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1、贵州大学贵州大学单片机课程设计题目：光电计数器系别：信息工程系 班级姓名： 学号：PB092027102指导老师：王代强 设计时间：2009-12-29 题目：光电计数器【摘要】本文论述了光电计数器的工作原理、硬件电路设计和软件设计。具体分析了光电计数器的工作原理，提出了光电计数器的硬件和软件设计方案，实现了一个光电计数器的系统，并调试和检测了其性能，结果证明了该设计方案确实实现了光电计数。关键词: 单片机；光敏三极管；施密特触发器 ABSTRACTThis paper discusses the working principle of the photoelectric counter,
2、the hardware circuit design and software design. A detailed analysis of the photoelectric counter works, made a photoelectric counter hardware and software design, implementation of a photoelectric counter system, and debugging and testing its performance, the results show that the design did achiev
3、e the photoelectric counting.Keywords: SCM; Phototransistor; Schmitt trigger 目录摘要.iABSTRACT.ii一、绪论.4 1.1 背景.4 1.2 发光二极管.5 1.3 光敏三极管.5 1.4 施密特触发器.6二、 光电计数器的工作原理.7三、 硬件电路设计7四、 软件设计.8五、 总结.11参考文献.1112一、 绪论1.1 背 景21世纪是信息时代，是获取信息，处理信息，运用信息的时代。传感与检测技术的重要性在于它是获得信息并对信息进行必要处理的基础技术，是获取信息和处理加工信息的手段，无法获取信息则无法运用
4、信息。1传感与检测技术是一门知识面广、综合程度高、实用性很强的专业课程。它从传感器的基本理论入手，着重讲叙传感器的结构与感测原理，传感器是一个二端口的装置，不同的传感器输入-输出特性不同，同一传感器适应不同的被测信号呈现的特性也有所不同。尤其当被测信号为静态信号时两种状态下，传感器的输入-输出特性完全不同。感测技术在许多新技术、新器件里都有应用，在课程安排上，以信息的传感、转换、处理为核心，从基本物理概念入手，阐述热工量、机械量、几何量等参数的测量原理及方法。光电式传感器是将光信号转化为电信号的一种传感器。它的理论基础是光电效应。这类效应大致可分为三类。第一类是外光电效应，即在光照射下，能使电
5、子逸出物体表面。利用这种效应所做成的器件有真空光电管、光电倍增管等。第二类是内光电效应，即在光线照射下，能使物质的电阻率改变。这类器件包括各类半导体光敏电阻。第三类是光生伏特效应，即在光线作用下，物体内产生电动势的现象，此电动势称为光生电动势。这类器件包括光电池、光电晶体管等。光电效应都是利用光电元件受光照后，电特性发生变化。敏感的光波长是在可见光附近，包括红外波长和紫外波长。数字式电子计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。数字式电子计数器有多种计数触发方式，它是由实际使用条件和环境决定的。有采用机械方式的接触式触发的，有采用电子传感器的非接触式触发的，光电式传感器是其中之
6、一，它是一种非接触式电子传感器。采用光电传感器制作的光电式电子计数器。这种计数器在工厂的生产流水线上作产品统计，有着其他计数器不可取代的优点。该例光电触发式电子计数器只有两位数，但通过级联可以扩展为四位，甚至多位。1.2 发光二极管5发光二极管是一种光发射器件，能把电能直接转换成光能的固体发光器件，它是由镓（Ga），砷（As），磷（P）等化合物制成的，由这些材料构成的，这种管子通过电流时将发出光来，这是由于电子与空穴直接复合。而发出能量的结果，光谱范围是比较窄的，其波长由所使用的基本材料而定。发光二极管的种类按发光的颜色可分为红、橙、黄、绿和红外二极管等多种，按外形可分为方形和圆形等。它的导通
