多功能计数器设计

多功能计数器设计（精选7篇）

多功能计数器设计 篇1

1 方案的选择论证

系统采用功能较强、兼容性好、性能价格比高的89C52单片机。由于测量信号的频率范围比较大,单片机自动根据不同的频率范围选择相应的测量电路。利用单片机进行频率、周期、时间间隔的测量和计算处理,运算结果输出到数码管显示。当需要测量温度、时间间隔等量时,只需通过功能按键转换即可。这种方案由于采用单片机计数,使得其具有智能化的特点,简化了硬件电路,提高了测量精度,同时也能利用软件对测量误差进行补偿,给调试、维护和功能的扩展、性能的提高带来了极大的方便。原理框图如图1所示。

2 系统原理及电路设计

2.1 基本工作原理

目前用单片机组成的系统测量频率的方法有测频率法和测周期法两种。测量频率主要是在单位定时时间里对被测信号脉冲进行计数;测量周期则是在被测信号一个周期时间里对某一基准时钟脉冲进行计数。对于输入信号而言,频率为周期的倒数,故频率测量与周期测量可以互通。由于本设计中信号的频率范围较大,故对输入信号进行分段测量。当输入信号进入系统后,单片机自动判断其频率,然后根据不同的频率选择相应的测量方法。为了满足精度要求,本设计中采用单片机和外部计数器相结合的计数方法[1]。

测量时间间隔时,按下功能键,单片机开始计时,当再次按键时计时停止。

测温电路中使用数字温度传感器DS18B20,使得数据的采集和处理比较简单。

2.2 电路分析

设计中所测物理量较多,本文主要分析了测频、测周电路。

测频、测周电路主要分为电平转换/保护电路、测量电路、测量转换电路、计数器。

频率测量电路如图2所示。当进行周期测量时,系统开始工作前要先进行清零,单片机的P01脚对CD4040的RESET发出复位信号[2],P13脚发出清零信号,将74HC74的CLR管脚置高,然后系统开始工作。此时74HC74的8脚置高,2脚也为高,则5脚输出为高,74HC08的5脚有上升沿出现时,与4脚相与后输出高,选通74HC251的D1脚,然后接入分频及计数电路开始计数。将计数值送入单片机,经处理后在显示模块上显示所测数值。

在74HC74的5脚置高的同时,11脚CLK置高,此时8脚输出为低,则5脚输出也为低,同时11脚又被置高。计数的过程就是这样不断循环的过程。

当进行频率测量时也要对系统进行清零。单片机的P07脚对74HC74的3脚CLK发出高电平,此时输出5脚为高电平,与74HC08的2脚相与后输出为高,此时74HC74的9脚输出为高,触发单片机的INT0,引起中断,单片机开始计时。74HC08的9脚和10脚相与后输出为高电平,选通74HC251的D0脚,然后经过分频电路,进入计数器,开始计数。

软件定时为1秒钟,1秒之后,P07发出低电平,74HC74的3脚接到低电平后,5脚输出为低电平,经74HC08后仍为低电平,74HC74的9脚输出也为低电平,这样74HC08的8脚输出为低电平。此时INT0中断结束,计数器也停止计数,计数值经单片机处理后送显示模块显示。

3 理论分析

多功能计数器测频法[3]主要是将被测频率信号加到计数器的计数输入端,然后让计数器在定时时间Ts1内进行计数,所得的计数值N1与被测信号的频率fx1的关系如下:

而多功能计数器测周法则是将标准频率信号fs2送到计数器的计数输入端,而让被测频率信号fx2控制计数器的计数时间,所得的计数值N2与fx2的关系如下:

事实上,无论用哪种方法进行频率测量,其主要误差源都是由于计数器只能进行整数计数而引起的±1误差:

对于测频法,有:

对于测周法,有:

在测周法中,标准频率信号fs2由单片机的内部定时结构产生,fs2恒为fc/12,因此,在给定ε0为0.01时,fx2既有一定的上限频率,也有一定的下限频率。即:

从以上分析可以看出,测频法测量的频率覆盖范围较宽,且在高频段的测量精度较高,而在低频段的测量精度较低,同时测量时间较长。测周法测量的频率覆盖范围较窄,在高频段的测量精度较低,在低频段的测量精度较高,测量时间短。因此,测频法适于高频信号的测量,测周法适于低频信号测量[4]。为了满足精度要求,本设计中对低频段信号采用了测周法,高频信号采用了测频法。

4 软件设计

在本设计中的软件主要包括按键处理、物理量的测量、显示等子程序。为了提高测量的精度,在数据处理时使用了数字滤波等技术[5]。主程序框图如图3所示。

频率测量、周期测量的子程序框图如图4所示。

5 测试与结果分析

在频率、周期、时间间隔及信号峰值的测试过程中,输入信号采用高精度SF20函数发生器,输出0.01Hz~10MHz的信号。

测试中主要用到的工具有示波器、万用表、自制电路板、信号发生器等。

通过对输入信号和输出端信号的参数的比较,判断设计是否符合要求。若结果在规定的误差范围内,则本设计完成要求。若结果不理想,则需要对电路重新进行参数的设置。经过多次的测试,该设计已完成各项指标。

