對(duì)從單片機(jī)機(jī)構(gòu)上探討計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

楊發(fā)明

【摘 要】信息化時(shí)代，單片機(jī)被廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)中，尤其在計(jì)算機(jī)行業(yè)中應(yīng)用作為廣泛。電腦是單片機(jī)應(yīng)用最為透徹的一項(xiàng)技術(shù)，并且吵著微型、高效、低能方向發(fā)展。一般的計(jì)算機(jī)中，是在線式實(shí)時(shí)，它能夠現(xiàn)場(chǎng)時(shí)的控制，所以這就需要比較強(qiáng)的抗干擾的能力，并且需要低成本，同時(shí)需要比較家用PC。目前，單片機(jī)能夠應(yīng)用于各種系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)等，同時(shí)在與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)來(lái)逐漸的組成二級(jí)的控制系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；計(jì)數(shù)器；敏感性能；采集系統(tǒng)；二級(jí)控制系統(tǒng)；

【中圖分類號(hào)】TP339【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）02-0356-02

1.單片機(jī)的介紹

單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó)50年代開(kāi)發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來(lái)搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國(guó)70年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過(guò)你編寫(xiě)的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率。

由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí)匯編語(yǔ)言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語(yǔ)言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢？很多高級(jí)的語(yǔ)言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡(jiǎn)單，就是單片機(jī)沒(méi)有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU，也沒(méi)有像硬盤那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)可視化高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十K的尺寸！對(duì)于家用PC的硬盤來(lái)講沒(méi)什么，可是對(duì)于單片機(jī)來(lái)講是不能接受的。 單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來(lái)運(yùn)行，家用PC的也是承受不了的。

目前最常用的單片機(jī)為MCS-51，是由美國(guó)INTEL公司（生產(chǎn)CPU的英特爾）生產(chǎn)的，89C51是這幾年在我國(guó)非常流行的單片機(jī)，它是由美國(guó)ATMEL公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的，其內(nèi)核兼容MCS-51單片機(jī)。

單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域：?jiǎn)纹瑱C(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：.在智能儀器儀表上的應(yīng)用，單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備。

在家用電器中的應(yīng)用，可以這樣說(shuō)，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無(wú)所不在。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用，現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無(wú)線電對(duì)講機(jī)等。

2.計(jì)數(shù)器總體思路與結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)上電復(fù)位，計(jì)數(shù)器自動(dòng)復(fù)位清零。當(dāng)無(wú)物體遮擋時(shí)計(jì)數(shù)器不被觸發(fā)計(jì)數(shù)，使之保持原態(tài)，計(jì)數(shù)器顯示數(shù)值不會(huì)變化。當(dāng)有物體遮擋時(shí)使計(jì)數(shù)器可靠觸發(fā)，計(jì)數(shù)器被觸發(fā)翻轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)。當(dāng)物體下次到來(lái)時(shí)，計(jì)數(shù)器將自動(dòng)加一，直到加至計(jì)數(shù)值為999。繼續(xù)加一，使計(jì)數(shù)器進(jìn)入下次從099的循環(huán)計(jì)數(shù)。通過(guò)以上分析，數(shù)字式光電計(jì)數(shù)器電路主要由直流穩(wěn)壓電源、光電變換電路（信號(hào)采樣電路）、信號(hào)觸發(fā)電路和兩位數(shù)電子計(jì)數(shù)器電路及譯碼顯示電路等組成。

