简易红外自动计数器的设计
【摘要】
基于单片机构成的产品自动计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中得到广泛应用。数字计数器有多种形式，总体来说有接触式和非接触式两种，在科技发展的今天，非接触式红外计数器得到了广泛的应用。本设计采用一对红外发射接收管作为红外计数器的信号检测头，具有价格低廉，抗干扰性好，结构简单，操作方便等特点。指导思想是利用红外发光管发射红外线，红外接收管接收此红外线，并将其放大、整流形成低电平信号.当有人或物挡住红外光时，接收管没有接收到红外信号，放大器将输出高电平，同时将这个电平信号送入单片机进行控制计数，并且使数码管显示数值。这样就得到要统计的人或物的数量。
关键字：红外对管；单片机;数码管
Abstract: Based on single chip product automatic counter has the dvantages of intuitive and counting precision, has been widely used in various industries. Digital counter has various forms, generally has a contact type and non-contact type two kinds, in today's development of science and technology, non-contact infrared counter has been widely used. This design USES a pair of infrared receiving tube as infrared counter signal detection head, with a low price, good anti-interference, simple structure, convenient operation, etc. Launch infrared guiding ideology is the use of infrared light-emitting tube, infrared receiving tube receives the infrared ray, and the low level signal amplification, rectification formation. When someone or something blocking infrared receiving tube did not receive the infrared signal, amplifier output will be high
Keywords: Infrared tube; Single chip microcomputer; Digital tube
目录
1.绪论 (1)
1.1前言 (1)
1.2选题背景 (1)
1.3设计要求 (1)
1.4市场发展概况 (1)
1.5此次设计研究的主要内容应解决问题 (2)
2.基于单片机构成的产品自动计数器的设计 (3)
2.1方案论证与选择 (3)
2.2 系统总体框图和原理 (4)
2.3系统单元电路设计 (5)
2.3.1电源供电电路 (5)
2.3.2红外线检测部分 (6)
2.3.3数码管显示部分 (7)
2.3.4单片机计数及控制部分 (8)
2.4系统流程图设计 (11)
2.5总体电路图 (12)
3实物的制作 (13)
总结 (14)
参考文献 (15)
1.绪论
1.1前言
在当今社会飞速发展的今天，厂家基本采用流水线技术进行产品生产作业，而怎样对其线上的产品进行实时的、有效的、精确的自动计数成为广大生产厂家十分关注的问题。传统的机械式或电子式计数器（主要是用数字电路集成组件组成）电路比较复杂，元器件数量较多，故障率较高，维修比较困难，而设置预定数值不太方便，功能不易更改且功能过于单一，适用范围较窄。而基于单片机为核心控制的计数器有着能够实时、精确、可靠、稳定等计数优点已成为广大厂家的首先自动计数装置。
1.2选题背景
计算机技术迅速发展，基于单片机技术开发的计数设备和产品广泛应用到各个领域，单片机技术产品和设备促进了生产技术水平的提高，企业迫切需要大量熟练掌握单片机技术并能开发、应用和维护管理这些智能化产品的高级工程技术人才，单片机以体积小、功能强、可靠性高、性能价格比高等特点，已成为实现工业生产技术进步和开发机电一体化和智能化测控产品的重要手段，已经实现或部分实现，但要真正完美地实现这些目标，对于设计者来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了，电子计数器是一种多功能的电子测量仪器，它利用电子学的方法测出一定时间内输入的脉冲数目，并将结果以数字形式显示出来。
1.3设计要求
（1）整个系统有较强的抗干扰能力
（2）计数范围：00～99
（3）将计数值准确显示出来
（4）具有自动清0能力
1.4市场发展概况
如今的产品自动计数器大多采用非接触方式，早已开发出了多种型号的专用检测芯片。而利用AT89C51为控制单元、辅以多种外围硬件搭配而成的计数装置已成为现在自动计数应用领域的潮流。而如何提高自动计数器的实时性、抗干扰能力、稳定性是现在国内外自动计数生产研究的主要课题，产品自动计数主要用于工厂的流水线，往往是处于高温，高噪声等极度恶劣的环境中，而AT89C系列单片机构成的产品自动计数器在这种环境中工作时往往会出现误操作（单片机程序跑飞）或死机（程序进入死循环），这也是基于单片机构成的产品自动计数器
存在的致命。
1.5此次设计研究的主要内容应解决问题
基于单片机构成的产品自动计数研究的主要内容包括：如果构成检测电路、AT89C51单片机用何种方式对外部计数脉冲进行计数进行计数显示控制、LED显示驱动模块的选择、AT89C51单片机的扩展。在这个设计中主要需要解决的问题是如何提高AT89C51单片机的抗干扰能力以及稳定性。
2.基于单片机构成的产品自动计数器的设计
2.1方案论证与选择
方案一、如图2-1
图2-1 方案一原理框图
方案一原理阐述：专业检测芯片形成计数后送入控制单元AT89C51单片机，通过对它片内计数、显示编程。74LS245是LED驱动芯片，可以同时驱动4个7段数码管，AT24C02是EEPROM模块，可以保存单片机运算时的中间有用结果的芯片，是突然掉电，关断电源或瞬间电源电压不稳定时，不会造成数据丢失或数据误写，也可以在上电后从中读出其保存的数据内容，大大增强了抗干扰的能力。
方案二、如图2-2
图2-2方案二原理框图
方案二原理阐述：红外发射电路（以NE555为核心）和红外接收电路（由LM567为核心）构成红外检测单元及形成计数脉冲，计数显示部分使用了四合一芯片CL102它是集译码、驱动、锁存、显示为一体。
方案三、如图2-3
图2-3方案三原理框图
方案三原理阐述：利用红外接收发射管的特性（即红外接收头在有红外光电阻原理分压可取基准电压，然后通过电压比较器可输出高低电平，当有红外光照射的时候，红外接收管串联的电阻分得的电压很大，可使电压比较器LM324输出为低电平；当无红外光照射的时候，红外接收头串联电阻分得的电压很小，可使电压比较器LM324输出为高电平，然后通过单片机处理，可使输出精准的计数值。
以上三个方案各有自己的优点：
方案一既可完美的实现产品自动计数功能且能让系统处于异常状态和抗干扰时通过外围专用芯片到非常好的解决，外围电路架设相对简单、在市场上属于高端自动计数产品。同时它也暴露出一个重大问题；由于成本太贵的原因此类产品并没有得到普及。如果用此方案进行设计只需要了解各专用芯片的引脚功能以及外围连接方法就可以实现自动计数，并没有很好的达到我人做毕业设计的目的，故虽然这个方案最完美的一个方案也只有舍弃。
方案二是一个简易的产品自动计数器，价格低廉、计数精确，但在系统处于异常状态时，工作十分不稳定，也是属于现在产品自动计数市场上的淘汰产品，仅用于在计数要求不高的场合中，这个方案太过于简单故不选用。
方案三是这次毕业设计用的方案，之所以选用主要是这个方案涉及的知识面广且能达到精确、稳定的自动计数，但也有一个致使的缺点，整个系统的抗干扰力相对欠佳，系统掉电后不能保存数据，在系统出现异常状态时容易出现误操作或死机，这也是此设计难点的问题。
2.2 系统总体框图和原理