具体实验数据如表1~3所示。

由于频率和周期互为倒数,所以测周测频数据只列出一种。

6 总结

本系统以89C52单片机为核心,配合相应的测量电路、以及相应的软件,实现了对频率、周期和时间间隔、输入信号峰值、温度等的精确测量。该系统设计思想对微型便携式智能化检测仪表的研究和开发具有一定的参考价值。

摘要：设计了一个简易多功能计数器,由89C52单片机控制,配合相应的测量电路以及相应的软件,实现对频率、周期和时间间隔、被测信号峰值、温度等的测量,可记录10个历史数据,且具有掉电保持功能。其主要电路包括电平电路、时基电路、测频电路、测周电路、测温电路、键盘输入电路、显示电路等,信号输入后先自动判断频率的范围,然后选择需要的测量电路。通过单片机对数据进行处理,在误差允许的范围内显示各个测量值。

关键词：计数器,单片机,周期,频率,时间间隔

参考文献

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[5]张小义.基于单片机的等精度数字测频[J].测试技术,2005(7):47-48.

多功能计数器设计 篇2

随着社会的发展, 流水线技术在企业生产中应用日益广泛, 如何实时、有效、准确地对线上产品进行计数, 成为了人们普遍关心的问题。传统的计数器电路复杂, 元件量多, 故障率高, 维修不方便, 且掉电数据就会丢失。而以单片机作为核心控制芯片的红外线电子计数器能够大幅度提高产品的稳定性、实时性。文章就是基于STC89C52单片机设计了一种具有记忆功能的红外计数器, 其不光具有计数、阈值设置和超阈值报警功能, 还增加了防掉电数据丢失功能。

1 系统整体设计

本系统核心控制部分为STC89C52单片机, 系统由报警电路、时钟与复位电路、电源电路、按键输入电路、数码管和LED显示部分、、红外传感器和EEPROM存储单元组成 (图1) 。

时钟与复位电路、电源电路构成单片机的最小系统;按键的主要功能是预设阈值、清零;报警电路主要作用为当计数值超过预设阈值时进行报警;数码管主要用来显示设定阈值和计数值;发光二极管用于指示工作状态, 闪烁时为计数状态;红外传感器作用是采集物件通过信号, 实现计数;EEPROM存储单元选用AT24C02芯片完成存储功能, 可以在掉电时保存数据。 (图1)

2 主要电路设计

2.1 扬声器报警电路设计

扬声器报警电路如图2所示。电路由单片机通过P3.5口进行控制, 当计数值超过上限值时, P3.5输出方波信号, 并经三极管放大, 让扬声器产生“滴滴”的报警声, 以达到报警的目的。

2.2 EEPROM存储电路

系统选用AT24C02芯片存储预设阈值和计数值, 电路如图33所示。AT24C02内部存储地址的0x00和0x01单元用于存储计数值, 地址0x02和0x03用于存储预设阈值。AT24C02通过6和5号脚分别与单片机的P2.5和P2.6连接, 用I2C的串行通信方式与单片机传输数据。

2.3 红外传感器模块

本系统选用E18-D80NK型号的红外光电开关, 该传感器集发射与接收于一体, 检测距离可以根据要求进行调节, 有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点。该传感器有三个引线, 其中红色线接5V电源, 绿色线接地, 黄色线用于输出采集信号, 通过单片机P1.4口传入计数信号。

2.4 按键输入电路 (图4)

按键输入电路包括4个按键, 选用轻触开关, 按下时输入低电平。4个按键的主要功能为:K1为预置数按键, K2为加按键, K3为减按键, K4为清零按键。4个按键分别接在单片机的P1.0、P1.1、P1.2和P1.3引脚上。

3 程序设计

程序设计包括主程序 (main) 、计数子函数 (jishu) 、按键扫描子函数 (keyscan) 、显示子函数 (display) 、T0初始化函数 (Init Timer0) 、T0中断服务函数 (timer0) 等几个部分。

计数子函数主要采集红外传感器信号, 每有物体通过则计数值加1, 并把计数值存入AT24C02中。按键扫描子函数, 主要完成对四个按键的信息读取, 并根据按下的按键执行相应的功能。显示子函数, 完成对4位数码管的显示控制, 首先通过计算获取要显示数据的个、十、百、千位, 然后通过动态显示的编程方法分别向P0和P2口送各个位的段码和位码。T0初始化函数完成对T0计数器的初始化, 设置工作方式和计数初值。T0中断服务函数完成500ms的定时, 用于控制发光二极管进行一秒闪烁以及扬声器的滴滴报警。主程序主要功能是开机读取24C02的计数和阈值信息, 调用子函数, 完成计数器功能。

4结束语

文章设计的红外计数器采用单片机控制、红外线遮光方式, 抗干扰性好, 可靠性高;可调整阈值, 具有超过阈值报警功能;设计了EEPROM存储部分, 有效防止掉电丢失数据。

参考文献

[1]应玉明.基于单片机控制的工件自动计数系统设计[J].机电工程技术, 2011, 40 (7) :47-49.

