【文章內(nèi)容簡介】 按一定的函數(shù)關(guān)系 (通常是線性關(guān)系 )轉(zhuǎn)換成便于測量的物理量 (如電壓、電流或頻率等 )輸出。 2．信號處理 即處理光電傳感器采集到的低頻信號的模擬電路 (包括放大、濾波、整形等 )。 3. 單片機電路 即利用單片機自身的定時中斷計數(shù)功能對輸入的脈沖電平進行運算得出心外部中斷信號 光電傳感器 低通放大器 比較器和振蕩器 單片機 AT89C51 液晶 顯示電路 外部晶振 穩(wěn)壓電路 率（包括 AT89C5外部晶振、外部中斷等）。 4．液晶顯示 即把單片機計算得出的結(jié)果用液晶顯示出來 5. 穩(wěn)壓電源 即向光電傳感器、信號處理、單片機提供的電源，可以是 5V9V 的交流或直流的穩(wěn)壓電源 第 3 章 基本元器件的選擇 STC89C52 單片機（ Microcontroller，又稱微處理器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型機，這些部件包括中央處理器 CPU、數(shù)據(jù)存儲器 RAM、程序存儲器 ROM、定時器 /計數(shù)器和多種 I/O 接口電路，如圖 31所示。 圖 31 單片機基本結(jié)構(gòu) STC89 系列單片機是 MCS51 系列單片機的派生產(chǎn)品。它們在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標準 8052 單片機完全兼容， DIP40 封裝系列與 8051 為pintopin 兼容。 STC89 系列單片機高速 (最高時鐘頻率 90MHz)，低功耗，在系統(tǒng) /在應用可編程 (ISP， IAP),不占用戶資源。 STC89 系列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以劃分為CPU、存儲器、并行口、串行口、定時器 /計數(shù)器、中斷邏輯幾部分。 （ 1）中央處理器 時 鐘 電 路R O M R A M定 時 / 計 數(shù) 器C P U并 行 接 口 串 性 接 口中 斷 系 統(tǒng)T 1T 0P 0P 1P 2P 3T X DR X D0INT 1IN T STC89C52 的中央處理器由運算器和控制邏輯構(gòu)成，其中包括若干特殊功能寄存器（ SFR）。 算術(shù)邏輯單元 ALU 能對數(shù)據(jù)進行加、減、乘、除等算術(shù)運算； “ 與 ” 、 “ 或 ” 、“ 異或 ” 等邏輯運算以及位操作運算。 ALU 只能進行運算，運算的操作數(shù)可以事先存放到累加器 ACC 或寄存器 TMP 中，運算結(jié)果可以送回 ACC 或通用寄存器或存儲單元中，累加器 ACC 也可以寫為 A。 B 寄存器在乘法指令中用來存放一個乘數(shù)，在除法指令中用來存放除數(shù)，運算后 B中為部分運算結(jié)果。 程序狀態(tài)字 PSW 是個 8位寄存器，用來寄存本次運算的特征信息，用到其中七位。其各位的含義是 ： CY：進位標志。有進位 /錯位時 CY=1，否則 CY=0。 AC：半進位標志。當 D3位向 D4位產(chǎn)生進位 /錯位時， AC=1，否則 AC=0，常用于十進制調(diào)整運算中。 F0：用戶可設定的標志位，可置位 /復位，也可供測試。 RS RS0：四個通用寄存器組選擇位，該兩位的四種組合狀態(tài)用來選擇 0~3寄存器組。 OV：溢出標志。當帶符號數(shù)運算結(jié)果超出 128~+127范圍時 OV=1，否則 OV=0。當無符號數(shù)乘法結(jié)果超過 255 時，或當無符號數(shù)除法的除數(shù)為 0 時 OV=1，否則OV=0。 P：奇偶校驗標志。每條指令執(zhí)行完，若 A 中 1 的個數(shù)為奇數(shù)時 P=1，否則P=0，即偶校驗方式。 控制邏輯主要包括定時和控制邏輯、指令寄存器 、譯碼器以及地址指針DPTR 和程序寄存器 PC 等。 單片機是程序控制式計算機，即它的運行過程是在程序控制下逐條執(zhí)行程序指令的過程：從程序存儲器中取出指令送指令存儲器 IR，然后指令譯碼器 ID進行譯碼，譯碼產(chǎn)生一系列符合定時要求的微操作信號，用以控制單片機的各部分動作。 STC89C52 的控制器在單片機內(nèi)部協(xié)調(diào)各功能部件之間的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)運算等操作，并對單片機發(fā)出若干控制信息。這些控制信息的使用專門的控制線，諸如 PSEN、 ALE、 EA 以及 RST，也有一些是和 P3口的某些端子合用，如 WR 和 RD就是 和 ，他們的具體功能在介紹 STC89C52 引腳是一起敘述。 （ 2）存儲器組織 STC89 單片機的存儲器結(jié)構(gòu)特點之一是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，并有各自的尋址機構(gòu)和尋址方式，這種結(jié)構(gòu)稱為哈佛結(jié)構(gòu)單片機。這種結(jié)構(gòu)與通用微機的存儲器結(jié)構(gòu)不同，一般微機只有一個存儲器邏輯空間，可隨意安排 ROM或 RAM，訪存時用同一種指令，這種結(jié)構(gòu)稱為普林斯頓型。 STC89 單片機在物理上有四個存儲空間：片內(nèi)程序存儲器和片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。 STC89 片內(nèi)有 256K 數(shù)據(jù)存儲器 RAM 和 4KB 的程序存儲器 ROM。除此之外，還可以在片外擴展 RAM 和 ROM，并且各有 64KB 的尋址范圍。也就是最多可以在外部擴展 2*64KB 存儲器。 STC89 的存儲器組織結(jié)構(gòu)如圖 32所示。 64K 字節(jié)的程序存儲器（ ROM）空間中，有 4K 字節(jié)地址區(qū)對于片內(nèi) ROM 和片外 ROM 是公用的，這 4K 字節(jié)地址是 0000H~FFFH。而 1000H~FFFFH 地址區(qū)為外部ROM 專用。 