目录
摘 要
Abstract
1 绪论
1.1 前言
1.2 背景与意义
1.2.1 国内外研究的概况
1.2.2 研究主要成果
1.2.3 发展趋势
1.3 设计任务
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
2.2 系统总体框图和原理
2.3 主控芯片简介
2.3.1 单片机的发展及趋势
2.3.2 51系列单片机的主要特点
3 红外线计数器硬件设计
3.1 单片机最小系统的设计
3.2 红外线检测电路
3.2.1 红外线发射电路
3.3 计数显示部分
3.4 蜂鸣器报警电路
4 红外线计数器软件设计
4.1 主程序设计
4.2 子程序设计
4.2.1 LCD显示程序设计
4.2.2 蜂鸣器报警程序设计
5 系统调试
5.1 系统的硬件调试
5.2 软件调试
6 结论
参考文献
附录
1 绪论
1.1 前言在当今社会飞速发展的格局下，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、有效率的、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,而且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选自动计数的装置。
1.2 背景与意义电子计数器到目前为止已有30 多年的发展史。早期，设计师们追求的目标主要是扩展计数范围，再加上提高计数精度、稳定度等，这些也是人们衡量电子计数器的技术水平，决定电子计数器价格高低的主要依据.目前这些基本技术日臻完善，成熟.应用现代技术可以轻松地将电子计数器的计数上限扩展到无限大。当今，单片微型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。已经实现或者部分实现，但要真正完美的实现这些目标，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。
1.2.1 国内外研究的概况计数器是工业生产流水线上重要的组成部分，其实时的、有效率的、精确的自动计数在很大程度上解决了工业生产的问题决定了生产效率成为广大厂家的首选自动计数的装置。但计数器种类繁多，如何选择一个方便有多功能的计数器成了广大厂家非常关心的核心老问题，如何让计数器超越简单的技术功能，成为生产流水线上的一把利器。而基于单片机的红外线计数器能够满足广大厂家的要求，它拥有实时，精确，可靠，稳定等技术有点而且体积小、功能强、可靠性高、性能价格比高等特点。
利用单片机做红外线电子计数器能够使产品的稳定性、实时性、功能和性价比得到大幅的提高。
早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。
如今的产品自动计数器大多采用非接触式的计数触发方式。早已开发出了多种型号的专用检测芯片.而利AT89C2051 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厂家研究的主要课题.产品自动计数器主要用于工厂的流水线上，往往是处于高温，高噪声等极度恶劣的环境当中.而MCS-51 系列单片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动作（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问题
1.2.2 研究主要成果通过查阅相关德文献期刊书籍，对对红外线德一些研究成果如下：
①在作者王送德，朱小龙的《对射式红外线计数器的设计》文章中把红外线发射、接收模块作计数传感器代替了传统的光电传感器、红外线传感器。经作者实际应用验证，该方法在数据采集这方面它的抗干扰能力强，且在该设计中还使用了加密、解码技术，故工作稳定，计数准确，但是该实验是采用对射式的，所以发射管和接受管的方向一定要对正，这在现实中可能会造成不必要的麻烦。
②在作者谢洪的《用单片机控制红外编码探测障碍物》文章中采用由单片机控制发射一定意义的红外编码脉冲串，同时，单片机接收该脉冲串。如果接受到的信号和发射的信号基本一致，才判断为有障碍物的存在。经作者实际应用验证，这种方法能够较强的降低虚警率，具有较强的抗干扰性。作者在该文章中提到3种编码的方案：（1）发送较短的编码串(10～16 位)，判断时间约6～10 ms。在接收过程中，不能有一位的误码，否则认为是干扰，要等待下一次的障碍检测。这种方案在检测过程中，不能存在干扰。（2）发送大于16 位的编码串(16～32 位)，判断时问约10～20 ms。对接收“0”和“1”的编码误码统计，其中可以根据应用场合的需要，存在1～2 位“0”的误码和1～3 位“1”的误码，这样能有效提高抗干扰能力。（3）发送大于32 位编码串，判断时间>20 ms。根据实际情况来分析接收的编码，以判断障碍的存在。且这三种方案都在该实验中得到验证。
③在作者王松德，梁会琴，王丹的《红外线计数器的设计与制作》文章中采用一体化红外线传感器TX05D，由于TX05D 使用了调制技术和采用带补偿的抗干扰器件，在一定程度上解决了抗干扰问题，使白天黑夜的灵敏度基本保持一致。计数部分使用十进制计数7段译码器二合一集成电路CD4033 可直接驱动LCD 液晶实现高亮度数字显示电源部分使用变压器降压集成稳压器稳压可确保电路工作更稳定使用更安全。该设计电路和控制方案简洁明了，容易实现，具有应用推广价值。