[2]卢旭锦.基于Keil c的AT24c02串行EEPROM的编程[J].现代电子技术, 2007 (8) :154-160.

多功能计数器 篇3

关键词：计数器,MSP430F149,FPGA,等精度

系统方案

方案1:采用单片机实现。被测信号经调理后送入单片机, 利用其内部的计数器完成计数, 然后再进行数据处理和显示, 但单片机在处理高速信号时略显吃力。

方案2:利用FPGA对调理后的被测信号实现高速计数, 单片机软件执行高精度浮点数运算并显示。单片机完成系统的数据处理、逻辑控制和人机交互功能;大规模现场可编程器件 (FPGA) 实现外围计数功能。电路框图如图1所示。

方案比较与选择:方案1用外围电路配合单片机实现测量功能, 信号频率比较高时需外加分频电路, 影响测量精度和系统稳定性, 且单片机任务繁重, 给软件设计和调试工作带来不便;方案2用一片高度集成的可编程逻辑器件可完成有关电路所有模块的设计, 大大降低了电路复杂度, 减少引线信号间的干扰, 提高电路的可靠性和稳定性。加上单片机控制, 应用单片机的数学运算和控制功能, 辅以有效的软件滤波算法, 能够进一步提高测量精度, 且控制灵活、易于扩展和调试简单, 能够达到题目要求。故本设计采用方案2, 系统框图如图1所示。

理论分析与计算

频率和周期测量方法分析

由于频率和周期之间存在倒数关系 (f=1/T) , 所以只要测得两者中的一个, 另一个可通过计算求得。

(1) 直接测量法:对测频在低频端1Hz时, 若闸门时间为1s, 其±1量化误差大到100%。为了满足测试精度的要求, 显然不能采用直接测量法;

(2) 直接与间接测量相结合的方法:需对被测频率和中界频率的关系进行判断, 在中界频率附近仍不能达到较高的测量精度;

(3) 等精度测量法:图2为等精度测频、测周原理方框图。

设在一次预置门时间Tp中对被测信号计数值为Nx, 对标准频率信号计数值为Ns, 有

对式 (2) 两边微分得其测频相对误差为

由式 (3) 可知, 测频误差仅取决于标准信号频率fc和预置闸门宽度Tp, 增大Tp或提高fc, 可以减少误差, 提高测量精度。因为闸门实际开放时间等于被测信号周期整数倍, 消除了被测信号计数值±1量化误差, 所以测频误差与被测信号频率无关。

若标准信号频率fc为50MHz, 闸门时间Tp取1s, Vfc/fc<10-7, 则测频、测周相对误差, 满足题目要求的性能指标, 因此本设计采用等精度法测频和测周。

相位差测量方法分析

相位差的测量有很多种方法, 如相位—电压转换法、数值取样法和相位差—时间转换法等。其中相位差—时间转换法实际上是测量两个正弦信号波形上两个相应点之间的时间间隔t, 若两被测信号周期均为T, 则时间间隔t对应的相位差为:

如果只测量一个周期的t和T, 无法满足宽频带被测信号的测量精度。如果时间间隔t和周期T测量值比较准确, 再通过单片机对实测数据进行高精度浮点数运算及误差修正, 就可以达到精度要求。按照这一思路, 结合上面对等精度测频、测周原理及误差的分析可知, 此方法是切实可行的。

设门控信号的开启时间为tc, 计数值为N, 则

式中T0为时标信号的周期, 由 (5) 式和 (6) 式得:

式中f为被测信号频率, 10Hz≤f≤100k Hz, f0为标准时基, N为计数值。

宽带通道放大器分析

因为三极管放大电路参数选择复杂, 低频特性不好, 抗噪性能差。因此, 设计中采用了宽频带、低噪声、高输人阻抗的运算放大器组成高精度放大电路, 以获得良好的频率特性和抗干扰能力。因此, 应根据信号幅度大小分段选择放大器的增益。还有就是要满足运放增益带宽积的要求。

电路与程序设计

输入通道电路设计

待测频率信号由于衰减、传输干扰等原因, 不能直接用于测量, 需要经过处理后才能适合逻辑控制器的输入。输入通道组成框图如图3所示。

输入信号经电压跟随器缓冲后进入放大通路, 灵敏度控制采用单片机控制继电器的通断来选择不同的放大倍数, 被放大的信号经比较器输出与被测信号同频率的方波计数信号若要测相位差, 则同频信号经放大后进入移相网络, 然后经过零比较得到移相后的计数信号。比较器采用滞回接法, 从而避免了过零点信号的毛刺造成整形信号的误翻转。其中放大电路基本原理如图4所示, 其中Rf为反馈电阻, R为输入端电阻, 有:

注:频率单位为Hz, 相位差单位为度。

由式 (7) 知, 调节Rf的大小即可调整电路的增益。

移相网络电路如图5所示。对图5电路分析知, 两级网络的振幅特性均为A (ω) =1, 前级网络相频特性为φ (ω) =-arctg (ωrc) , 可见此为超前网络;后级网络相频特性为φ (ω) =π-arctg (ωrc) , 所以相位发生滞后, 通过改变阻值r即可实现相移量调整。两级级联后移相范围为0:360°。

系统的整体原理图如图6所示。

FPGA功能实现模块

FPGA实现部分主要分为信号同步处理, 等精度计数和数据处理及传输3部分, 如图7所示。FPGA采用Altera公司的EP2C5Q208C8, 经分析知能够实现题目要求。

(1) 同步处理电路:待测信号从外时钟域进入, 属于异步信号, 对测量精度乃至整个系统的稳定都有很大的影响, 在这里, 先对输入信号进行一次采样进行消抖, 滤去可能存在的毛刺, 然后进行一级同步处理, 尽可能有效地对异步信号进行同步处理。

(2) 计数测量:采用等精度法测频率, 利用相位-时间转换法进行相位差测量, 并将测得数据进行寄存。

(3) 数据存储:将得到的并行数据转换为串行数据, 再通过时序控制将数据写入双口RAM, 然后单片机以其自身的时钟频率进行读取。从而有效地消除跨时钟域数据处理时所造成的不稳定影响。

单片机控制模块

在本系统中, 单片机采用MSP430F149, 主要完成放大通路灵敏度选择、读取实测数据及处理和键盘与显示接口等三种功能。其中灵敏度选择是通过控制继电器的通断来实现通路切换;按键采用红外遥控方式, 其中发射部分采用PT2221, 接收部分采用高灵敏度、高度集成的一种新型红外遥控接收光电模块HS0038, 然后通过单片机直接进行软件解码处理, 进而执行与之对应的中断服务子程序;因为要同时显示较多数据, 所以我们采用字符型液晶显示。

图10 QUARTUSII绘制的测试“等精度测量”的波形仿真文件, 预置门控信号为:|out:2.5MHz (400ns) , fin:待测信号频率, |Out:待测信号经同步后的频率;data1和data2为测量数据

主程序流程图断服务

单片机系统主要流程图如图8所示。

测试方案与测试结果

测试仪器

(1) 任意波形/函数发生器 (Tektronix AFG3022B)

(2) 等精度通用计数器/相位计 (Sample SP312B)

(3) 双通道数字示波器 (Tektronix TDS1002)

测试方法与步骤

本设计采用先分别进行子系统测试, 待均测试成功后再将之组装成总体系统, 仔细检查连接无误后通电进行总体功能和性能测试, 并记录所测数据。

测试条件:闸门时间为1s。

主要测试结果及分析

测试结果: (1) 本设计实现了对正弦信号的频率、周期和相位差的测量功能; (2) 性能方面能够基本达到基础部分误差要求。

数字电路仿真结果如图10、11所示。

测量误差主要来自:信号前级处理电路, 由隔直电容和运放等集成芯片产生;信号传输过程中的延时;异步信号对FPGA测量计数造成的影响;等精度测量所产生的绝对误差随信号频率增大而被直接放大, 导致在对高频信号测量时出现大的数据局部不精确。

结论

频率、周期测量误差达到10-5-10-6;相位差测量准确度达到1度;能够实现小信号测量;由于本地时基的计数结果依然存在±l的计数误差, 制约了频率和周期测量精度的提高。如果辅以模拟内插法, 可以进一步提高测量精度。

图11 测试“相位-时间”法的波形仿真文件, data_out为测试数据, ph1和ph2分别为两输入正弦波在整形后的方波信号, pout即两方波信号异或后的波形

参考文献

[1]蒋焕文等.电子测量[M].第三版.北京:中国计量出版社, 2008

[2]高吉祥编, 电子仪器仪表设计[M].北京:电子工业出版社, 2007

[3]吴继华等.Altera FPGA及CPLD设计 (高级篇) [M].北京:人民邮电出版社, 2005

[4]曹磊编.MSP430单片机C程序设计与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007

[5]胡大可, MSP430系列超低功耗单片机原理和应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2003

