【正文】 圖 43 單片機(jī)最小系統(tǒng) 要使單片機(jī)工作起來(lái)，最基本的電路的構(gòu)成為 電源電路 ：向單片機(jī)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(chǔ)器（ CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)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(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“ A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“ A”。 第 5 腳： RW：讀 /寫選擇端，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。 要使用點(diǎn)陣型 LCD 顯示器，必須有相應(yīng)的 LCD 控制器、驅(qū)動(dòng)器來(lái)對(duì) LCD 顯示器進(jìn)行掃描、驅(qū)動(dòng)，以及一定空間的 ROM 和 RAM 來(lái)存儲(chǔ)寫入的命令和顯示字符的點(diǎn)陣。在實(shí)際測(cè)試時(shí)，室外同樣的時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，顏色識(shí)別系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 23 把測(cè)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(duì)應(yīng)的 R、 G和 B的值。 （ 3）白平衡和顏色識(shí)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(shí)。輸出比例因子使傳感器的輸出能夠適應(yīng)不同的測(cè)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(gè)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(jiǎn)單。為使能從 0000H— FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令， EA 端必須保持低電平（接地）。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE脈沖將會(huì)跳過(guò)。作為輸入使用時(shí)，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(duì) P2 口寫“ 1”時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)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(guò)將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置“ 1”， ALE 操作無(wú)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(shí)，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(shí)， P0 口也用來(lái)接受指令字節(jié)：在程序效驗(yàn)時(shí)，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(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。本系統(tǒng)是以 AT89C52 單片機(jī)為核心，以TCS3200 顏色傳感器和 LCD1602 為子系統(tǒng)建立起來(lái)的 。 有機(jī)靜電感應(yīng)顏色傳感器有兩個(gè)有機(jī)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(guò)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(shí)驗(yàn)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(cè)物 ,RGB 標(biāo)準(zhǔn)濾色片同裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)盤上 ,當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) ,物體反射的不同波長(zhǎng)的光相繼經(jīng)過(guò)濾色片到達(dá)光探測(cè)器 ,從光敏管電流強(qiáng)弱 ,即可反映被測(cè)圖樣顏色。 其測(cè)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(qiáng) I(λ )。λ 為入射光的波長(zhǎng)。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(zhǎng)。 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?yàn)闄z測(cè)距離無(wú)論怎樣變化 ,只能引起光強(qiáng)的變化 ,而三種顏色光的比例不會(huì)變 ,因此 ,即使在目標(biāo)有機(jī)械振動(dòng)的場(chǎng)合也可以檢測(cè) 。觀測(cè)方位是指被測(cè)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(qiáng)。值得注意的是 , 不同的光線通過(guò)物體反映出來(lái)的光強(qiáng)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(lái)的光強(qiáng)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(shí)，即使是沒有經(jīng)過(guò)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(duì)于顏色的識(shí)別，以前一般采用機(jī)器視覺， 利用計(jì)算機(jī)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(cè)精度和優(yōu)勢(shì)的價(jià)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(guò)自學(xué)習(xí)模式存儲(chǔ)一個(gè)或三個(gè)顏色參考值。專為檢測(cè)長(zhǎng)方形物體而設(shè)計(jì)。在 30 多種不同的灰度等級(jí)中，色標(biāo)檢測(cè)器可檢測(cè)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(duì)比度檢測(cè)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(shí)儀器。 顏色識(shí)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(shí)別與檢測(cè)，色彩傳感器具有高精度 3 色測(cè)量 (CIE)，是測(cè)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(hào)反饋的信息控制并達(dá)到相應(yīng)的 Yxy值。 TCS3200 它對(duì)光的動(dòng)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(gè)可編程的引腳，使用者可以對(duì) 100%、 20%、2%或者是動(dòng)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(guò)使用 TCS3200 顏色傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)色彩識(shí)別的功能。如：各種物體表面顏色識(shí)別（產(chǎn)品包裝色標(biāo)檢測(cè)，產(chǎn)品外表特征顏色的檢測(cè)，液體溶液顏色變化過(guò)程的檢測(cè)與控制，等等）。 目前 ,基于各種原理的顏色識(shí)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(cè)的是三刺激值 。 （ 2) 德國(guó) ELTROTEC 色標(biāo)傳感器可以檢測(cè)出顏色的差異， ELTROTEC 色標(biāo)檢測(cè)器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗背景干擾能 力強(qiáng)。