④在作者戴培山，冯成德，刘栋的《基于keil+c51 的红外遥控器解码设计》文章中采用HS9012 芯片，它是一块用于红外遥控系统中的专用发射集成电路，功耗低，外围元件少。它的发射码采用脉冲位相调制方式(PPM)进行编码，效率高，抗干扰性能好。HS9012的振荡频率为fesc=455kH，高电平脉冲的宽度(即内部工作时钟周期)Tm=256／lose=0.56ms。根据计时/计数器T0 的数值来判断脉冲的间隔，进而判断一位二进制遥控码是“0”，“1”，还是“引导码”或是干扰码。这样用两个中断可以提高解码效率，节省解码时间。该设计接受装置简单明了，设计的keilc51 程序通用性好，编写效率高，可以方便的移植到其它微控制器上，可靠性好，不受其他遥控器码的干扰。
⑤在作者王礼广、胡解生、熊东平、肖秀如的《基于RS-485 的静脉注射网络监控系统的设计与实验》文章中采用RS-485收发器，该收发器采用平衡驱动和差分接收，具有抑制共模干扰的能力，RS-485接受器灵敏度可以达到4-200 mv，在100 kbit／s速率下电缆长度可以达到l200 m，如果通信距离缩短，最大速率可达10 Mbit／s。该系统性能稳定、安全可靠、操控直观方便。
1.2.3 发展趋势电子计数器到目前为止已有30多年的发展史。早期，设计师门追求的目标主要是扩展计数范围，再加上提高计数精度、稳定度等，这些也是人们衡量电子技术器的技术水平，决定电子计数器价格高低的主要依据，目前这些基本技术日臻完善，成熟。应用现代化技术可以轻松地将电子计数器的计数上限扩展到无限大。
随着单片微型计算机迅速发展，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。已经实现或部分实现，但要真正完美的实现这些目标，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。
红外线电子计数器是一种多功能的电子测量仪器。它利用红外线发射器发射红外线，接收器接收由物体阻挡或直射的红外线，把接受到的红外线信号转换为电脉冲，并由放大电路进行多级放大，通过计数芯片分析，计算出遮拦的次数，再由数码译码器翻译，通过动态数字显示方式显示被测物体遮挡的次数从而进行计数。随着红外技术的提高，在军事、医学等多种领域得到应用，在军事上可以用来防止敌人的侵入，在医学上可以查看病人的病情等。
红外线电子计数器作为工业生产流水线上的重要组成部分，对任何一个大型乃至中、小型企业都是不可或缺的。它能够快速准确的统计产品的数量提高生产的效率，节约大量的人力资源，提高厂家的竞争力。并且随着红外计数器的不断改进，抗干扰能力增强，可以在许多恶劣的地方代替科研人员进行科学工作。
1.3 设计任务本设计主要任务是以单片机为主控芯片来进行软件控制，能正常进行数据计数。基于单片机构成的产品自动计数器研究的主要内容包括：如果构成检测电路、MCS-51 单片机用何种方式对外部计数脉冲进行计数显示控制、LCD 显示驱动模块的选择、MCS-51 单片机的扩展。在这个设计中主要需要解决的问题便是如何提高MCS-51单片机的抗干扰能力以及稳定性。
主要技术指标：
（1）显示并能计数；
（2）具有报警功能；
（3）具有较强的抗干扰性。
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1所示：
图1 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LCD驱动芯片，可以同时驱动4个7段液晶，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所示：
图2 方案二
原理阐述：红外发射电路和红外接收电路（由LM324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使用共阴液晶。当红外线被阻挡时，P32口由高电平变为低电平，形成下降沿，单片机进行计数，并在液晶上显示。
方案三 如图3所示：
图3 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。
方案二是这次毕业设计用的方案，该方案价格低廉、计数精确，且在系统处于异常状态时，工作也十分稳定，也是属于现在产品自动计数市场上的热销产品，可用于在计数要求比较高的场合中。
方案三涉及的知识面广也能达到精确、稳定的自动计数，但也有一个致命的缺点，整个系统的抗干扰力较弱，系统掉电后不能保存数据，在系统牌异常状态时容易出现误操作或死机，故不考虑。
2.2 系统总体框图和原理系统总体框图如图4所示：
图4 系统总体框图
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 主控芯片简介（见附件）
2.3.1 单片机的发展及趋势
3 红外线计数器硬件设计
3.1 单片机最小系统的设计图6 电源供电电路
如图6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稳压后供电。电源用220V 市电经变压器T1降压成12V交流电，然后经四个整流二极管（D1—D4）组成的桥式整流变成直流电压，经C1滤波后送入7805 芯片稳压成5V直流电源供红外线发射、接收电路、AT89C51等供电。C1和C2的作用都是起到对输出电压的滤波作用。
STC89C51单片机的最小系统设计如图7，8所示。.