多功能计数器设计 篇4

关键词：浮游生物,粒径谱,高清摄像,生物拖网

0 引言

随着科技进步与人类发展,人类日益增加的资源消耗与陆地资源逐渐匮乏的矛盾越来越突出。 近些年的浅海开发很多,但是对深海的开发却很有限。 浮游生物粒径谱反映了海洋生态系统结构、功能以及系统内部的联系,因此具有粒径计数功能的设备能更好地帮助进行海底环境监测和资源开发。 另外,可视化技术是一种直观的海洋观测技术, 过去可视化观测主要依赖于传统相机,视频存储依靠存储卡,不具备实时监控功能,也无法实现长期的可视化观测。 本文设计了具有粒径技术功能的可视化浮游生物拖网系统,同时搭载浮游生物计数器及高清摄像头, 并结合以太网传输解决上述问题, 实现了高品质实时视频监控以及浮游生物粒径谱检测,弥补了深海探测这一领域的不足。

1 系统结构

1 . 1 系统框架

本系统以千兆以太网框架作为传输途径, 提出了一种设计方案, 该系统集成了多种技术, 其系统结构框图如图1 所示。 系统包括甲板视频监控平台和水下电子系统两部分, 其中甲板视频监控平台由LOPC PC端软件、拖网甲板控制单元、 甲板控制端、 甲板通信机组成。 另外, 水下电子系统由水下控制仓、IP摄像机、LOPC主机、拖网主机和传感器组成。

1 . 2 系统工作原理

甲板视频控制平台与水下电子系统通过光缆连接,光缆长度约为10 km, 电源通过光缆为水下电子系统提供高压电源,甲板操作监控平台与水下系统的数据与控制命令交互也通过光缆传输。

甲板操作监控平台上的PC主机用于显示浮游生物形态图像及粒径谱数据。 水下控制仓用于控制摄像机、探照灯、 高度计等设备的工作状态, 控制命令通过甲板操作监控平台发送控制命令进行控制;水下电源转换模块将高压转换为各个模块所需的工作电压;光纤转换器用于光/电信号的转换,方便光缆与以太网电缆的转接;串口转以太网模块配合光纤转换器和交换器将以太网电缆信号与串口信号互相转换,从而连接甲板操作监控平台与水下控制单元的通信;交换机用于各个模块与设备的连接。

LOPC主机与拖网主机通过RS - 232 总线与水下控制仓进行数据通信, 水下控制仓将从LOPC主机、 拖网主机收到的数据打包,分别通过串口转以太网模块及光纤收发器发送至甲板监控平台,甲板监控平台再将数据分别通过千兆以太网发送至LOPC上位机、 拖网上位机、 甲板控制端上位机, 甲板控制端上位机通过千兆以太网发送指令给水下控制仓,水下控制仓根据指令控制继电器的开断, 继而控制控制仓外接设备的工作状态,同时上传控制仓内GY85 九轴传感器、 高度计等传感器数据至甲板控制端上位机并显示。

1 . 3 浮游生物粒径谱监测及生物图像采集

系统对浮游生物粒径谱的监测使用了来自劳斯莱斯公司发明的激光浮游生物计数器(LOPC) 及拖网应用,如图2 所示。 它能为用户提供高分辨率、高密度的实时浮游生物数据采集以及显示, 对于1 500 μm~35 000 μm范围内的多要素浮游生物可显示微粒的外形轮廓,浮游生物数量采集范围高达1 000 μm~35 000 μm, 并且具有很低的重复几率。 此外还能通过上位机界面实现实时的数据采集及显示,从而使得用户可以在线对采集的数据进行快速、高效的观察和处理。

本系统针对水下浮游生物的可视化监测使用了来自Imaging Source公司23Series TIS_Gig E系列DFK23G274摄像机,最高帧数达到20 f/s。 视频数据通过千兆以太网发送至甲板监控平台,甲板监控平台通过上位机软件进行图像的显示和回放。

2 系统硬件

系统由于需要长期工作于深海中, 因此当甲板上的供电电源电压较低时, 系统的工作电流相对较大; 又由于为水下系统供电的电缆较长, 因而线缆上的损耗较大,导致系统功耗增加。 所以本系统采用高效率的高电压低电流模式,甲板监控平台为水下设备提供300 V直流高压,300 V高压经过VICOR模块转换为3 路24 V,并通过水下DC/DC模块产生12 V、5 V、3.3 V电压, 为不同的模块供电。

水下控制仓由控制单元、 电源模块、 串口转以太网模块、光纤收发器、以太网交换机、2 路搭配照明设备的高清摄像头、 拖网主机以及高度计组成, 其结构组成如图3 所示。 控制单元中包含提供9 自由度分量参数测量的GY85 九轴传感器,4 路继电器能够控制高清摄像头、照明设备、 高度计的工作状态, 另外还为串口转以太网模块提供工作电压,控制单元通过与上位机的数据交互来控制外部设备的状态, 并上传视频数据、 浮游生物粒径谱数据及九轴传感器数据至上位机,并通过人机交互界面显示传感器数据。

3 系统软件设计

系统软件由水下控制仓程序、 甲板控制端上位机程序两部分组成。 本设计程序中, 下位机程序在Keil下编译、 调试, 上位机程序均在Microsoft Visual Studio 2012下编译调试。