適合于檢測(cè)非常微小的物體。所有的紅、綠 、藍(lán)（ RGB）波長(zhǎng)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(hào)值中。每個(gè)光電管對(duì)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(dòng)設(shè)備 PDA、 移動(dòng)電話、筆記本電腦和數(shù)碼相機(jī)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(duì)被測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)，將測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。國(guó)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(jì)具有良好的應(yīng)用前景及實(shí)際 意義。 顏色識(shí)別算法 顏色 識(shí)別的應(yīng)用 在現(xiàn)今的工業(yè)化社會(huì)中，色彩識(shí)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(shí)別（產(chǎn)品包裝色標(biāo)檢測(cè)，產(chǎn)品外表特征顏色的檢測(cè)，液體溶液顏色變化過(guò)程的檢測(cè)與控制，等等 ） 。需要注意的一點(diǎn)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(yáng)光和外界雜散光 ,太陽(yáng)照射角度、云層厚度和其它天氣條件都會(huì)導(dǎo)致照射光發(fā)生變化 ,從而導(dǎo)致被測(cè)物體顏色發(fā)生變化。 圖 22 RGB顏色傳 感器 在三個(gè)光電二極管上貼上三基色濾色片 ,三種光通過(guò)同一透鏡發(fā)射后被目標(biāo)物體反射 ,根據(jù)測(cè)出的數(shù)據(jù)求出顏色的成分。 （ 2) 色差傳感器 在一些實(shí)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(cè)物的具體顏色 ,而只需要對(duì)兩個(gè)物體的色差進(jìn)行識(shí)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(zhǎng)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(guò)紅外濾色片的光強(qiáng) 。 R 為液晶單元有效的光延遲 。光從光纖射出時(shí) ,光的特性得到調(diào)制 ,通過(guò)對(duì)調(diào)制光的檢測(cè) ,便能感知外界的信息。 1986 年 Tang 曾報(bào)道了利用有機(jī)材料制成光電轉(zhuǎn)換效率很高的太陽(yáng)能電池 ,由此可見有機(jī)材料具有良好的光敏性能 ,所以有機(jī)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(shí)驗(yàn)結(jié)果可知 ,有機(jī)材料的光敏特性不僅與電壓 VG 有關(guān) ,還與有機(jī)材料本身有關(guān) ,所以利用有機(jī)材料完全有希望發(fā)展出一種新型的價(jià)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(gè)16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè)響亮 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。對(duì) P0 口端口寫“ 1”時(shí)，引腳作高阻抗輸入。 表 31 引腳號(hào) 功能特性 T2（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX定時(shí) /計(jì)數(shù) 2捕獲 /重裝載觸發(fā)和方向控制 在 Flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口接收低 8 位地址字節(jié)。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電 流） 4 個(gè) TTL 邏輯電平。在 Flash 編程時(shí)，此引腳（ PROG ）也使用作編程輸入脈沖。當(dāng) AT89C52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器時(shí)， PSEN 將不被激活。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 邏輯電平。 此外，與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分別作為定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和輸出（ ），具體如下表 33所示。在 Flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口接收低 8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 ALE/PROG ：地址鎖存器控制信號(hào)（ ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。 PSEN ：外部程序儲(chǔ)存器選通信號(hào)（ PSEN ）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。 TCS3200 顏色識(shí)別原理簡(jiǎn)介 TCS3200 芯片的結(jié)構(gòu)框圖與特點(diǎn) 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(shí)別的精確度；另一方面，相同顏色的 16 個(gè)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(duì)于 TCS3200 來(lái)說(shuō)，當(dāng)選定一個(gè)顏色濾波器時(shí)，它只允許某 種特定的原色通過(guò)，阻止其他原色的通過(guò)。這里有兩種方法來(lái)計(jì)算調(diào)整參數(shù) :（ a)依次選通三顏色的濾波器，然后對(duì) TCS3200 的輸出脈沖依次進(jìn)行計(jì)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(hào)等的點(diǎn)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(jì)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(jī)的連接方式及相應(yīng)的電路原理圖，其中對(duì) TCS3200 顏色傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各個(gè)管腳以及它們的功能作了詳細(xì)介紹，為后面整個(gè)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)提供了很好的幫助。時(shí)鐘電路連接方式如下 圖 44 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 ：確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程。通常在單片機(jī)工作出現(xiàn)混亂或 “ 死機(jī) ” 時(shí)，使用手動(dòng)復(fù)位可實(shí)現(xiàn)單片機(jī) “ 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(shí)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(gè)按鈕。實(shí)物圖如 42所示。要顯示字符時(shí)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(jì)說(shuō)明書） 24 第 3腳： Vo，液晶顯示偏壓信號(hào) 第 4 腳： RS，數(shù)據(jù) /命令選擇端，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。點(diǎn)陣字符位之間有一定點(diǎn)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(shí)器為一固定時(shí)間（例如 10ms），然后選通三種顏色的濾波器，計(jì)算這段時(shí)間內(nèi) T