模塊，可以保存單片機(jī)運(yùn)算時(shí)的中間有用結(jié)果的芯片，是突然掉電，關(guān)斷電源或瞬間電源電壓不穩(wěn)定時(shí)，不會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失或數(shù)據(jù)誤寫(xiě)，也可以在上電后從中讀出其保存的數(shù)據(jù)內(nèi)容，大大增強(qiáng)了抗干擾的能力。 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 、系統(tǒng)單元電路設(shè)計(jì) 、電源供電電路 圖五 電源供電電路 如圖五所示電源供電部分采用變壓器降壓、橋式整流、電容器濾波、三端穩(wěn)壓器 7805穩(wěn)壓后供電，電源用 220V 的家庭用電經(jīng)變壓器降至 9V 交流電，然后經(jīng)四個(gè)整流二極管（ D1～ D4）組成的橋式整流成直流電壓，經(jīng) C1 濾波后輸入 7805 芯片穩(wěn)壓成 5V直流電源供紅外發(fā)射、接收電路、 AT89C51 等供電。 ： 圖五 橋式整流電路 橋式整流器是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M(jìn)行整流的最常用電路，常用來(lái)將交流轉(zhuǎn)變成為直流電。 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 原理 。 橋式整流是對(duì)二極管半波整流的一種改進(jìn)。 半波整流利用二極管單向?qū)ㄌ匦裕谳斎霕?biāo)準(zhǔn)正弦波的情況下，輸了獲得正弦波正半部分，負(fù)半部分則損失掉。 橋式整流器利用四個(gè)二極管，兩兩對(duì)接，輸入正弦波的正半部分是兩只管導(dǎo)通，得到正的輸出，輸入正弦波的負(fù)半部分時(shí)，另兩只管導(dǎo)通，由于這兩只管是反接的，所以輸 出還是得到正弦波的正半部分。橋式整流器對(duì)輸入正弦波的利用率比半波整流高一倍。 橋式整流是交流轉(zhuǎn)換成直流電的第一步。 橋式整流也叫整流橋堆。 橋式整流器是多只整流二極管作橋式連接，外用絕緣塑料封裝而成，大功率整流器在絕緣層外添加金屬殼包封，增強(qiáng)散熱。橋式整流器品種多，性能優(yōu)良，整效率高，穩(wěn)定性好，最大整流電流從 到 50A，最高反射峰值電壓從 50V 到 1000V。 濾波電路分析 圖五 濾波電路 整流電路是將交流電變成直流電的一種電路，但其輸出的直流電的脈動(dòng)成分較大，而一般電子設(shè)備所需直流電源的脈動(dòng)系 數(shù)（電壓或電流的幅值與平均值之比，稱為脈動(dòng)系數(shù) S）要求小于 ，故整流輸出的電壓必須采取一定的措施，盡量降低輸出電壓中的脈動(dòng)成分，同時(shí)要盡量保存輸出電壓中的直流成分，使輸 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 出電壓接近于較理想的直流電，這樣的電路就是直流電源中的濾波電路。 常用的濾波電路有無(wú)源濾波和有源濾波兩大類。無(wú)源濾波的主要形式有電容濾、電感濾波和復(fù)式濾波（包括倒 L 型、 LC 濾波、 LCrr 型濾波，也被稱為電子濾 波器。 直流電中的脈動(dòng)成分的大小用脈動(dòng)系數(shù)來(lái)表示，此值越大，則濾波器的濾波效果越差。 脈動(dòng)系數(shù)（ S） =輸出電壓交流分量的最大值 /輸出電壓的直流分量 在交流電的角頻率一定的情況下 R 越大， C2 越大，則脈動(dòng)系數(shù)越小，也就是濾波效果就越好。而 R 值增大時(shí)，電阻上的直流壓降會(huì)增大，這樣就增大了直流電源的內(nèi)部損耗； 若增大 C2 的電容量，又會(huì)電容器的體積和重量，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)起來(lái)也不現(xiàn)實(shí)。 為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們?cè)诜€(wěn)壓前后各有濾波吸收電路，利用電容器的充放電，補(bǔ)償交流分量的電壓波動(dòng) 穩(wěn)壓電路 圖五 三端穩(wěn)壓芯片 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 、紅外線檢測(cè)部分 圖六、紅外線檢測(cè)部分 如圖六所示，紅外線檢測(cè)部分采用一對(duì)紅外發(fā)送接收管完成，當(dāng)電路正常工作時(shí)，無(wú)障礙物遮擋，紅外接收頭有紅外線照射，這時(shí)，紅外接收頭的電阻很小，大部分電壓都加在 R3 上，這正是電壓比較器 LM324 的正向輸入電壓，而負(fù)向輸入電壓由 R4 和 R5分壓得到 VRR RU 55 ?????，而 R3 分得的電壓要大于此基準(zhǔn)電壓值，故這時(shí)電壓比較器 LM324 輸出高電平；當(dāng)在紅外發(fā)射接收管間有一不透光的障礙物時(shí)，紅外接收頭無(wú)紅外線照射，這時(shí)紅外接收頭的電阻很大，大部分電壓都加在紅外接收頭上，這也是電壓比較器 LM324 的正向輸入電壓，而負(fù)向輸入電壓也是由 R4 和 R5 分壓得到，和原來(lái)電壓一樣，這時(shí)， R3 分得的電壓要小于此基準(zhǔn)電壓值，故這時(shí)電壓比較器 |LM324輸出低電平。 