图2-4系统总体框图图2-5电源供电电路原理：电路的指导思想是红外发射管发射红外线，红外接收管接收红外线，并且接收管当有红外线照射的时候，电阻比较小，当无线外线照射的时候电阻比较大，这样就可以通过一个电压比较器和一个基准电压进行对比，当有光照的时候，红外接收管电阻比较小，那么和其串联的电压分压就会增大，所以电压比较器将会输出一高电平；当无光照射的时候，红外接收管的电阻比较大，这样电压比较器就会输出一个低电平。这个便是外部计数电平信号，这个电平信号送入AT89C51单片机进行计数控制，在经过扩展、显示驱动完成最后的显示过程。
2.3系统单元电路设计
2.3.1电源供电电路
如图2-5所示电源供电部分采用变压器降压、桥式整流、电容器滤波、三端稳压器7805如图2-6稳压后供电，电源用220V的家庭用电经变压器降至6V交流电，然后经四个整流二极管（D1～D4）如图2-7组成的桥式整流成直流电压，经C1滤波后输入7805芯片稳压成5V直流电源供红外发射、接收电路、AT89C51等供电。
图2-6三端稳压芯片图2-7桥式整流电路桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用电路，常用来将交流转变成为直流电。
工作原理：
桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。
半波整流利用二极管单向导通特性，在输入标准正弦波的情况下，输了获得正弦波正半部分，负半部分则损失掉。
桥式整流器利用四个二极管，两两对接，输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出，输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。桥式整流器对输入正弦波的利用率比半波整流高一倍。
桥式整流是交流转换成直流电的第一步。
桥式整流也叫整流桥堆。
桥式整流器是多只整流二极管作桥式连接，外用绝缘塑料封装而成，大功率整流器在绝缘层外添加金属壳包封，增强散热。桥式整流器品种多，性能优良，整效率高，稳定性好，最大整流电流从0.5A到50A，最高反射峰值电压从50V 到1000V。
整流电路是将交流电变成直流电的一种电路，但其输出的直流电的脉动成分较大，而一般电子设备所需直流电源的脉动系数（电压或电流的幅值与平均值之比，称为脉动系数S）要求小于0.01，故整流输出的电压必须采取一定的措施，
V R R R U 3.35455=+?=尽量降低输出电压中的脉动成分，同时要尽量保存输出电压中的直流成分，使输出电压接近于较理想的直流电，这样的电路就是直流电源中的滤波电路。
常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤、电感滤波和复式滤波（包括倒L 型、LC 滤波、LCrr 型滤波，也被称为电子滤波器。
直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示，此值越大，则滤波器的滤波效果越差。
脉动系数（S ）=输出电压交流分量的最大值/输出电压的直流分量
在交流电的角频率一定的情况下R 越大，C1越大，则脉动系数越小，也就是滤波效果就越好。而R 值增大时，电阻上的直流压降会增大，这样就增大了直流电源的内部损耗； 若增大C2的电容量，又会电容器的体积和重量，实现现起来也不现实。
为了解决这个问题，我们在稳压前后各有滤波吸收电路，利用电容器的充放电，补偿交流分量的电压波动如图
2-8
图2-8滤波电路
2.3.2红外线检测部分
图2-9红外线检测部分
如图2-9所示，红外线检测部分采用一对红外发送接收管完成，当电路正常工作时，无障碍物遮挡，红外接收头有红外线照射，这时，红外接收头的电阻很小，大部分电压都加在R3上，这正是电压比较器LM324的正向输入电压，而负向输入电压由R4和R5分压得到，而R3分得的电压要大于此基准电压值，故这时电压比较器LM324输出高电平；当在红外发射接收管间有一不透光的障碍物时，
，红外接收头无红外线照射，这时红外接收头的电阻很大，
大部分电压都加在红外接收头上，这也是电压比较器LM324的正向输入电压，而负向输入电压也是由R4和R5分压得到，和原来电压一样，这时，R3分得的电压要小于此基准电压值，故这时电压比较器LM324输出低电平。
2.3.3数码管显示部分
图2-10数码管显示部分
显示部分如图2-10是通过9013PNP三极管来完成位选操作。然后再通过软件译码来完成，为了考虑到数码管在动态扫描时，每点亮一个数码管的时间很短暂，这样就会影响到数码管的亮度，故在此用9013三极管作为数码管的一个段选驱动级。
而该设计中段码输出口是利用P0口作为输出口，而P0口是漏极开路，虽然有很强的灌电流能力，但拉电流能力很差，故在P0口上加一10的排阻作为上接电阻。上拉电阻的作用是，当单片机的P0口上输入为0时，上拉电阻上的电流直接流入单片机中，使数码管的段码上伤保持低电平，故在这时数码管不发光；而当单片机的P0口输出为0时，这时上拉电阻的有能使电流灌入单片机中，故排阻上的电流流入数码管中，因此这时数码管发光（这里用的是共阴数码管）。
数码管实际上就是八个发光二极管，它们以两种方式连接，如果将其阴极连接在一起，这种方式构成的数码管成为共阴数码管如图2-11；如果将其阳极连接在一起，这种方式构成的数码管为共阳数码管如图2-12。
图2-11共阴数码管原理图图2-12共阳数码管原理图
（1）LED数码管的特点
能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、TTL电路兼容；
发光响应时间极短（<0.1s），高频特性好，单色性好，亮度高；
体积小，重量轻，抗冲击性能好；
寿命长，使用天10万小时以上，甚至可达100万小时，且成本低。
显示部分采用软件译码方式，所谓软件译码就是把各字符的段选码组织到一个表中，要显示某字符先查表得到其段选码，然后送往显示器的段码线。
单片机应用系统中多采用软件译码的动态显示。
（2）数码管动态扫描
由于多位LED数码管所有段选线皆由一个8位I/O口控制，因此，在每一瞬间，我位LED会显示相同的字符，要想每位显示不同的字符，就必须采用扫描方法轮流点亮各位LED，即在每一瞬间只使某一位显示字符。在此瞬间，段选控制I/O输出相应字符段选码（字型码），而位选则控制I/O口在该显示位送入选通电平（因为LED为共阴时，则送入低电平，LED为共阳时，则送入高电平），以保证该位显示相应字符，轮流，使每位分时显示该位应显示的字符。段选码、位选码每送入一次后延时1ms，因人眼的视觉暂留时间为0.1s：（100ms），所以每位显示的间隔不必超过20ms，并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果，给人看上去每个数码管总在亮。
2.3.4单片机计数及控制部分
（1）计数部分
计数部分如图2-13所示。由单片机AT89C51控制完成。基本原理为当红外检测部分检测到有物体经过时，红外接收电路的串联电阻会分压减小，从而使电压比较器的正向输入端小于负向输入端的电压，从而使电压比较器输出一个低电平信号，这个信号将供给单片机进行计数控制。
计数部分有三种方案：外部中断、T0或T1计数器脉冲统计、查询法。
T0或T1计数器主要作用是在一定时间内计数脉冲的个数，我们在这里并非
图2-13单片机计数部分
研究对象为在一定时间内通过物品的数量，而是实时地在显示器上显示数当前的计数值，故我们这里不能采用T0或T1计数器的方式；
查询法是CPU在一定时间内或是时刻地在查询是否有计数脉冲产生。我们知道，CPU每查询一个脉冲大约用到的时间是一个机器周期，也就是12个振荡周期，即1 s的时间，相对于单片机的运行速度而言，外部流水线的传输速度实在太慢，如果执意要用查询法进行统计物体的传输速度，这样对于单片机的时间资源太浪费，我们在设计单片机产品中，时间资源和空间资料特别珍贵，不能轻易浪费，故查询方案舍弃。
外部中断法是利用P3.2口的第二功能，INT0中断，这时，当有一低电平产生时，单片机将自动进入中断服务程序，进行处理外部中断问题，但在这时，由于外界干扰或者物体的特性，可能会进行反复地中断触发，这样可能会造成误计，重计等错误后果，在这里我们处理的办法是我们不再利用电平触发，而采用负边沿触发方式，这样只有产生一个完整的脉冲，才会有负边沿产生，这样就可以在很大程序上解决了误差的问题。
综上所述，在本设计在最合理的是采用外部中断方式计数。
（2）单片机控制部分
单片机控制数码管显示有两种方案，一种是查询法，另一种是中断法，这里的中断不再是外部中断，而是利用单片机内部的定时器产生定时中断，从而控制数码管的显示。
查询法类似于上面所说的脉冲的查询方法，主程序在不停地查询并显示数码管的点亮，并且在每位数码管之间还要插入延时程序，而这些延时程序一般都是利用空操作的方法进行延时，这样浪费了大量的时间和空间资料。在工程设计和产品制作中，一般不采用此方案。