3 . 1 甲板控制端上位机程序设计

甲板控制端上位机程序设计可以分为2 个步骤:

( 1 ) 系统初始化。 打开上位机后, 对各个窗口组件、 摄像头进行初始化配置。

( 2 ) 发送控制命令并接收传感器数据。 上位机对水下控制仓发送4 种命令帧, 对应执行4 种操作, 命令帧与对应操作关系如表1 所示。

3 . 2 水下控制仓程序设计

甲板控制端上位机程序设计可以分为3 个步骤:

( 1 ) 系统初始化。 对系统时钟及外设进行初始化配置。

( 2 ) 接收上位机指令并控制。 水下控制仓接收到控制命令后, 判断是否为心跳信号, 在1 分钟内未接收到心跳信号, 系统将切断所有外接传感器的电源; 接收到操作指令,则完成对应操作。

( 3 ) 上传传感器数据。 水下控制仓采集好传感器数据后,按照@#,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 55* / r / n的数据格式上传传感器数据( 数字n代表第n路传感器数值) 。

水下控制仓下位机程序流程图与甲板控制端上位机程序流程图如图4 所示。

3 . 3 LOPC数据

LOPC的二进制数据流包含3 种数据格式: 计数数据、粒径数据和CTD数据(或其他串行数据输入)。 数据帧的基本布局如下:

< 分隔符> < 帧标识> < 数据包> < 分隔符> < 结束符>

分隔符采用波浪线符号(~),帧标识是字母L、M、C,其中L代表计数数据,M代表粒径数星号(*)。 计数数据与粒径数据的数据包是二进制格式,CTD或串行输入数据通常是ASCII码格式。 其中粒径数据是对浮游生物轮廓采集得到的数据,PC通过对粒径数据的分析处理得到浮游生物轮廓图像,浮游生物轮廓图像如图5 所示。

4 系统安装与测试

将各个模块电路在仓体内安装完毕后进行系统测试。

甲板控制端上位机如图6 所示, 左侧图像窗口为水下高清摄像头的数据, 并提供录像功能,Gig Ethernet摄像头采用了索尼公司的ICX274 CCD传感器, 感光尺寸高达1/1.8″,最高帧数达到20 f/s,为水下图像采集提供性能上的保证。 上位机右侧面板显示水下控制仓上传的传感器数据,并有按钮控制水下摄像机、高度计、照明灯的工作状态。

LOPC上位机如图7 所示, 左侧直方图显示不同粒径的浮游生物的个数, 右侧为上位机描绘的生物轮廓,下方面板为水下LOPC主机的工作状态以及相关参数的显示。 LOPC主机与甲板控制单元有电力线载波和RS - 232 总线两种通信方式, 本系统采用RS - 232 总线方式将LOPC数据发送至水下控制仓, 再通过千兆以太网发送至LOPC上位机,并进行显示。

5 结论

本文设计了一款基于以太网架构的具有粒径技术功能的可视化浮游生物监测系统,这种架构大大提高了水下数据传输质量和速率,改善了实时性能。 该系统不但能应用于深海生物观测,同时也被应用于海洋资源的勘探、 水资源污染检测及灾害预测、 海底养殖观测等诸多领域,为海洋资源开发提供了一种高效的探测方式。

参考文献

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[4]ODIM公司.LOPC[EB/OL].[2010-02].http://www.brookeocean.com/.

简易产品自动计数器的设计 篇5

当今工业发展呈现日新月异的变化, 工业生产过程中的计数方式也需要发生变化, 单纯的手工计件不仅容易漏计、错计, 而且劳动强度大。为此我们设计了一款基于单片机和光电检测器的简易产品自动计数器, 首先由漫反射光电开关将接收的信号转换为电脉冲信号, 送入单片机进行处理, 处理后送数码管显示, 实现自动计数的功能。该系统可显示当前累计数值, 计数容量为0000~9999, 还具有手动复位功能。

2 系统硬件设计

该系统的硬件主要由单片机最小系统、光电开关检测电路、数码显示电路、蜂鸣器报警电路和电源电路组成, 系统框图如图1所示。

该系统中的光电开关检测电路能够及时检测到当前工作区的产品数量, 并将产品累计的数量显示在4位数码管上, 还可以使用系统的按键电路, 对检测电路的计数值设置上限, 超过上限值启动报警电路。

2.1 光电开关检测电路

2.1.1 漫反射光电开关E18-D 80N K

光电开关E18-D 80N K是一种集发射与接收于一体的光电传感器, 发射光经过调制后发出, 接收头对反射光进行解调输出。该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点, 可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。

2.1.2 E18-D 80N K工作原理

如图2所示为该光电开关的电路原理图, 这是N PN型光电开关, 有电源、接地和输出三条线, 其输出状态是0、1, 即数字电路中的高电平与低电平。检测到目标是低电平输出, 正常状态是高电平输出。在电路设计中可以在输出端加上拉电阻10K到5V, 再接入单片机检测, 会比较稳定。