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 、液晶顯示部分 圖七、數(shù)碼管顯示部分 顯示部分是通過(guò) 74LS245 作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)級(jí)和兩個(gè) PNP 三極管來(lái)完成位選操作。然后再通過(guò)軟件譯碼來(lái)完成，為了考慮到數(shù)碼管在動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，每點(diǎn)亮一個(gè)數(shù)碼管的時(shí)間很短暫，這樣就會(huì)影響到數(shù)碼管的亮度，故在此用 74LS245 作為數(shù)碼管的一個(gè)段選驅(qū)動(dòng)級(jí)。 而該設(shè)計(jì)中段碼輸出口是利用 P0 口作為輸出口，而 P0 口是漏極開(kāi)路，雖然有很強(qiáng)的灌電流能力，但拉電流能力很差，故在 P0 口上加一 10 的排阻作為上接電阻。上拉電阻的作用是，當(dāng)單片機(jī)的 P0 口上輸入為 0 時(shí)，上拉電阻上的 電流直接流入單片機(jī)中，使數(shù)碼管的段碼上傷保持低電平，故在這時(shí)數(shù)碼管不發(fā)光；而當(dāng)單片機(jī)的 P0 口輸出為 0時(shí)，這時(shí)上拉電阻的有能使電流灌入單片機(jī)中，故排阻上的電流流入數(shù)碼管中，因此這時(shí)數(shù)碼管發(fā)光（這里用的是共陰數(shù)碼管）。 圖八、共陰數(shù)碼管原理圖 圖九、共陽(yáng)數(shù)碼管原理圖 數(shù)碼管實(shí)際上就是八個(gè)發(fā)光二極管，它們以兩種方式連接，如果將其陰極連接在一起， 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 這種方式構(gòu)成的數(shù)碼管成為共陰數(shù)碼管；如果將其陽(yáng)極連接在一起，這種方式構(gòu)成的數(shù)碼管為共陽(yáng)數(shù)碼管。 、 LED 數(shù)碼管的特點(diǎn)： 、小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，能與 CMOS、 TTL 電路兼容。 （ ），高頻特性好，單色性好，亮度高。 ，重量輕，抗沖擊性能好。 ，使用天 10 萬(wàn)小時(shí)以上，甚至可達(dá) 100 萬(wàn)小時(shí)，且成本低。 顯示部分采用軟件譯碼方式，所謂軟件譯碼就是把各字符的段選碼組織到一個(gè)表中，要顯示某字符先查表得到其段選碼，然后送往顯示器的段碼線。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中多采用軟件譯碼的動(dòng)態(tài)顯示。 、數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描 由于多位 LED 數(shù)碼管所有段選線皆由一個(gè) 8 位 I/O 口控制，因此，在每一瞬間，我位 LED 會(huì)顯示相同的字符，要想每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方法輪流點(diǎn)亮各位 LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。在此瞬間，段選控制 I/O 輸出相應(yīng)字符段選碼（字型碼），而位選則控制 I/O口在該顯示位送入選通電平（因?yàn)?LED 為共陰時(shí)，則送入低電平， LED 為共陽(yáng)時(shí)，則送入高電平），以保證該位顯示相應(yīng)字符，輪流，使每位分時(shí)顯示該位應(yīng)顯示的字符。段選 碼、位選碼每送入一次后延時(shí) 1ms，因人眼的視覺(jué)暫留時(shí)間為 ：（ 100ms），所以每位顯示的間隔不必超過(guò) 20ms，并保持延時(shí)一段時(shí)間，以造成視覺(jué)暫留效果，給人看上去每個(gè)數(shù)碼管總在亮。 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)部分 圖十、 74LS245 引腳圖 引腳功能： A： A總線端 B: B 總線端 G ：三態(tài)允許端（ 低電平有效） DIR：方向控制端 功能表 G DIR 操作 L L B 端流向 A 端 L H A端流向 B 端 H X 高阻 利用 74LS245 可將單片機(jī)輸出的 4 個(gè) TTL 門(mén)電流提高到每人口為 8 個(gè) TTL 門(mén)，中樣提高了數(shù)碼管的段選輸入電流，從而提高數(shù)碼的亮度。 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 、單片機(jī)計(jì)數(shù)及控制部分 圖十一、單 片機(jī)計(jì)數(shù)部分 計(jì)數(shù)部分： 計(jì)數(shù)部分如圖十一所示。由單片機(jī) AT89C51 控制完成?