中断法是利用单片机内部产生的溢出进行计数和定时，这样可以准确在某时刻或是是规定的时刻做相应的工作。在本设计中，是用数码管每1ms轮循地扫描，点亮数码管。
但是，在以上的显示和计数的相应程序段中，可能会遇到两者同时进入中断问题，如果遇到这样的问题，可能会导致单片机死机或者程序跑飞的情况，我们为了避免这样的情况产生，我们在这里必须设定优先级，在工业生产中，要计算出正确的数值才是最重要的，所以，我们这里就要设为检测外部脉冲为优先级。
AT89C51有以下标准功能：
4K字节FLASH闪烁存储器、128字节内部RAM、32个I/O口线、两个16位定时/计数器、一个5向量两级中断、一个全双工串行通信口、片内振荡电路、同时AT89C51可降至0HZ的静态逻辑操作，并支持两个软件的节电工作模式。空
闲方式停止CPU 的工作，但是允许RAM 、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电后保存ROM 的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。 表2-1 AT89C51P3口功能
图2-14 AT89C51单片机外型 AT89C51共有四十个引脚如图2-14，采用双列直插式封闭，各引脚功能如下：
P0～P3：数据输入输出端口。
P0口：一个漏极开路的8位准双向I/O 端口，作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8个LS 型TTL 负载。当P0口作为输入口使用时，应先向口锁存器（地址80H ）定入全1，此时P0口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。作输入口作用时要先写我，这就是准双向的含义。
P1口：一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O 端口，P1的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL 输入。对端口写1时，能过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P1作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（IL I ）。
P2口：一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O 端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL 输入。对端口写1时，通过内部的上接电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被部信号拉低的引脚会输出一个电流（IL I ）。
P3口:一个还内部上拉电阻的8位双向I/O 端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL 输入。对商品写1时，通过内部的上拉电阻把商品拉到高电位，这时可用作输入口。P3作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流：（IL I ）。
在AT89C51中，P3口还用于一些复用的功能，即第二功能，其复用功能如表2-1所示。
此外，RST 引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期（即二个机器周期）以上，若使用频率为6MHZ 晶振，则复
位信号持续时间应超过4 s，才能完成复位操作。
3、复位电路
整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路（如图2-15）产生的复位信号送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。
图2-15复位电路逻辑图
复位电路又分为手动复位，上电复位。
上电复位：在加电瞬间电容通过充电来实现的，其电路如图2-16所示。
在通电瞬间，电容C通过电阻R充电，RST端出现正脉冲，用以复位。
图2-16 上电复位电路图2-17手动复位电路手动复位：所谓手动复位就是通过一按键开关，使单片机进入复位状态。系统在上电运行后，需要复位，通过手动得利位来实现，一般是阻容复位和手动复位相结合。如图2-17所示
2.4系统流程图设计
图2-18主程序流程图
2.5总体电路图
图2-19 总体电路图
3实物的制作
1.焊前准备
首先要熟悉所焊印制电路板的装配图，并按图纸配料，检查元器件型号、规格及数量是否符合图纸要求，并做好装配前元器件引线成型等准备工作，由于制作的是便携式的摇摇棒，所以在这里我选用了移动电源来做电源。
2.焊接顺序
元器件装焊顺序依次为:电阻器、电容器、二极管、集成电路、大功率管，其它元器件为先小后大。
3.对元器件焊接要求
(1)电阻器焊接
按图将电阻器准确装人规定位置。要求标记向上，子向一致。装完同一种规格后再装另一种规格，尽量使电阻器的高低一致。焊完后将露在印制电路板表面多余引脚齐根剪去。
(2)电容器焊接
将电容器按图装人规定位置，并注意有极性电容器其“+”与“一”极不能接错，电容器上的标记方向要易看可见。先装玻璃釉电容器、有机介质电容器、瓷介电容器，最后装电解电容器。
(3)二极管的焊接
二极管焊接要注意以下几点:第一，注意阳极阴极的极性，不能装错；第二，型号标记要易看可见；第三，焊接立式二极管时，对最短引线焊接时间不能超过2S。
(4)集成电路焊接
首先按图纸要求，检查型号、引脚位置是否符合要求.焊接时先焊边沿的二只引脚，以使其定位，然后再从左到右自上而下逐个焊接。
图3-1实物图
总结
本次毕业设计，主要是按照课题要求，运用所学的数字电路等相关知识，进行分析、设计。
但是由于本人能力有限，本电路的人性化设计做的不足，比如，当计数达到预设值是或将要达到最大值是可以用蜂鸣器报警已提醒人们注意在这点的确不够方便。另外，电路未设有外部接口，无法直接与其他系统进行数据交换。
通过这次设计，巩固了之前学习的数字电路模拟电路的相关知识，并把这些知识运用到系统化的设计中。这次设计可以说是三年来所学知识的结晶，放大了理论和实践之间的差别，问题带来了设计经验，从而为以后的发展添加了资本。
最后，我要对我的指导老师表示衷心的感谢！感谢余平生老师对我那严谨的态度、认真仔细的指导！还感谢热情帮助我的那些同学们！谢谢你们！
参考文献
【1】李朝青.单片机原理及接口技术（第三版）.北京：北京航空航天大学出版社,2005.10 【2】王港元.电工实践指导.江西：江西科学技术出版社，2009.3
【3】杨颂华.数字电路技术基础.西安：西安电子科技大学出版社，2005.4
【4】苏士美.模拟电路技术.北京：人民邮电出版社，2006.8
【5】闫胜利. Altium Designer 6.x中文版实用教程.西安：电子工业出版社，2007.4 【6】郑阿奇.Auto CAD 实用教程.西安：电子工业出版社，2006.4
【7】刘同法.单片机外围接口电路与工程实践.北京：北京航空航天出版社，2007.2
《光电子技术》课程设计课题名称：红外可逆计数器设计 指导老师：曾维友
一、课题名称： 红外可逆计数器设计 二、设计任务： 设计一个红外可逆计数器，要求： 1、当一物体沿某一方向经过计数器时，计数器进行加一计数；而物体沿反方向经过计数器时，计数器进行减计数； 2、用数码管显示当前的计数值，最大计数值为1000； 3、设计方案经济、实用、可靠。 三、设计方案： 方案（1）：红外发射管 + 一体化按收头：适用于发射管与接收管距离较大的情形 方案（2）：槽型光电开关：适用于发射管与接收管距离较小的情形 方 波发生器 TSOP34838 38KHz 单片机系统 显示模块 单 片机系统 显示模块 Vcc
四、方案选择 由以上两种方案的设计框图可以看出：两种方案的唯一不同之处在于光电发射和接收装置，方案一釆用的是红外发射管加上一体化接收头，适用于发射管与接收管距离较大的情形，而且为了防止误动作，在光电发射部分加入了方波调制电路，因而具有较好的抗干扰能力；而方案二的电路比较简单，只用了一个槽型光电开关，外加两个限流电阻和一个反相器，这种电路适用于发射管与接收管距离较小的情形。考虑到越来越多的流水线上的产品和各种公共场所需要进行自动计数，而在这种情形下发射管与接收管距离一般都比较较大，加之方案一有较强的抗干扰能力。综合以上考虑，我们选择了方案一。 五、模块设计 1、方波发生电路 方波发生器的组成方式很多，可以用集成运放构成，可以用一些定时芯片构成，也可以用一些数字门电路构成。由于在数电课程中，我们已经学习了用555定时器构成的方波发生器，对此比较熟悉，电路也比较简单，而且性能良好，因此我们选择了用NE555构成的方波发生器。电路如下：