图7 时钟电路 图8 复位电路
51单片机的最小系统由单片机、晶振电路、复位电路和P0的上拉电阻组成。其介绍如下：
时钟电路：时钟电路（图6）是由电容C4、C5和12MHz的晶振组成，接在单片机的第18和19脚(即XTAL1和XTAL2端)。因其采用的是振荡频率12MHz的晶振，所以其软件的一个机器周期为1us。
复位电路：C1和R2构成了复位电路。刚开始上电时时，C1瞬间相当于短路，C1 两端保持0V电压，VCC的电源电压就都加在了R2上，因此在单片机9脚RST上变成了高电平，此后C1上逐渐充电，即在C1上出现电压，R2上的电压开始下降，最后单片机9脚RST上变成了低电平。在此过程中只要满足单片机9脚RST上的高电平持续24个振荡周期即可使单片机复位。
3.2、红外线检测电路3.2.1 红外线发射电路图9 红外线检测部分
如图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。
3.3 计数显示部分计数显示部分由单片机AT89C51控制完成。基本原理为当红外检测部分检测到有产品经过时，红外接收电路LM567 芯片的8输出口将产生一个低电平信号，这个信号将供给单片机进行计数控制；显示部分是通8 位LCD数码显示管显示。
计数控制部分是将计数脉冲（负脉冲有效）送入单片机AT89C51两个中断入口的INT0入口，经过单片机内部对这个中断信号进行计数编程构成.AT89C51与MCS-51 指令系统完全兼容。提供以下标准功能：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、片内振荡器及时钟电路。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RAM中的内容，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。
3.4 蜂鸣器报警电路本设计采软件处理报警，利用有源蜂鸣器进行报警输出，采用直流供电。当所测温度超过获低于所预设的温度时，数据口相应拉高电平，报警输出。（也可采用发光二级管报警电路，如过需要报警，则只需将相应位置1，当参数判断完毕后，再看报警模型单元ALARM 的内容是否与预设一样，如不一样，则发光报警）报警电路硬件连接见下图10。
图10 蜂鸣器电路连接图
4 红外线计数器软件设计STC89C52RC 单片机可以用汇编语言和C语言进行编程。汇编语言与机器指令一一对应，所以用汇编语言编写的程序在单片机里运行起来效率较高，而且对于红外计数器数据的读写上，所用到的语句比较简单易懂。而C语言程序可读性高，更便于理解。本设计使用C语言编程。
4.1 主程序设计第一次开机，系统进行初始化，LCD显示51芯片的初始数字，并开始运行。如果这个时候按下S2键，则LCD液晶的前两位则累加，该数字作为本次实验的报警触发数据，后两位液晶则位红外线当前的计数，当显示数据达到触发数据则蜂鸣器报警。当此时按下S1键，则蜂鸣器报警停止且后两位液晶数据清零，重新进行计数。
主程序流程图如图11所示：
图11 主程序流程图
void main()
{
ET0=1;
IT0=1;
EX0=1;
EA=1;
beep=1;
num=10;
while(1)
{
keyClear();
keySet();
BJ();
process(count);
display();
}
}
设定左边两位校对液晶初始值E=10，设定右边两位计数液晶初始值N=0。
4.2 子程序设计
4.2.1 LCD 显示程序设计用NPN 三极管驱动LCD液晶动态显示电路，编程就是利用人视觉的暂留性，不断地轮流输出每个液晶位的数据，达到不闪烁的效果，编程上还是比较简单的。
其难点就在把4 位一体共阴液晶分成两部分并且能够进行0～999的计数，这么做是为了能够清楚的反映实验的效果，左边的两位为给定的数据并且能够通过按键S2进行累加达到改变数据而不用通过修改程序来改变的效果，后两位则是红外对管所测得遮挡的次数。
另外，就是显示中闪烁的功能。常用的方法是利用单片机的中断产生方波来达闪烁的功能，而本次设计则采用不断调用几个显示子程序来达到闪烁的效果，如当要闪烁秒位时，则调用完整的显示子程序一段时间，然后再调用缺少秒位的显示子程序一段时间，这样就达到了闪烁的效果。而整个闪烁程序是通过扫描一个标志位来实现的，标志位则是由键控制。
void process(uint i)
{
dat[0]=num/10;
dat[1]=num%10;
dat[2]=i/10;
dat[3]=i%10;
}
把4 位LCD 液晶分成两部分并赋予不同功能。
