【正文】 圖 43 單片機最小系統(tǒng) 要使單片機工作起來，最基本的電路的構(gòu)成為 電源電路 ：向單片機供電。 圖 34 1602的內(nèi)部顯示地址 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生 存儲器（ CGROM）已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“ A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“ A”。 第 5 腳： RW：讀 /寫選擇端，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。 要使用點陣型 LCD 顯示器，必須有相應(yīng)的 LCD 控制器、驅(qū)動器來對 LCD 顯示器進(jìn)行掃描、驅(qū)動，以及一定空間的 ROM 和 RAM 來存儲寫入的命令和顯示字符的點陣。在實際測試時，室外同樣的時間進(jìn)行計數(shù)，顏色識別系統(tǒng)的軟件設(shè)計 23 把測得的脈沖數(shù)再乘以求得的比例因子，然后就可以得 到所對應(yīng)的 R、 G和 B的值。 （ 3）白平衡和顏色識別原理 白平衡就是告訴系統(tǒng)什么是白色。首先了解一些光與顏色的知識。輸出比例因子使傳感器的輸出能夠適應(yīng)不同的測量范圍，提高了它的適應(yīng)能力。由于輸出的是數(shù)字量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每個彩色信道 10位以上的轉(zhuǎn)換精度，因而不再需要 A/D 轉(zhuǎn)換電路，使電路變得更簡單。為使能從 0000H— FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令， EA 端必須保持低電平（接地）。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE脈沖將會跳過。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流 ILL。對 P2 口寫“ 1”時，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接VCC。 如果需要，通過將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置“ 1”， ALE 操作無效。 P3口除了作為一般、的 I/O 口線外，更重要的是它的第二功能，如下表 32 所示。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流 ILL。 在 flash 編程時， P0 口也用來接受指令字節(jié)：在程序效驗時，輸出指令字節(jié)。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。本系統(tǒng)是以 AT89C52 單片機為核心，以TCS3200 顏色傳感器和 LCD1602 為子系統(tǒng)建立起來的 。 有機靜電感應(yīng)顏色傳感器有兩個有機半導(dǎo)體層 ,分別是酞青藍(lán)和部化青兩種染料 ,酞青藍(lán)和部化青膜的厚度分別為 80nm和 140nm,它們通過真空沉降方法覆蓋在涂有錫銦氧化物的玻璃片上 ,酞青藍(lán)和部化青膜之間具有 P 型半導(dǎo)體特性。 圖 25 光纖顏色傳感器的實驗裝置 光源發(fā)出的光由透鏡耦合到光纖束 ,在光纖束的出射端經(jīng)分光板反射到達(dá)被測物 ,RGB 標(biāo)準(zhǔn)濾色片同裝在一個旋轉(zhuǎn)盤上 ,當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時 ,物體反射的不同波長的光相繼經(jīng)過濾色片到達(dá)光探測器 ,從光敏管電流強弱 ,即可反映被測圖樣顏色。 其測量原理是利用紅外玻璃濾色片濾掉入射光中的紅外成分 ,改變液晶兩端的電壓 ,可以改變液晶層中的非常光折射率 ne ,從而改變光強 I(λ )。λ 為入射光的波長。所以根據(jù)短路電流比 ,如圖 23(b) 所示 ,就可以得到入射光的波長。 硅雙結(jié)型顏色傳感器： 硅雙結(jié)型顏色傳感器的結(jié)構(gòu)及主要特性如圖 23所示。因為檢測距離無論怎樣變化 ,只能引起光強的變化 ,而三種顏色光的比例不會變 ,因此 ,即使在目標(biāo)有機械振動的場合也可以檢測 。觀測方位是指被測物體指向傳感器的法線方向 ,它決定了反射到傳感器中 的光強。值得注意的是 , 不同的光線通過物體反映出來的光強是不同的 , 而且非標(biāo)準(zhǔn)白光 (RGB 三者不相等 )在物體上反映出來的光強分量也是不同的。任何一種顏色都可以用三種基本顏色按照不同的比例混合得到。當(dāng)這些類似色并排在一起時，即使是沒有經(jīng)過訓(xùn)練的普通人，除了色盲以外，都能夠看出它們之間的區(qū)別。對于顏色的識別，以前一般采用機器視覺， 利用計算機處理和分析圖像信息得出結(jié)論。其產(chǎn)品的低檔系列，以其優(yōu)良偵測精度和優(yōu)勢的價格，尤其適合玩具類等產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用。這些傳感器提供 TO5 和 SOP8 透明塑料或者玻璃封裝。根據(jù)工作需要，可以通過自學(xué)習(xí)模式存儲一個或三個顏色參考值。