AT89C51单片机简易计算器的设计 单片机的出现是计算机制造技术高速发展的产物，它是嵌入式控制系统的核心，如今，它已广泛的应用到我们生活的各个领域，电子、科技、通信、汽车、工业等。本设计是基于51系列单片机来进行的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除六位数范围内的基本四则运算，并在LCD上显示相应的结果。设计电路采用AT89C51单片机为主要控制电路，利用MM74C922作为计算器4*4键盘的扫描IC读取键盘上的输入。显示采用字符LCD静态显示。软件方面使用C语言编程，并用PROTUES仿真。 一、总体设计 根据功能和指标要求，本系统选用MCS-51系列单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对计算器的设计。具体设计如下：（1）由于要设计的是简单的计算器，可以进行四则运算，为了得到较好的显示效果，采用LCD 显示数据和结果。 （2）另外键盘包括数字键（0～9）、符号键（+、-、×、÷）、清除键和等号键，故只需要16 个按键即可，设计中采用集成的计算键盘。 （3）执行过程：开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LCD显示出来，当键入+、-、*、/运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数
值，按等号就会在LCD上输出运算结果。 （4）错误提示：当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示,如：当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCD上提示溢出；当除数为0时，计算器会在LCD 上提示错误。 系统模块图： 二、硬件设计 （一）、总体硬件设计 本设计选用AT89C51单片机为主控单元。显示部分：采用LCD 静态显示。按键部分：采用4*4键盘；利用MM74C922为4*4的键盘扫描IC，读取输入的键值。 总体设计效果如下图：
沈阳航空航天大学 课程设计报告 课程设计名称：单片机系统综合课程设计课程设计题目：简易计算器的设计与实现 院（系）： 专业： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 完成日期：
沈阳航空航天大学课程设计报告 目录 第1章总体设计方案 (1) 1.1设计内容 (1) 1.2设计原理 (1) 1.3设计思路 (2) 1.4实验环境 (2) 第2章详细设计方案 (3) 2.1硬件电路设计 (3) 2.2主程序设计 (7) 2.2功能模块的设计与实现 (8) 第3章结果测试及分析 (11) 3.1结果测试 (11) 3.2结果分析 (11) 参考文献 (12) 附录1 元件清单 (13) 附录2 总电路图 (14) 附录3 程序代码 (15)
第1章总体设计方案 1.1 设计内容 本设计是基于51系列的单片机进行的十进制计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除1位无符号数字的简单四则运算，并在6位8段数码管上显示相应的结果。 设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件方面从功能考虑，首先选择内部存储资源丰富的8751单片机，输入采用4×4矩阵键盘。显示采用6位8段共阳极数码管动态显示。软件方面从分析计算器功能、流程图设计，再到程序的编写进行系统设计。编程语言方面从程序总体设计以及高效性和功能性对C语言和汇编语言进行比较分析，最终选用汇编语言进行编程，并用protel99se涉及硬件电路。 1.2 设计原理 在该课程设计中，主要用到一个8751芯片和串接的共阳数码管,和一组阵列式键盘。作为该设计的主要部分，下面将对它们的原理及功能做详细介绍和说明。 1)提出方案 以8751为核心，和数码管以及键盘用实验箱上已有的器件实现计算器的功能。 2) 总体方案实现 (1)要解决键值得读入。先向键盘的全部列线送低电平，在检测键盘的行线，如果有一行为低电平，说明可能有按键按下，则程序转入抖动检测---就是延时10ms再读键盘的行线，如读得的数据与第一次的相同，说明真的有按键按下，程序转入确认哪一键按下的程序，该程序是依次向键盘的列线送低电平，然后读键盘的行线，如果读的值与第一次相同就停止读，此时就会的到键盘的行码与列码
光电计数器的设计
北京交通大学 海滨学院 课程设计题目：光电计数器的设计 专业：光电信息工程班级：光电1101 学号： 11141006 姓名：陈国营
摘要 光电计数器的设计可以对某项物件进行计数，计数物件速度可慢，可快，在实际生产生活中具有广泛的应用，对通过的物体进行计数，在生产流水线包装数量控制等领域的应用，既能节省劳动力有能高效地完成任务，其次它也是光电技术的基础。 在光电计数部分我们考虑到脉冲信号的稳定度、方便检测是否能够产生脉冲信号，因此在电压比较器和NE555之间我们选择了NE555，又要利用遮断式红外控制原理对通过的物件计数，为了感应良好，我们使红外发光管与光电接收管相对安放，同时为避免自然光线干扰引起的误计数，同时因实验室条件有限，在光电计数器工作时尽可能的让房间里没有自然光照射进来。本计数器可实现0～99的计数显示。 每当物件通过一次，红外光被遮挡一次，光电接收管的输出电压发生一次变化，这个变化的电压信号通过放大和处理后，形成计数脉冲，去触发一个十进制计数器，便可实现对物件的计数统计。 关键字：计数脉冲感应光电
本课程设计主要是对于电子信息类专业的学生两年多来的专业知识学习的一个考验以及应用，也是相关专业的同学们开启理论通向实践之门的金钥匙，具有十分重要的意义，既能锻炼同学们的动手操作能力，又能反映出同学们对于电子设备的熟练程度及对简单典型电路原理应用和了解。 本课程设计为光电计数器的设计。光电技术是一门得到迅猛发展的学科，已经渗透到许多的相关的科学领域，应用非常的广泛，而具有代表性的是半导体激光器的广泛应用，具有高量子效率的负电子亲和势。光电阴极的光电倍增管和第三代微光像增强器件的实用化，超大规模的CCD面阵的固体摄像器件已在工业和民用领域都得到了广泛应用，在热成像光电中的红外焦平面技术的应用等等。 本文所讨论的光电计数器是一种比较初级的利用光电感应信号发出的脉冲进行计数的一种简单光电系统。
目录 1 技术要求及系统结构 (1) 1.1技术要求 (1) 1.2系统结构 (1) 2设计方案及工作原理 (2) 2.1 算法设计 (2) 2.2 工作原理 (3) 3组成电路设计及其原理 (6) 3.1时基电路设计及其工作原理 (6) 3.2闸门电路设计 (7) 3.3控制电路设计 (8) 3.4小数点控制电路 (9) 3.5整体电路 (10) 3.6 元件清单 (10) 4设计总结 (11) 参考文献 (11) 附录1 (12) 附录2 (17)
摘要 简易数字频率计是一种用四位十进制数字显示被测信号频率（1Hz—100KHz）的数字测量仪器.它的基本功能是测量正弦波，方波，三角波信号，有四个档位（×1，×10，×100，×1000），并能使用数码管显示被测信号数据，本课程设计讲述了数字频率计的工作原理以及其各个组成部分，记述了在整个设计过程中对各个部分的设计思路、对各部分电路设计方案的选择、元器件的筛选、以及在设计过程中的分析，以确保设计出的频率计成功测量被测信号。 关键词：简易数字频率计十进制信号频率数码管工作原理 1技术要求及结构 本设计可以采用中、小规模集成芯片设计制作一个具有下列功能的数字频率测量仪。 1.1技术要求 ⑴要求测量频率范围1Hz－100KHz，量程分为4档，即×1、×10、×100、×1000。 ⑵要求被测量信号可以是正弦波、三角波和方波。 ⑶要求测试结果用数码管表示出来，显示方式为4位十进制。 1.2 系统结构 数字频率计的整体结构要求如图1-1所示。图中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处理、测量，档位转换用于选择测试的项目------频率、周期或脉宽，若测量频率则进一步选择档位。 图1-1 数字频率计系统结构框图 2 设计方案及工作原理 2.1 算法设计