電路分析。電路中對(duì)于第一比較器IC2B，當(dāng)紅外傳感器輸出的脈沖信號(hào)電壓小于參考電壓時(shí)，輸出端輸出高電平；當(dāng)輸入電壓大于參考電壓時(shí)，輸出低電平。對(duì)于IC2A，當(dāng)IC2B輸出高電平時(shí)，它輸出低電平。這時(shí)，光耦合器中的發(fā)光二極管、光敏三極管導(dǎo)通，使VT導(dǎo)通輸出低電平，這是紅外傳感器在無(wú)物體遮擋時(shí)脈沖輸出端的輸出狀態(tài)。當(dāng)IC2B輸出低電平時(shí)，IC2A輸出高電平，光耦合器中的發(fā)光二極管截止，光電管及VT截止，輸出高電平，這是紅外傳感器被遮擋后脈沖輸出端的輸出狀態(tài)。這樣，每當(dāng)傳感器被遮擋一次，脈沖形成電路便輸出一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。從而觸發(fā)譯碼器在數(shù)碼管上顯示計(jì)數(shù)值。一只計(jì)數(shù)器上加上兩個(gè)譯碼器和兩個(gè)數(shù)碼管組成一個(gè)兩位的電子計(jì)數(shù)器。它的計(jì)數(shù)范圍為0～999，采用同樣的計(jì)數(shù)器和譯碼器進(jìn)行級(jí)聯(lián)便可組成多位計(jì)數(shù)器。電路中，C4與R12組成開(kāi)機(jī)復(fù)位電路，接通電源后由RC電路產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位脈沖加至計(jì)數(shù)器的復(fù)位端R，計(jì)數(shù)器自動(dòng)清零。本電路采用脈沖下降沿觸發(fā)方式，計(jì)數(shù)脈沖由EN端輸入，這時(shí)應(yīng)將CP端接地。

電路的優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)方法：一是電路的優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制、計(jì)數(shù)精確、直觀性比較好、具有一定的抗干擾能力且比較容易實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)，以達(dá)到擴(kuò)大計(jì)數(shù)范圍的作用，同時(shí)電路具有很強(qiáng)的實(shí)用性。二是電路的不足，由紅外發(fā)射管IRED和接收管VTP組成的信號(hào)采樣電路靈敏度稍差，以及電路焊接工藝和線路排布個(gè)人覺(jué)得并不十分完美。三是電路改進(jìn)措施，在調(diào)試之前我把發(fā)光管與接收管正對(duì)，同時(shí)為避免自然光線干擾引起誤計(jì)數(shù)，我在接收管上套一段黑色圓管作遮光筒，將兩管之間調(diào)整好距離，以有效實(shí)現(xiàn)物體運(yùn)動(dòng)。在電路板焊接工藝這一塊，有待于在今后的技能實(shí)習(xí)中進(jìn)一步加強(qiáng)和訓(xùn)練。四是電路調(diào)試過(guò)程中兩種出現(xiàn)的情況 ①電壓比較器LM393的第一級(jí)比較器的參考電壓端（五號(hào)端）的上電電壓很高，接近于電源電壓，使輸入端（六號(hào)端）與之比較時(shí)沒(méi)有反應(yīng)，LM393不能正常工作，從而不能產(chǎn)生脈沖信號(hào)。②某些時(shí)候數(shù)碼顯示器計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于脈沖發(fā)生電路所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)頻率不正常。

解決方法：一是電壓比較器LM393集成塊的四號(hào)端和八號(hào)端對(duì)調(diào)，使四腳接地，八腳接正極，這樣就將參考電壓端（五號(hào)端）的電壓拉低，使之為VDD/2，即4.5V，使電路正常工作。二是既然脈沖信號(hào)頻率不正常，那么我就查脈沖發(fā)生電路，由發(fā)射接收管到電壓比較器再到光耦合器再到三極管最后到充放電電容。最終確定充放電電容不匹配，由容量為10的4次方皮法改為了10的2次方皮法，電路能準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，正常工作。

電源電路。220V交流市電經(jīng)變壓器T降壓，橋式整流器D1整流，電解電容C7濾波，三端穩(wěn)壓器78L05穩(wěn)壓，最后得到整機(jī)要求的+5V穩(wěn)定直流電源。單片機(jī)系統(tǒng)。U1為AT89S52單片機(jī)。C1，R0，R1和復(fù)位按鈕RESET組成手動(dòng)電平復(fù)位和上電自動(dòng)復(fù)位電路；C2，C3以及晶振JT1組成時(shí)鐘電路；C4，C5為+5V電源濾波電容。U2為CMOS6反相器CC4069，起驅(qū)動(dòng)作用。VD1～VD6為紅外發(fā)射管，其負(fù)極端接與P1口，P1口設(shè)置為輸出狀態(tài)，當(dāng)P1口為“0”時(shí)，VD1～VD6發(fā)紅外光。VD7～VD12為紅外接收管，當(dāng)接收到紅外光時(shí)導(dǎo)通，+5V電源通過(guò)VD7～VD12加到反相器CC4069的輸入端，經(jīng)反相為低電平，這時(shí)P3.0～P3.5為低電平。

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