7、电压比普通二极管高，应用时，加正向电压，并接入相应的限流电阻。它的正常工作电流一般为几个毫安或几十毫安，发光二极管通过电流后就能发出光来。发光强度在一定范围内与正向电流大小成线性关系。 1.3 光敏三极管2光敏三极管原称光电三极管，它的电流是受外部光照控制的，是一种半导体光电器件，比光敏三极管灵敏得多。电路一般用共集极开路的共射接法。光集中照射在集电结附近区域，当没有光照时，电流很小；当有光照时，电流增大。1.4 施密特触发器3（1）、施密特触发器是脉冲变换中经常使用的一种电路。它在性能上有两个重要特点： 第一、输入信号从低电平上升的过程中电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过
8、程中对应的输入转换电平不同。第二、在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。施密特触发器又称施密特门电路。它是由两级反向器串接起来，同时通过分压电阻将输出端的电压反馈到输入端。 （2）、施密特触发器的应用波形的变换和整形无论施密特触发器的输入信号波形如何，只要它的幅度大于U+,电路就迅速就由一种稳态翻转到另一种稳态；当输入信号幅度低于U时，电路又迅速翻回到原来的稳态。因此，利用施密特触发器能很方便的将连续变化的正弦波或三角波变换成矩形波。二、 光电计数器的工作原理 利用光敏三极管接收计数脉冲（由外部事件转换为计数输入脉冲），当光敏三极管未受光照而截止时其集电极输出
9、高电平，受光照而导通时其集电极输出低电平，如此便在光敏三极管的集电极产生一个负脉冲。为了防止计数过程中外界的干扰信号，该负脉冲经施密特触发器进行整形后，接在单片机定时器计数器的输入端，便可以对光电信号产生的脉冲进行计数。通过单片机的P1口外接8只发光二极管来显示当前计数值，设定0.5s显示一次。三、 硬件电路设计 使用单片机的定时器计数器0，将光电计数器的计数输入端接在单片机定时器计数器T0的计数输入引脚T0（P3.4）上，由定时器计数器1加上一个软计数器完成0.5s的定时，每当定时时间到时，就从定时器计数器T0中读出当前计数值，并送到P1口进行显示。为方便起见，采用二极管静态显示，以8位二进
10、制方式表示计数值，硬件电路如图：1.直流稳压电源：2.电路硬件设计图： 如图3-2 硬件电路图 3.外部脉冲接受电路: 如图3-3 接受电路图四、 软件设计4 1.程序流程图如下图：开始设置方式控制字TR11TR01R04TF10T1重新置初值R04=？TR00ATL0TR01AAP1A完成？送定时器T1和计数器T0的初初始值结束 如图4-1 程序流程图2.汇编程序如下：假定单片机的晶振频率为6MHz.定时器计数器T0设为工作方式2、计数工作方式、禁止中断，其初始值为（TH0）00H、（TH0）00H。定时器计数器T1设为工作方式1、定时工作方式、定时时间为125ms，其初始值为（TH1）0B
11、H、（TL1）0DCH，禁止中断。汇编语言程序清单如下： ORG 0000H AJMP MAIN ；跳转主程序 ORG 0100H MAIN: MOV TMOD,#16H ;T0工作方式2计数，T1工作方式1定时 MOV TH0,#00H ；T0计数初始值 MOV TL0,#00H MOV TH1,#0BH ;T1定时125ms的初始值 MOV TL1,#0DCH SETB TRO ;启动定时器T0 SETB TR1 ;启动定时器T1 LOOP: MOV R0,#04H ;软件计数器初始值 LOOP1: JNB TF1, $ ；125ms到否? CLR TF1 MOV TH1,#0BH ;T1
12、重新设置125ms定时初始值 MOV TL1,#0DCH DJNZ R0,LOOP1 ;0.5s到否？ CLR TR0 ;关闭定时器T0 MOV A,TL0 ;读出当前计数值 SETB TR0 ;开启定时器T0 CPL A ;去反（因发光二极管共阳极接法） MOV P1,A ;显示当前计数值 SJMP LOOP ;循环 END3.程序调试如下图： 如图4-2 程序调试图五、 总结 计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。所以我们设计出了对外部事件脉冲的计数，我们还希望能更全面的设计出功能更完备的计数器。参考文献:【1】.胡汉才.单片机原理及其接口技术. 北京：清华大学出版社，2004【2】.申凤琴.电工电子技术与应用.机械工业出版社,2007【3】.康华光.电子技术基础（模拟部分5版）.高等教育出版社，2006【4】.赵金利、肖兴达.单片机及应用教程.机械工业出版社.2007【5】.阎石.数字电子技术基础（5版）.高等教育出版社.2008