CPU 的控制器專門提供一個控制信號 EA 用來區(qū)分內(nèi)部 ROM 和外部 ROM的公用地址區(qū)：當 EA接高電平時，單片機從片內(nèi) ROM的 4K字節(jié)存儲器區(qū)取指令，而當指令地址超過 0FFFH 后，就自動的轉(zhuǎn)向片外 ROM 取指令。當 EA 接低電平時，CPU 只從片外 ROM 取指令。 程序存儲器的某些單元是保留給系統(tǒng)使用的： 0000H~0002H 單元是所有執(zhí)行程序的入口地址，復位以后， CPU 總是叢 0000H 單元開始執(zhí)行程序。 0003H~002AH單元均勻地分為五段，用做五個中斷服務程序的入口。用戶程序不應進入上述區(qū)域。 圖 32 存儲器組織結(jié)構(gòu)圖 STC89 的 RAM 雖然字節(jié)數(shù)不很多，但卻起著十分重要的作用。 256 個字節(jié)被 分為兩個區(qū)域： 00H7FH 時真正的 RAM 區(qū)，可以讀寫各種數(shù)據(jù)。而 80H~FFH 是專門用于特殊功能寄存器（ SFR）的區(qū)域。對于 8051 安排了 21個特殊功能寄存器，每個寄存器為 8 位，所以實際上 128 個字節(jié)并沒有全部利用。 內(nèi)部 RAM 的各個單元，都可以通過直接地址來尋找，對于工作寄存器，則一般都直接用 R0~R7，對特殊功能寄存器，也是直接使用其名字較為方便。 8051內(nèi)部特殊功能寄存器都是可以位尋址的，并可用 “ 寄存器名 .位 ” 來表示，如 ， 等。 光電傳感器 光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此 ,光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。 光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。 光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用。近年來，新的光電器件不斷涌現(xiàn)，特別是 CCD 圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進一步應用開創(chuàng)了新的一頁。 在此次設計中我們采用的是光電傳感器中最常見普遍的光敏二極管做 紅外接收二極管和光面三極管做紅外發(fā)送三極管。 光敏二極管 光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN 結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負載電阻相串聯(lián)，當無光照時，它與普通二極管一樣，反向電流很小，稱為光敏二極管的暗電流；當有光照時，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子 空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反 向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強 度成正比，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。 光敏三極管 光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。光敏三級管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個極 —— 發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。在無光照時管子流過的電流為暗電流 Iceo=（ 1+β） Icbo（很?。纫话闳龢O管的穿透電流還?。划斢泄庹諘r，激發(fā)大量的電子 空穴 對，使得基極產(chǎn)生的電流 Ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，集電極電流 Ic=（ 1+β） Ib，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。 光電傳感器檢測原理 檢測原理是 : 隨著心臟的搏動，人體組織半透明度隨之改變：當血液送到人體組織時，組織的半透明度減小，當血液流回心臟，組織半透明度則增大；這種現(xiàn)象在人體組織較薄的手指尖、耳垂等部位最為明顯。因此本設計將光敏二極管產(chǎn)生的紅外線照射到人體的手指部位，經(jīng)過手指組織的反射和衰減由裝在該部位旁邊的光敏三管來接收其透射光并把它轉(zhuǎn)換成電信號。由于手指動脈血在血液循環(huán) 過程中呈周期性的脈動變化，所以它對光的反射和衰減也是周期性脈動的 , 于是光敏接收三極管輸出信號的變化也就反映了動脈血的脈動變化。故只要把此電信號轉(zhuǎn)換成脈沖并進行整形、計數(shù)和顯示，即可實時的測出脈搏的次數(shù) 液晶顯示器 在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、 LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。在單片機系統(tǒng)中應用晶液顯示 器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點： 顯示質(zhì)量高由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（ CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。 數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。 體積小、重量輕液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 功耗低相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動 IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 1602 字符型 LCD 簡介