；驹頌楫?dāng)紅外檢測(cè)部分檢測(cè)到有物體經(jīng)過(guò)時(shí)，紅外接收電路的串聯(lián)電阻會(huì)分壓減小，從而使電壓比較器的正向輸入端小于負(fù)向輸入端的電壓，從而使電壓比較器輸出一個(gè)低電平信號(hào)，這個(gè)信號(hào)將供給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)控制。 計(jì)數(shù)部分有三種方案：外部中斷、 T0 或 T1 計(jì)數(shù)器脈沖統(tǒng)計(jì)、查詢法。 T0 或 T1 計(jì)數(shù)器主要作用是在一定時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)，我們?cè)谶@里并非研究對(duì)象為在一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)物品的數(shù)量，而是實(shí)時(shí)地在顯示器上顯示數(shù)當(dāng)前的計(jì)數(shù)值，故我們這里不能采用 T0 或 T1 計(jì)數(shù)器的方式； 查詢法是 CPU在一定時(shí)間內(nèi)或是時(shí)刻地在查詢是否有計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生。我們知道， CPU每查詢一個(gè)脈沖大約用到的時(shí)間是一個(gè)機(jī)器周期，也就是 12 個(gè)振蕩周期，即 1? s 的時(shí)間，相對(duì)于單片機(jī)的運(yùn)行速度而言，外部流水線的傳輸速度實(shí)在太慢，如果執(zhí)意要用查詢法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)物體的傳輸速度，這樣對(duì)于單片機(jī)的時(shí) 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 間資源太 浪費(fèi)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)單片機(jī)產(chǎn)品中，時(shí)間資源和空間資料特別珍貴，不能輕易浪費(fèi)，故查詢方案舍棄。 外部中斷法是利用 口的第二功能， INT0 中斷，這時(shí)，當(dāng)有一低電平產(chǎn)生時(shí)，單片機(jī)將自動(dòng)進(jìn)入中斷服務(wù)程序，進(jìn)行處理外部中斷問(wèn)題，但在這時(shí)，由于外界干擾或者物體的特性，可能會(huì)進(jìn)行反復(fù)地中斷觸發(fā)，這樣可能會(huì)造成誤計(jì)，重計(jì)等錯(cuò)誤后果，在這里我們處理的辦法是我們不再利用電平觸發(fā)，而采用負(fù)邊沿觸發(fā)方式，這樣只有產(chǎn)生一個(gè)完整的脈沖，才會(huì)有負(fù)邊沿產(chǎn)生，這樣就可以在很大程序上解決了誤差的問(wèn)題。 綜上所述，在本設(shè)計(jì)在最合理的是采用外部 中斷方式計(jì)數(shù)。 單片機(jī)控制部分： 單片機(jī)控制數(shù)碼管顯示有責(zé)任中方案，和種是查詢法，另一種是中斷法，這里的中斷不再是外部中斷，而是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器產(chǎn)生定時(shí)中斷，從而控制數(shù)碼管的顯示。 查詢法類似于上面所說(shuō)的脈沖的查詢方法，主程序在不停地查詢并顯示數(shù)碼管的點(diǎn)亮，并且在每位數(shù)碼管之間還要插入延時(shí)程序，而這些延時(shí)程序一般都是利用空操作的方法進(jìn)行延時(shí)，這樣浪費(fèi)了大量的時(shí)間和空間資料。在工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制作中，一般不采用此方案。 中斷法是利用單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的溢出進(jìn)行計(jì)數(shù)和定時(shí)，這樣可以準(zhǔn)確在某時(shí)刻或是是規(guī)定的時(shí)刻做 相應(yīng)的工作。在本設(shè)計(jì)中，是用數(shù)碼管每 1ms 輪循地掃描，點(diǎn)亮數(shù)碼管。 但是，在以上的顯示和計(jì)數(shù)的相應(yīng)程序段中，可能會(huì)遇到兩者同時(shí)進(jìn)入中斷問(wèn)題，如果遇到這樣的問(wèn)題，可能會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)死機(jī)或者程序跑飛的情況，我們?yōu)榱吮苊膺@樣的情況產(chǎn)生，我們?cè)谶@里必須設(shè)定優(yōu)先級(jí)，在工業(yè)生產(chǎn)中，要計(jì)算出正確的數(shù)值才是最重要的，所以，我們這里就要設(shè)為檢測(cè)外部脈沖人優(yōu)先級(jí)。 AT89C51 有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4K 字節(jié) FLASH 閃爍存儲(chǔ)器、 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM、 32 個(gè) I/O 口線、兩個(gè) 16