第1章绪论 1.1 虚拟仪器简介 虚拟仪器（virtual instrument）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。上面的框图反映了常见的虚拟仪器方案。 虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是国NI公司的LabVIEW。 虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在 Microsof t公司的 Windows 诞生之前，NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW2.0 以前的版本。对虚拟仪器和 LabVIEW [2]长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。目前LabVIEW 的最新版本为 LabVIEW2011，LabVIEW 2009 为多线程功能添加了更多特性，这种特性在1998 年的版本 5 中被初次引入。使用 LabVIEW 软件，用户可以借助于它提供的软件环境，该环境由于其数据流编程特性、LabVIEW Real-Time 工具对嵌入式平台开发的多核支持，以及自上而下的为多核而设计的软件层次，是进行并行编程的首选。 普通的 PC 有一些不可避免的弱点。用它构建的虚拟仪器或计算机测试系统性能不可能太高。目前作为计算机化仪器的一个重要发展方向是制定VXI 标准，这是一种插卡式的仪器。每一种仪器是一个插卡，为了保证仪器的性能，又采用了较多的硬件，但这些卡式仪器本身都没有面板，其面板仍然用虚拟的方式在计算机屏幕上出现。这些卡插入标准的 VXI 机箱，再与计算机相连，就组成了一个测试系统。VXI仪器价格昂贵，目前又推出了一种较为便宜PXI 标准仪器。 1.2 LabVIEW简介 LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发，类似于C 和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语
红外线客流计数器的工作原理 外线所发射的红外线属于一种电磁射线，其特性等同于无线电或X射线。人眼可见的光波是380nm-780nm，发射波长为780nm-1mm的长射线称为红外线，本公司生产的红外线客流计数器优先使用的是接近可见光波长的近红外线。 红外线计数器原理 红外线计数器工作时，由内部振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发射管辐射出光脉冲。当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏二极管。并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出客流计数信号。 红外线计数器原理 1.直接反射式红外客流计数器（我公司的CX-009A） 直接反射红外客流计数器是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测人体经过时，将红外发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是计数器就产生了计数信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，直接反射式的红外客流计数器是首选的计数器。 红外线计数器原理 2.反射板反射式红外客流计数器（我公司的CX-009A） 反射板反射式红外客流计数器亦是集发射器与接收器于一体，红
外发射器发出的光线经过反射板，反射回接收器，当被检测人体经过且完全阻断光线时，红外客流计数器就产生了检测计数人员信号。 红外线计数器原理 3.对射式红外客流计数器（我公司的CX-008） 对射式红外客流计数器包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器。当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，红外客流计数器就产生了计数信号。当检测物体是不透明时，对射式红外客流计数器是最可靠的检测模式。（技术相当简单，很容易掌握）
第02讲计算器 2.1 计算器简介 大家都知道，计算器是日常生活中不可缺少的一个工具，在Microsoft的Windows操作系统中，附带了一个计算器程序，有标准型和科学型两种模式。Windows XP下的标准型和科学型计算器程序分别如图2-1和图2-2所示。 图2-1 Windows XP下的标准型计算器 图2-2 Windows XP下的科学型计算器 Windows操作系统下附带的计算器程序功能相当的强大，本课我们将模仿Windows的计算器，使用Visual C# 2005开发平台开发一个功能相对简单的计算器应用程序，它能完成加、减、乘、除运算。 接下来详细的介绍简易计算器的设计方法和步骤。
2.2 界面设计及属性设置 用户界面设计是软件开发中非常重要的一个部分，用户界面的好坏直接影响软件的质量，本节将介绍如何设计简易计算器的用户界面以及界面上各控件的属性设置。 2.2.1 界面设计 打开Visual Studio 2005开发工具，新建一个Windows应用程序，然后在窗体上依次放置1个TextBox和17个Button控件，如图2-1所示（设置好属性后）。 图2-1 计算器用户界面 2.2.2 属性设置 窗体和各控件的属性设置如表2-1所示。 表2-1 窗体和各控件的属性
2.3 编写代码 本程序需要用到一些公共变量，例如用来接收操作数、运算结果，判断输入的是否为小数等，因此首先在代码的通用段声明以下变量： //****************************************************************** double num1, num2, result; // 操作数及运算结果 bool decimalFlag = false; // 判断输入的是否为小数 string myOperator; // 操作类型 //******************************************************************
信息与电气工程学院 课程设计说明书（2015 /2016 学年第1 学期） 课程名称：小型数据设计 题目：红外线计数器 专业班级：计算机1401 学生姓名：何亚茹赵君王中昆 学号：140210122 140210107 140210121 指导教师：生龙 设计周数：二周 设计成绩： 2016年01月08日
目录 1 程序设计 (1) 2 课程设的主要内容 (1) 2.1设计的要求.............. . (1) 2.2创新方案及原理分析 (1) 2.3方案论证与选择 (2) 2.4软件的设计 (3) 3主要芯片设计 (4) 3.1介绍 (4) 3.2 51 单片机的特点 (5) 3.3数码管 (7) 4系统设计 (8) 4.1单片机最小设计系统 (8) 4.2红外线检测电路 (9) 4.3计数显示部分 (10) 4.4蜂鸣器报警电路 (10) 4.5按键控制电路 (11) 5 红外计数器程序设计 (11) 5.1主程序设计 (11) 5.2子程序设计 (13) 6总结 (15) 7参考文献 (16)
1、程设计目的 课利用AT89C51单片机来制作一个手动计数器。通过具体的项目设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、控制程序的设计等，以便掌握单片机系统设计的总体思路和方法，掌握基于单片机控制的电子产品开发的技术方法,培养个人的创新意识和动手能力。 2、课程设计的主要内容 2.1设计的要求 1.利用AT89C51单片机来制作一个红外线计数器。有物体经过红外对管时计数一次。计数的范围是0~99, 计数满时，又从零开始计数。 2.整个系统有较强的抗干扰能力，具有报警能力。 3.将计数值准确显示出来。 2.2创新方案及原理分析 总体电路是由AT89C51单片机系统、红外光电管电路、蜂鸣器报警电路、数码管显示部分、复位电路部分组成，其结构如图2.1所示 图 2.1 整体方框图 红外传感器感受到外界信息时，产生高低电平，通过软件程序设置单片机内部寄存器，当传感器的高低脉冲被单片机接收到时，单片机产生中断，中断产生后进入中断服务程序，通过设置中断服务程序，进行计数。并通过P0 口将计数信息传送至数码管，数码管显示计数的个数。当电路断电后重新启动计数器时，系统自动复位（上电自动复位），以00开始重新计数。