專為檢測長方形物體而設(shè)計。在 30 多種不同的灰度等級中，色標(biāo)檢測器可檢測所有類型的色標(biāo)標(biāo)記，可給不同的用戶界面提供多種對比度檢測技術(shù)，以滿足廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，是業(yè)界最佳的色彩辨識儀器。 顏色識別技術(shù)的研究成果 （ 1) MAZET公司最新推出的顏色傳感器 MTCSiCS，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)顏色的識別與檢測，色彩傳感器具有高精度 3 色測量 (CIE)，是測量光源系統(tǒng)的出色解決方案，其控制系統(tǒng)可以捕捉到目前的顏色狀況，然后根據(jù)圖像信號反饋的信息控制并達(dá)到相應(yīng)的 Yxy值。 TCS3200 它對光的動態(tài)響應(yīng)范圍大 ， 標(biāo)準(zhǔn)輸出頻率范圍為 2Hz～ 500kHz， TCS3200 有兩個可編程的引腳，使用者可以對 100%、 20%、2%或者是動力關(guān)閉模塊的輸出量程進(jìn)行選擇使用。相關(guān)部分附有硬件電路圖、程序流程圖。本文主要介紹如何通過使用 TCS3200 顏色傳感器來實現(xiàn)色彩識別的功能。如：各種物體表面顏色識別（產(chǎn)品包裝色標(biāo)檢測，產(chǎn)品外表特征顏色的檢測，液體溶液顏色變化過程的檢測與控制，等等）。 目前 ,基于各種原理的顏色識別傳感器有兩種基本類型 : 其一是 RGB(紅綠藍(lán) ) 顏色傳感器 , 檢測的是三刺激值 。 （ 2) 德國 ELTROTEC 色標(biāo)傳感器可以檢測出顏色的差異， ELTROTEC 色標(biāo)檢測器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗背景干擾能 力強。適合于檢測非常微小的物體。所有的紅、綠 、藍(lán)（ RGB）波長范圍包括所有必要色度、飽和度和亮度等信息都被包括在最后的信號值中。每個光電管對相應(yīng)光譜濾波器的顏色光最敏感，主要是紅色，綠色，藍(lán)色。廣泛應(yīng)用于：移動設(shè)備 PDA、 移動電話、筆記本電腦和數(shù)碼相機的鍵盤和顯示屏背光控制。其次，利用 TCS3200 顏色傳感器，在合適的環(huán)境下，對被測物體進(jìn)行檢測，將測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。國內(nèi)顏色傳感器技術(shù)還不夠成熟，一般采用傳統(tǒng)光源，體積較大，精度和穩(wěn)定性不高，因此，此次設(shè)計具有良好的應(yīng)用前景及實際 意義。 顏色識別算法 顏色 識別的應(yīng)用 在現(xiàn)今的工業(yè)化社會中，色彩識別被廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)之中， 如： 各種物體表面顏色識別（產(chǎn)品包裝色標(biāo)檢測，產(chǎn)品外表特征顏色的檢測，液體溶液顏色變化過程的檢測與控制，等等 ） 。需要注意的一點是 ,RGB顏色模型所覆蓋的顏色域取決于顯示設(shè)備因光電的顏色特性。 （ 1）光源的影響 照射光包含有太陽光和外界雜散光 ,太陽照射角度、云層厚度和其它天氣條件都會導(dǎo)致照射光發(fā)生變化 ,從而導(dǎo)致被測物體顏色發(fā)生變化。 圖 22 RGB顏色傳 感器 在三個光電二極管上貼上三基色濾色片 ,三種光通過同一透鏡發(fā)射后被目標(biāo)物體反射 ,根據(jù)測出的數(shù)據(jù)求出顏色的成分。 （ 2) 色差傳感器 在一些實際應(yīng)用中 (如分揀、 質(zhì)量監(jiān)控等行業(yè) ),并不需要確切了解被測物的具體顏色 ,而只需要對兩個物體的色差進(jìn)行識別與判斷 ,區(qū)別出從一種顏色到另一種顏色的 變化。在不同波長的光照射下 ,兩只光電二極管電流的比值 I2/I1不同 , I1是淺結(jié)二極管的短路電流 , I2是深結(jié)二極管的短路電 流。Ir(λ )為透過紅外濾色片的光強 。 R 為液晶單元有效的光延遲 。光從光纖射出時 ,光的特性得到調(diào)制 ,通過對調(diào)制光的檢測 ,便能感知外界的信息。 1986 年 Tang 曾報道了利用有機材料制成光電轉(zhuǎn)換效率很高的太陽能電池 ,由此可見有機材料具有良好的光敏性能 ,所以有機材料顏色傳感器 被認(rèn)為是很有發(fā)展前景的一種傳感器。從 Kudo 的實驗結(jié)果可知 ,有機材料的光敏特性不僅與電壓 VG 有關(guān) ,還與有機材料本身有關(guān) ,所以利用有機材料完全有希望發(fā)展出一種新型的價格低廉且性能優(yōu)良的顏色傳感器。 AT89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 3 個16 位定時器 /計數(shù)器，一個響亮 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。對 P0 口端口寫“ 1”時，引腳作高阻抗輸入。 表 31 引腳號 功能特性 T2（定時 /計數(shù)器 2外部計數(shù)脈沖輸入），時鐘輸出 T2EX定時 /計數(shù) 2捕獲 /重裝載觸發(fā)和方向控制 在 Flash 編程和校驗時， P1口接收低 8 位地址字節(jié)。 