光电开关E18-D 80N K的技术参数如下:

1) 输出电流D C/SC R/继电器C ontroloutput:100m A/5V供电

2) 消耗电流:D C<25m A

3) 响应时间:<2m s

4) 指向角:≤15°, 有效距离3~80C M可调

5) 检测物体:透明或不透明体

6) 工作环境温度:-25℃~+55℃

7) 标准检测物体:太阳光10000LX以下白炽灯3000LX以下

8) 外壳材料:塑料

9) 接5V电源, 数字量输出, 不需要进行A D转换, 可直接接单片机的IO

2.2 数码显示电路

本设计采用的是4位7段式的共阴数码管即时显示所有已通过光电开关的产品数量, 显示范围:0000~9999。数码管的段码由P0口提供, 位码由P2.0~P2.3提供。

2.3 蜂鸣器报警电路

报警电路采用三极管SS8550放大电路驱动蜂鸣器, 当生产线上产品数量达到设定计数的上限值时, 单片机触发三极管工作, 使蜂鸣器发出声响。报警电路如图3所示。

3 软件设计

本系统程序设计用C语言来完成, 并由Keil软件进行调试和编辑。系统流程图如图4所示。

4 结束语

经过提出设计方案-方案论证-仿真-制作实物-调试等过程制作的产品自动计数器, 通过光电开关检测产品的有无, 利用单片机对产品数目进行自动计数, 并将结果送数码管显示。经实测该产品自动计数器具有检测速度快、计数准确、实用性强、操作方便、安全可靠等特点, 具有一定的应用价值。

摘要：介绍了一种简易产品自动计数器的软硬件设计过程, 系统由漫反射光电开关E18-D80NK、STC89C51单片机和数码显示电路等组成, 制作该产品自动计数器, 经实测该系统具有检测速度快、计数准确、实用性强等特点。

关键词：自动计数,漫反射光电开关E18-D80NK,数码显示

参考文献

[1]杨东燕.基于单片机的产品自动计数与装箱控制系统[J].内蒙古科技与经济, 2010.

[2]张羽鹏, 王开福.红外计数在测速中的应用[J].红外技术, 2008.

[3]斯芸芸, 景琴琴.红外光电计数器的设计与制作[J].电子制作, 2014.

[4]黄茂雄.光电计数器的设计分析[J].价值工程, 2012.

定时器/计数器教学设计 篇6

1 Proteus和Keil简介

Proteus是英国Labcenter electronics公司研发的EDA工具软件, 是多种型号单片机系统的设计与仿真平台, 能实现单片机与外设的电路系统、软件系统的设计与仿真, 在仿真过程中, 用户可以用鼠标单击开关、键盘、电位计、可调电阻等动态外设模型, 使单片机系统根据输入信号做出相应的响应, 并将响应处理结果实时地显示在LED、LCD等动态显示器件上, 实现了实时交互式仿真。

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统, 是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件, 它提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案, 通过一个集成开发环境 (uVision) 将这些部份组合在一起。

Keil与Proteus连接成功后, 可以在keil调试程序, 单步、全速、设置断点、观察变量的值等, 也可以在Proteus做硬件方面的模拟, 如按按键、改变可调电阻的阻值等, 这个时候keil都会有反应的。

2 定时器/计数器工作原理

80C51内部设有两个16位的可编程定时器/计数器, 即定时器0 (T0) 和定时器1 (T1) , 它们分别由两个8位专用寄存器组成, 即T0由TH0和TL0构成, T1由TH1构成, 每个寄存器可以单独访问, 用于存放定时或计数器初值。定时器方式寄存器TMOD用于选定定时器的工作方式, TCON用于控制定时器的启动与停止, 保存T0、T1的溢出和中断标志。当定时器工作在计数方式时, 外部事件通过引脚T0 (P3.4) 和T1 (P3.5) 输入。

3 计时秒表的设计实现

3.1 计数方式

3.1.1 计数方式1 (没有使用中断)

(1) Protues电路设计。

如图1所示。

(2) 源程序设计。

实验中, 定时器/计数器0 (T0) 作计数器用, 被计数的外部输入脉冲信号 (1kz) 从单片机的P3.4 (T0) 接入。单片机将对脉冲计数, 并将寄存器TH0和TH1的值分别送四位数码管实时显示。教学中, 可以通过改变计数的外部输入脉冲的频率改变计数快慢。

Keil C51高级语言

在Keil中可以看到C语言程序编译后生成的汇编代码。

3.1.2 计数方式2 (使用中断)

(1) Protues电路设计:图1。

(2) 源程序设计:汇编程序略。

实验中, 定时器/计数器0 (T0) 作计数器用, 被计数的外部输入脉冲信号 (1kz) 从单片机的P3.4 (T0) 接入。计数寄存器初值设为FFFF, 单片机对脉冲计数一次, 计数将发生溢出中断, 执行T0中断服务程序。