百度文库- 让每个人平等地提升自我！ - 1 - 湖南科技大学 单片机课程设计 题目基于单片机的计数器设计姓名李建雄 学院机电工程学院 专业测控技术与仪器 学号09030303 指导教师戴巨川 成绩 二〇一二年六月二日
百度文库- 让每个人平等地提升自我！ - 2 - 摘要 本设计是根据我们所学习的单片机课程，按照课程要求进行的课程检验。单片 机技术是一个不可或缺的技术，尤其是对于我们测控技术与仪器专业来说它是我们必须要掌握的技能之一，使我们未来工作和生活的根本。现在的社会是一个信息科技高速发展的社会，也是一个电子技术和微机计算机迅速发展的时代，单片机的档次和水平在不断的提高，其应用的领域和范围也越来越广，成为现代电子系统中最重要的智能化核心部分。 随着计数器技术的不断发展与进步，计数器的种类越来越多，应用的范围越来越广，随之而来的竞争也越来越激烈。过硬的技术也成为众多生产厂商竞争的焦点之一。厂商为了在竞争中处于不败之地，从而不断地改进技术，增加产品的种类。 现计数器的种类以增加到：电磁计数器、电子计数器、机械计数器（拉动机械计数器、转动机械计数器、按动机械计数器、测长机械计数器）、液晶计数器等。 计数器的应用范围也遍布印刷、纺织、印染、针织、电缆、电讯、军工、轻工、机械、开关、断路器、矿山、实行多班制的纺织行业的织布机、织带机、制线、制带、造纸、制革、薄膜、高压开关电器产品、试验设备，印刷设备、短路器、医疗、纺织、机械、仓库和码头的货运、行人及车辆过往的数量计数、冶金、食品、国防、包装、配料、石油、化工、发电、机床、仪表、自动化控制等行业。
百度文库- 让每个人平等地提升自我！ - 3 - 目录 2.2设计原理 (6) 数码管的介绍 ............................................................................................................................... - 11 -3.3电路仿真. (11)
宁波工程学院 电子信息工程学院 课程设计报告 课程设计题目：简易数字频率计 起讫时间：2011年05月23日至2011年06月03日
目录第一章技术指标 1.1整体功能要求 1.2电气指标 1.3扩展指标 1.4设计条件 第二章整体方案设计 2.1 算法设计 2.2 整体方框图 2.3 计数原理 第三章单元电路设计 3.1 波形变换电路 3.2 闸门电路设计 3.3小数点显示电路设计 第四章测试与调整 4.1 硬件测试与调整 4.2 软件测试与调整 4.3 整体指标测试 第五章设计小结 5.1 设计任务完成情况 5.2 问题及改进 5.3心得体会 附录
第一章技术指标 1.1整体功能要求 设计并制作一台数字显示的简易频率计，主要用于测量正弦波、方波等周期 信号的频率值。 1.2 电气指标 1.2.1 信号波形：方波； 1.2.2 信号幅度;TTL电平； 1.2.3 信号频率：100Hz～9999Hz； 1.2.4 测量误差：≤1%； 1.2.5 测量时间：≤1s／次，连续测量； 1.2.6 显示：4位有效数字，可用数码管，LED或LCD显示。 1.3扩展指标 1.3.1 可以测量正弦波信号的频率，电压峰－峰值VPP=0.1～5V； 1.3.2 方波测量时频率测量上限为3MHz，测量误差≤1%； 1.3.3 正弦（Vopp=0.1V~5V）测量时频率测量上限为3MHz，测量误差≤1%； 1.3.4量程自动切换，且自动切换为四位有效数字输出； 1.4设计条件 1.4.1 电源条件：+5V。 1.4.2开发平台：本系统以高速SOC单片机C8051F360和FPGAEP2C8T144为 核心，主要包括9个模块，其主要配置见表1-1。 表1-1数字电子系统设计实验平台模块一览 型号名称主要配置 MCU模块SOC单片机8051F360,CPLD芯片EMP3064TC44 74151 FPGA模块EMP3064TC44,串行配置芯片，JTAG和AS配置 接口 74153 LCD和键盘模块12864中文液晶，16个按键 7404 8位高速A/D模块30MHz8位A/D转换器ADS930,信号调理电路4518 10位高速D/A模块双路100MHz10位D/A转换器THS5651,差分放 大电路，反相器
简易计算器 Simply Calculator 1 设计思想 此计算器有键盘部分、单片机、显示部分三部分组成，键盘部分主要完成输入功能；单片机主要完成数据处理功能，包括确定按键，完成运算，以及输出数据；显示器部分主要完成单片机输出的显示。 本设计的思路是利用单片机性能好，稳定性强的优点来实现系统的运行。设计大致可以分为三个步骤：第一步，硬件的选取和设计；第二步，程序的设计和调试；第三步，Protues 系统仿真。 硬件是设计的骨骼，不仅关系到设计总体方向的确定，还要综合考虑节能，环保，以及稳定性和经济性等各种因素。因此需要花费大量的时间。硬件的选取最为重要，包括选用的芯片，显示设备的选取，输入设备的选取等。本设计是通过单片机来实现的，因此选用了ATMEGA16单片机作为主体，输入设备选用矩阵键盘。程序是硬件的灵魂，是实现设计的中心环节。本设计使用的程序语言是C语言，在“ICC AVR”中运行，调试，直到运行出正确结果，然后输出后缀名为.HEX格式的文件，以备在Protues中仿真使用。程序是设计的关键，程序的调试需要大量的时间，耐心，还够要有足的细心才能成功。本设计中就出现了大量的错误，经过认真修改，最终才能运行出正确结果。最后的系统仿真是设计是否成功的验证，是设计不可缺少的重要环节。这就要求能掌握Protues的一些基本操作。2原理分析 2.1矩阵键盘的扫描 图2.1 矩阵键盘图
如图2.1所示，单片机的8个I/O口和矩阵键盘相连，用8个I/O口来控制矩阵键盘的16个按键是非常有意思的，首先我们设置单片机的PD0—PD7为输出，且PD0—PD3依次设置为低电平，而PD4—PD7设置为高电平，然后我们设置PD4—PD7为输入，而PD0—PD3仍然为输出，假如此时M1键按下，则PD0与PD4相连，因为PD0是低电平，而PD4是输入，所以PD4会被拉为低电平，同理，如果M2被按下，则PD5会被拉低，M3按下，PD6会被拉低，M4按下，PD7被拉低。这是判断有无键盘按下的过程，当我们判断是那一个键盘按下时，我们首先设置8个I/O口为输出，输出为FE,即，PD0为低电平，其他全为高电平，然后我们设置PD4—PD7为输入，如果M1被按下，则PD4会比被拉为低电平，此时会变成EE,同理可以知道M2被按下时会变为DE,M3被按下时会变为BE,M4被按下时会变为7E。同理我们可以设置8个I/O口输出FD来检测M5—M8是否被按下，设置8个I/O口输出FC来来检测M9—M12,设置8个I/O口输出F7来检测M13—M16,如果M1—M4没有被按下，就继续检测M4—M8,一次类推，就可以检测出16个按键了。在这次设计中，16个按键M1—M16所对应检测值分别为：EE，DE，BE，7E，ED，DD，BD，7D，EB，DB，BB，7B，E7，D7，B7，77。 2.2 数字显示与计算 本次设计选用的显示器是1602液晶显示器，此液晶显示器能显示32个字符，VSS接地,VDD接电源正极，E为时使能信号，R/W为读写选择端（H/L），RS为数据/命令选择端（H/L）,D0—D7为数据I/O口。 首先我们初始化液晶显示器，然后显示出第一个被按下的数，并且使光标右移，如果有第二个数按下，则据继续显示，以此类推，然后把所有显示出来的数换算成一个数，如果按下“+”号，则显示出“+”，并且同理显示出“+”号后面按下的数字，然后调用加子程序，运算出结果，如果按下的是“-”,则调用减子程序，如果按下“*”，则调用乘子程序，如果按下“/”，则调用除子程序。然后再调用显示结果子程序，显示出结果。
红外线自动计数器设计 一.设计方案的选择 1、单片机的论证与选择 方案一:选择普通8051内核的ST89C51单片机,此单片机价格便宜,满足本设计要求,但已经停产故不宜选择。 方案二:选择加强型8051内核的STC89C2单片机,此单片机价格便宜,功能强大,完全满足本设计要求。 方案三:采用飞思卡尔公司生产的MC9S12XS128单片机,此单片机具有8路PWM,16路AD采集通道,2个UART,2个硬件SPI,具有背景调试功能,方便实时查瞧程序中全局变量的值,具有80个引脚,硬件资源相当丰富。但其价格相对较高。 综合以上三种方案,为了方便控制,节约成本,故我们选择方案二。 2、显示器件的选择 方案一:两位一体共阳数码管显示,数码管功耗低,价格便宜,显示清晰,完全符合本设计要求。 方案二:采用液晶屏1602显示,1602液晶也叫1602字符型液晶它就是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符。不过占用IO多,体积大,价格贵。 综合以上二种方案,为了减少硬件资源,节约成本,故我们选择方案一。 二.硬件设计 1、硬件总方案确定 依据检测原理与设计思想经过细致比较研究得到如下总体设计方案:
2、 LED指示灯 它就是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能;常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样就是由一个PN结组成,也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后,从P区注入到N区的空穴与由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子与P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子与空穴所处的能量状态不同。当电子与空穴复合时释放出的能量多少不同,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短。常用的就是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡,使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。 3、三极管 半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结,组成一个PNP(或NPN)结构。中间的N区(或P区)叫基区,两边的区域叫发射区与集电区,这三部分各有一条电极引线,分别叫基极B、发射极E与集电极C,就是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。在本设计中选择了PNP 三极管用来驱动蜂鸣器个双位数码管。 4、双位数码管 显示的种类很多,从液晶显示、发光二极管显示到CRT显示器等,都可以与微机连接。其中单片机应用系统最常用的显示就是发光二极管数码显示器(简称LED显示器)。液晶显示器简LCD。LED显示器价廉,配置灵活,与单片接口方便,LCD可显示图形,但接口较复杂成本也较高。 该电路使用双位7段LED构成字型“8”,另外还有一个发光二极管显示符号及小
二．计数器设计 1.实验目的 计数器在数字逻辑设计中的应用十分广泛，可以对时钟信号进行计数，分频和产生序列信号，也可以用在计时器和串并转换等电路。这次实验我们就来学习一下如何用Robei和Verilog语言来设计一个4比特计数器。 2.实验要求 计数器对每个时钟脉冲进行技术，并将计数值输出出来。这个实验我们来设计一个4比特的计数器，其技术范围在0～F之间，也就是计数到最大值16. 设计波形要求如图1所示。 图1. 计数器输出波形要求 3.实验内容 3.1 模型设计 1)新建一个模型。点击工具栏上的图标，或者点击菜单“File”然后在下 拉菜单中选择“New”，会有一个对话框弹出来（如图2所示）。在弹出的对话框中设置你所设计的模型。
图2. 新建一个项目 参数填写完成后点击“OK”按钮，Robei就会生成一个新的模块，名字就是counter，如图3所示： 图3. 计数器界面图 2)修改模型。在自动生成的界面图上进行名称的修改，输入引脚为clock, enable 和reset，输出引脚修改成count。其中count引脚的“Datasize”为4比特，用户可以输入4，也可以输入3:0。为了区分每个引脚，我们可以修改每个引脚的Color值，并点回车保存。修改完成后如图4所示。如果选中模块，按“F1”键，就会自动生成一个Datasheet，如图5所示。
图4. 修改引脚属性 图5. “Datasheet”截图 3)输入算法。点击模型下方的Code（如图6所示）进入代码设计区。
图6. 点击Code输入算法 在代码设计区内输入以下Verilog代码： always @ (posedge clock) //学习always语句的写法，并设置敏感信号。时钟上升沿触发begin //学习Verilog if else语句的写法 if (reset == 1) begin count<= 0; end //if enable is 1, counter starts to count else if (enable == 1) begin count <= count + 1; end end 4)保存。点击工具栏图标，或者点击菜单“File”中的下拉菜单“Saveas”， 将模型另存到一个文件夹中。 5)运行。在工具栏点击或者点击菜单“Build”的下来菜单“Run”，执 行代码检查。如果有错误，会在输出窗口中显示。如果没有错误提示，恭喜，模型counter设计完成。 3.2测试文件设计
简易数字频率计设计报告 目录 一.设计任务和要求 (2) 二.设计的方案的选择与论证 (2) 三.电路设计计算与分析 (4) 四.总结与心得..................................... 错误！未定义书签。2 五.附录........................................... 错误！未定义书签。3 六.参考文献....................................... 错误！未定义书签。8
一、 设计任务与要求 1.1位数：计4位十进制数。 1.2.量程 第一档 最小量程档，最大读数是9.999KHZ ，闸门信号的采样时间为1S. 第二档 最大读数是99.99KHZ ，闸门信号采样时间为0.1S. 第三档 最大读数是999.9KHZ ，闸门信号采样时间为10mS. 第四档 最大读数是9999KHZ ，闸门信号采样时间为1mS. 1.3 显示方式 （1）用七段LED 数码管显示读数，做到能显示稳定，不跳变。 （2）小数点的位置随量程的变更而自动移动 （3）为了便于读数，要求数据显示时间在0.5-5s 内连续可调 1.4具有自检功能。 1.5被测信号为方=方波信号 二、设计方案的选择与论证 2.1 算法设计 频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。可根据这一定义采用如图 2-1所示的算法。图2-2是根据算法构建的方框图。 被测信号 图2-2 频率测量算法对应的方框图 输入电路 闸门 计数电路 显示电路 闸门产生
整体方框图及原理 频率测量：测量频率的原理框图如图2-3.测量频率共有3个档位。被测信号经整形后变为脉冲信号（矩形波或者方波），送入闸门电路，等待时基信号的到来。时基信号有555定时器构成一个较稳定的多谐振荡器，经整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基准时间。被测信号通过闸门，作为计数器的时钟信号，计数器即开始记录时钟的个数，这样就达到了测量频率的目的。 周期测量：测量周期的原理框图2-4.测量周期的方法与测量频率的方法相反，即将被测信号经整形、二分频电路后转变为方波信号。方波信号中的脉冲宽度恰好为被测信号的1个周期。将方波的脉宽作为闸门导通的时间，在闸门导通的时间里，计数器记录标准时基信号通过闸门的重复周期个数。计数器累计的结果可以换算出被测信号的周期。用时间Tx来表示：Tx=NTs 式中：Tx为被测信号的周期；N为计数器脉冲计数值；Ts为时基信号周期。时基电路：时基信号由555定时器、RC组容件构成多谐振荡器，其两个暂态
评阅教师评语：课程设计成绩 考勤成绩 实做成绩 报告成绩 总评成绩指导教师签名： 课程设计报告 论文题目基于ARM的简易计算器设计 学院（系）：电子信息与自动化学院 班级：测控技术与仪器 学生姓名：同组同学： 学号：学号： 指导教师：杨泽林王先全杨继森鲁进时间：从2013年 6 月10 日到2013年 6 月28 日 1
目录 1、封面—————————————————————P1 2、目录—————————————————————P2 3、前言—————————————————————P3 4、关键字————————————————————P3 5、原理与总体方案————————————————P3 6、硬件设计———————————————————P6 7、调试—————————————————————P10 8、测试与分析——————————————————P11 9、总结—————————————————————P13