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電 流） 4 個 TTL 邏輯電平。在 Flash 編程時，此引腳（ PROG ）也使用作編程輸入脈沖。當(dāng) AT89C52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN 在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)儲存器時， PSEN 將不被激活。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8個 TTL 邏輯電平。 此外，與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分別作為定時 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和輸出（ ），具體如下表 33所示。在 Flash 編程和校驗時， P2 口接收低 8位地址字節(jié)和一些控制信號。 ALE/PROG ：地址鎖存器控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。 PSEN ：外部程序儲存器選通信號（ PSEN ）是外部程序存儲器選通信號。 TCS3200 顏色識別原理簡介 TCS3200 芯片的結(jié)構(gòu)框圖與特點 TCS3200 是 TAOS 公司推出的可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器。這些光電二極管在芯片內(nèi)是交叉排列的，能夠最大限度地減少入射光輻射的不均勻性，從而增加顏色識別的精確度；另一方面，相同顏色的 16 個光電二極管是并聯(lián)連接的，均勻分布在二極管陣列中，可以消除顏色的位置誤差。表 35是 S0、 S1 及 S S3 的可用組合。對于 TCS3200 來說，當(dāng)選定一個顏色濾波器時，它只允許某 種特定的原色通過，阻止其他原色的通過。這里有兩種方法來計算調(diào)整參數(shù) :（ a)依次選通三顏色的濾波器，然后對 TCS3200 的輸出脈沖依次進(jìn)行計數(shù)。 字符型液晶顯示器模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣式液晶顯示模 塊。本文將介紹 16*2 字符型液晶顯示模塊 CA1602A 的應(yīng)用。 表 36 HD44780內(nèi)部寄存器選擇表 RS RW 寄存器及操作 0 0 指令寄存器寫入 0 1 忙標(biāo)志和地址計數(shù)器讀出 1 0 數(shù)據(jù)寄存器寫入 1 1 數(shù)據(jù)寄存器讀出 總共有 11 條指令，它們的格式和功能如下表 37。 本章 小結(jié) 本章主要介紹了 TCS3200 顏色傳感器和 LCD1602 液晶顯示器的相應(yīng)原理，以及它們與單片機的連接方式及相應(yīng)的電路原理圖，其中對 TCS3200 顏色傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各個管腳以及它們的功能作了詳細(xì)介紹，為后面整個系統(tǒng)的具體設(shè)計提供了很好的幫助。時鐘電路連接方式如下 圖 44 時鐘電路 復(fù)位電路 ：確定單片機工作的起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。通常在單片機工作出現(xiàn)混亂或 “ 死機 ” 時，使用手動復(fù)位可實現(xiàn)單片機 “ 重啟 ” 。TCS3200Mode(FrequencyMode,PhotoDiodeMode)。 OCR1AL=0x00。 } unsigned char TCS3200Mode(unsigned char FOutMode,unsigned char PhotoType) { if( FOutMode == F_POWERDOWN) { PORTC = PORTC amp。} else if(FOutMode == F_100_100) { 。 } else if(FOutMode == F_100_2) { PORTD = PORTD amp。 OCR1BL=0x00。 TCCR1B=0x06。 本模塊主要包括 TCS3200 初始化、定時器初始化和顏色采集，具體程序如下： void TCS3200Inital(void) { DDRC= DDRC|0x0f。一般采用的辦法是在 RST 端和正電源 Vcc 之間接一個按鈕。實物圖如 42所示。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖 34 是 1602 的內(nèi)部顯示地址。 圖 33 CA1602A的外觀 CA1602A 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，各引腳情況如下： 第 1腳： Vss，電源地 第 2腳： Vcc， +5v 電源 陜 西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 24 第 3腳： Vo，液晶顯示偏壓信號 第 4 腳： RS，數(shù)據(jù) /命令選擇端，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器。點陣字符位之間有一定點距的間隔，這樣就起到了字符間距和行距的作用。 (b)設(shè)置定時器為一固定時間（例如 10ms），然后選通三種顏色的濾波器，計算這段時間內(nèi) T