void keySet()
{
if(key2==0)
{
delayms(10);
if(key2==0)
{num++;
}
while(!key2)
{
process(count);
display();
};
}
}
通过按键S2可以改变校对液晶的初始值进行累加。加强可操控性。
4.2.2 蜂鸣器报警程序设计void BJ()
{
if(count>=num)
beep=0;
else
beep=1;
}
当后两位液晶的数据大于等于给定的数字则蜂鸣器发声报警，当按下S1 按钮，则后两位数据清零进行新一轮的计数且蜂鸣器停止报警，从而达到计数的意义。
5 系统调试
5.1 系统的硬件调试调试工作可分硬件调试和软件调试两个部分，调试方法如下：
首先，硬件调试主要是先制作硬件电路板，然后用万用表等工具对电路检查，最后应用程序进行功能调试。硬件调试比较费时，需要细心和耐心，也需要熟练掌握电路原理。然后，用仿真软件进行软件调试，比如单片机C51编辑软件KEIL，该软件提供一个集成开发环境uVision，它包括C编辑器、宏编辑器、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器。通过编译、运行，可以检查程序错误。但应用此方法，仍需要十分了解所使用元器件的工作方式和管脚连接方式。
5.2 软件调试本次设计则是直接完成电路的硬件设计，出现的硬件问题几乎没有，主要在软件的程序上进行调试。
在软件调试过程中，曾遇到以下问题：
当硬件初次开机的时候，发现LCD亮度不够均匀。进行分析，是程序设里面对显示程序的延时不够造成的。在调试按键的时候，当一按下任意一个按键，系统显示的就处于定格状态，再按下按键则没有任何反应。查询程序，由于在延时和循环程序里，对Rx寄存器重复使用造成的，经过合理分配使用，问题解决。由于本硬件设计中，对P0是复用的状态，显示程序的段码和时钟芯片的数据，都是通过P0传输的。在编程中，忽略了关闭另个数据的通信，导致显示有余光的状态。
6 结论在研究这个毕业设计的过程当中曾经让我遇到了许多小麻烦：在检测单元的选择上是选择光电传感器还是红外对射式曾经让我迷茫.在MCS-51单片机的选择上是选择内部具有4KB字节的闪烁存储器的AT89C51 还是选择内部具有8KB 字节的闪烁存储器的AT89C2051 曾经也让我困惑不已（其实任选一款都可以实现）。而最让我感到迷茫的是否利用8155 进行I/O 口的扩展，其实通过设计要求可以看出不难看出根本不需要对AT89C51进行扩展就可有完成0-999999 的计数显示功能（采用7 段液晶显示可以不扩展）。
基于单片机构成的产品自动计数器能够实现实时、稳定、精确的计数。如果要对这个课题进行深入的研究可以采用AT89C2051 或者AT89C52为控制单元的产品自动计数器在配合专用的掉电数据保护芯片、单片机专用保护芯片等就可以很好的提高整个系统的抗干扰能力。产品自动计数器的设计的抗干扰问题永远是设计者们研究的课程！只要能有效的遏制这个缺陷形成一个优质的自动技术产品指日可待！（MCS—51 单片机允许工作的温度范围：-55℃--150℃，正产工作的频率范围上限：24MHZ—33MHZ）。
通过本次设计，对单片机的内部模块更加熟悉，使用上也更加的清晰，对于今后用单片机设计产品提供了极大的帮助，并且培养了良好的编程习惯，对子程序命名的规范，和对寄存器的使用上，有了一定的良好意识。
附录一原理图
附录二
致谢
本设计在选题及研究过程中得***教授的悉心指导。马老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。马老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，我对马老师的感激之情是无法用言语表达的。他不仅学识渊博，对专业孜孜以求，精益求精；而且在百忙之余仍然读书不辍，不断探求；为人师表，率先垂范；传道授业，呕心沥血。如果说我从指导老师那里学会了怎样做好学问，那么首先应该说我从导师那里领略了真正的学术精神，导师严谨的治学态度和坚韧的探索精神将使我终生受益。
在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学生生活的宿舍——309 的各位同门，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。特别感谢我的同学，刘子伟，赖章勇等对本课题做了不少工作，给予我不少的帮助。
在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们！