10、附件—————————————————————P14 前言 近几年，随着大规模集成电路的发展，各种便携式嵌入式设备，具有十分广阔的市场前景。嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是是由单个程序实现整个控制逻辑。在嵌入式系统中，数据和命令通过网络接口或串行口经过ARM程序处理后，或显示在LCD上，或传输到远端PC上。 本文通过周立功的LPC2106芯片完成的简易计算器，正是对嵌入式应用的学习和探索。 一、摘要： 计算器一般是指“电子计算器”，是能进行数学运算的手持机器，拥有集成电路芯片。对于嵌入式系统，以其占用资源少、专用性强，在汽车电子、航空和工控领域得到了广泛地应用。本设计就是先通过C语言进行相应程序的编写然后在ADS中进行运行最后导入PROTUES进行仿真。最后利用ARM中的LPC2106芯片来控制液晶显示器和4X4矩阵式键盘，从而实现简单的加、减、乘、除等四则运算功能。 关键字：中断，扫描，仿真，计算 二、原理与总体方案： 主程序在初始化后调用键盘程序，再判断返回的值。若为数字0—9，则根据按键的次数进行保存和显示处理。若为功能键，则先判断上次的功能键，根据代号执行不同功能，并将按键次数清零。程序中键盘部分使用行列式扫描原理，若无键按下则调用动态显示程序，并继续检测键盘；若有键按下则得其键值，并通过查表转换为数字0—9和功能键与清零键的代号。最后将计算结果拆分成个、十、百位，再返回主程序继续检测键盘并显示；若为清零键，则返回主程序的最开始。 电路设计与原理：通过LPC2106芯片进行相应的设置来控制LCD显示器。 而通过对键盘上的值进行扫描，把相应的键值通过MM74C922芯片进行运算从而
红外线自动计数器的设计 摘要 随着今社会的飞速发展，越来越多的流水线上的产品和各种公共场所 需要进行自动计数。基于单片机构成的产品自动计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中得到广泛应用。数字计数器有多种形式，总体来说有接触式和非接触式两种，在科技发展的今天，非接触式红外计数器得到了广泛的应用。本设计采用一对红外发射接收管作为红外计数器的信号检测头，具有价格低廉，抗干扰性好，结构简单，操作方便等特点。 指导思想是利用红外发光管发射红外线，红外接收管接收此红外线，并将其放大、整流形成低电平信号.当有人或物挡住红外光时，接收管没有接收到红外信号，放大器将输出高电平，同时将这个电平信号送入单片机进行控制计数，并且使数码管显示数值。这样就得到要统计的人或物的数量。 关键字：自动计数；单片机；数码管
目录 第一章绪论 (4) 1.1、前言 (4) 1.2、选题背景 (4) 1.3、设计要求 (5) 1.4、国内外的研究概况 (5) 1.5、此次设计研究的主要内容应解决问题 (5) 第二章基于单片机构成的产品自动计数器的设计 (6) 2.1、方案论证与选择 (6) 2.2、系统总体框图和原理 (8) 2.3、系统单元电路设计 (9) 2.3.1、电源供电电路 (9) 1. 桥式整流电路： (10) 虑波电路分析 (11)
稳压电路 (12) 2.3.2、红外线检测部分 (13) 2.3.3、数码管显示部分 (14) 2.3.3.1、LED数码管的特点： (15) 2.3.3.2、数码管动态扫描...... 错误！未定义书签。 2.3.3.3、数码管驱动部分 (16) 2.3.3.4、单片机计数及控制部分 (17) 复位电路 (21) 复位电路的分类 (21) 3.4、系统程序设计 ................. 错误！未定义书签。 3.4.1、程序流程图............... 错误！未定义书签。 3.4.2、程序设计 ................... 错误！未定义书签。 3.5、全电路图 (23) 3.5.1、原理图 (23) 3.5.2、PCB板图 (24) 第三章结论 (24) 谢辞 (26)
简易数字显示频率计的设计 摘要：本文应用NE555构成时钟电路，7809构成稳压电源电路，CD4017构成控制电路，CD40110和数码管组成计数锁存译码显示电路，实现可测量1HZ-99HZ这个频段的数字频率计数器。 关键词：脉冲；频率；计数；控制 1 引言 在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量显得很重要。测量频率的方法有很多,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。 2 电子计数器测频方法 电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。 3 简易数字频率计电路组成框图 本设计主要运用数字电路的知识，由NE555构成时钟电路，7809构成稳压电源电路，CD4017构成控制电路，CD40110和数码管组成计数锁存译码显示电路。从单元电路的功能进行划分，该频率计由四大模块组成，分别是电源电路、时钟电路（闸门）、计数译码显示电路、控制电路（被测信号输入电路、锁存及清零）。电路结构如图1所示。 图1 简易数字频率计电路组成框图 4 单元模块电路设计
4.1电源电路 在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率的稳压电源的组成如图2所示，它由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。 图2 电源电路 220V市电经220V/12V变压器T降压，二极管桥式整流电路整流，1000uF电容滤波后送人7809的输入端（1脚）。7809的第二脚接地，第三脚输出稳压的直流电压，C7、C8是为了进一步改变输出电压的纹波。红色发光管LED指示电源的工作状态，R9为LED的限流电阻，取值为5.1K。 4.2 时钟电路 电路如图3所示，由NE555构成的多谐振电路，3脚输出振荡脉冲，其中LED为黄色发光二极管，R1为5.1K，R2为1K，R3为10K，C1,C5为100UF,C4为0.01UF，C2为1000PF,R PE 选取10K。 图3 时钟电路 4.3计数、显示电路
简易计算器设计实验报告 一．设计任务及要求 1.1实验任务： 根据计算器的原理设计一个具有加减乘除功能的简易计算器。如：5+3*4/8=4。 1.2 实验基本要求： （1）实现最大输入两位十进制数字的四则运算（加减乘除）。 （2）能够实现多次连算（无优先级，从左到右计算结果）。 如：12+34*56-78/90+9=36 （3）最大长度以数码管最大个数为限，溢出报警。 二．实验设计方案 （1）用QuartusII的原理图输入来完成系统的顶层设计。 （2）用VHDL编写以及直接拖模块来各功能模块。 （3）通过2个脉冲分别实现个位数和十位数的输入。 （4）通过选择每次的输出数值，将输出值反馈到运算输入端 （4）通过除法运算实现十六进制到十进制的转换输出。 其具体实现流程图如下：
三系统硬件设计 FPGA： EP2C5T144C8目标板及相应外围硬件电路。（从略） 四系统软件设计 1.数据输入模块 原理：用VHDL创建模块，通过两个脉冲分别对两个数码管进行输入控制，再通过相应运算模块将两个独立数据转化成两位十进制数字。 2.运算模块 原理：用VHDL创建模块，四种运算同步运行，通过按键加、减、乘、除选择输出对应的计算结果，当按键等号来时，将所得结果反馈给运算模块输入端。具体实现代码见附录二。 3.输出模块 原理：用VHDL创建模块，通过按键等号来控制显示运算对象还是运算结果，当等号按下时，输出计算结果，否则显示当前输入的数据，并且通过除法模块将十六进制转化为十进制。当输出结果溢出是LED0亮，同时数码管显示都为零。部分实现见附录二。 五实验调试 输入数据12，再按加法键，输入第二个数字25，按等号键，数码管显示37；按灭加法、等号键，输入第二个数据2，依次按等号键，减法键，数码管显示35；同上，按灭减法键、等号键，输入第三个数据7，依次按等号键，除法键，数码管显示5；按灭除法键、等号键，输入第四个数据99，依次按等号键，乘法键，数码管显示495，按灭乘法键、等号键，当前显示为99，依次按等号键、乘法键，数码管显示49005，同上进行若干次之后，结果溢出，LED0亮，同时数码管显示都为零。当输出为负数时，LED0灯变亮，同时数码管显示都为零。六实验结论 本实验基本实现了计算器的加减乘法运算功能，但是存在一个突出的缺陷，就是当输出结果时，必须先按等号键导通数据反馈，再按运算键选择输出结果。这与实际应用的计算器存在很大的差距。但是，本设计可以通过等号键实现运算对象和运算结果之间的切换。