3.2 计时方式

3.2.1 rotues电路设计:将图1中的外部输入计数脉冲去掉

如图2所示。

3.2.2 源程序设计:汇编程序略

实验中, 定时器/计数器0 (T0) 作计时器用, 计数器的加1信号由振荡器的12分频信号产生, 如果晶振为12MHz, 则计数周期为1μs (如果晶振为6MHz, 则计数周期为2μs) 。程序中TMOD为计时方式1, M=216=65536, 如果要产生1ms的定时时间, 则需“加1”1000次 (计数值为1000) , 计时初值X=M-计数值=65536-1000=64536=0xFC18。教学中, 可以通过改变计时工作方式, 分别进行计时初值的设置, 让学生理解各种工作方式计时初值的计算方法。

4 结语与展望

秒表的设计实现能帮助学生较好地掌握计时器/计数器工作原理及实现方法, 理解汇编语言和C51语言设计方法;使用Proteus仿真, 整个过程与真实的软件、硬件调试过程相似, 有利于学生理解。使用图1, 还可以改用外部中断来实现秒表。另外, 可以将秒表设计扩展为六位秒表, 可复位秒表, 倒计时秒表, 可实时交互设置计时时间的秒表等。

参考文献

[1]张靖武.单片机系统的PROTEUS设计与仿真[M].北京:电子工业出版社, 2008.

个人网站中页面计数器的设计 篇7

目前，网络技术日渐成熟，有很多大型的专业网站在互联网上比比皆是。同时，由于网络知识的推广和普及，很多对网络感兴趣的个人也纷纷建立独具特色的个人网站。个人网站的建立不仅丰富了创建者的业余生活，增添了生活的乐趣，同时也为他人打开了一扇窗口，让更多的人来了解自己，关注自己的网站。

在个人网站的建设中，通常会在主页中设置有页面计数器，一方面为了方便创建者及时了解网站的访问量，另一方面也反映出网站的被关注程度。计数器的设计有多种不同的方式，对于初学者甚至可以把别人做好的小程序嵌入到自己的网页文件中。但是，对于网络真正感兴趣的人来说，很希望自己动手来设计网页计数器，通过这种方式锻炼自己的能力。

2 设计方案

本文采用数据库的方法来实现计数器，在该设计器中不仅能够记录访问次数，还可以区分不同的访问用户的访问次数，统计出某个用户当天、本周、本月的访问次数。

2.1 创建计数器数据库

为了记录用户的访问次数，首先要创建一个数据库文件“count.mdb”，在该数据库中创建一个计数器表，取名为“countable”，在该表中设置5个字段，分别为：username、hit、dayhit、weekhit、lasthit;用他们分别存以下信息：访问用户名、访问的总次数、日访问次数、周访问次数、上次访问时间。其整个表的结构如表1所示。

2.2 计数器文件

计数器文件的编写，主要采用ASP技术(动态网页制作技术)。采用ASP技术，能够更好地与用户交流信息，同时也能动态地与后台数据库进行连接。

在个人网站的首页，我设计了一个登录页面，根据登录的用户统计相关信息。如果该用户在“counttable”表中并不存在登录记录，则需要在“counttable”表中插入一条新记录，用了保存该用户访问的信息。如果该用户的信息在“counttable”表中已经存在，则只需要更新“hit”(总访问次数)、“dayhit”(当天访问次数)、“weekhit”(周访问次数)及“lasthit”(最后一次访问时间)等字段。

2.2.1 获取登录信息

获取用户信息后，先查找该用户信息是否在“counttable”表中，若在，访问总次数加1;若不在，将用户信息插入“counttable”表，“hir”、“dayhit”、“weekhit”字段初值都设为1。

2.2.2 计算日访问量

比较当前日期和上次访问日期是否相同，若相同，日访问量“dayhit”增1;若不相同，设置“dayhit”取值为1。

2.2.3 计算周访问量

要确定两次访问是否在一个星期内，首先确定两个日期是否同年份、是否同一月份;若是同一月，则需要判断两个日期差的时间是否七天之内;若在七天之内，则可以更改周访问次数;若不在同一月份，则要判断两个月是否跨年度的相邻两个月，并判断是否同一周内的时间。若同一周内，“weekhit”字段的值增1，否则重新开始一周的统计。

3 总结

个人网站建设中，需要知识的积累，同时也需要不断的实践，从简单的编程开始，不断提高自己，完善自我，才能更快更好地在网络世界里游刃有余。

摘要：个人网站的建设,往往独具特色,为了统计网站的访问量,可以自己动手设计网站页面计数器,不但锻炼了能力,也可以随时了解网站的受欢迎程度。

关键词：页面计数器,ASP技术,数据库技术

参考文献

[1]朱志宇.基于ASP和ADO技术的动态交互式教学网站[J].河北大学学报:哲学社会科学版,2006(7).

[2]李沫沫,李宇亮.运用ASP技术实现动态网站的设计与开发[J].河北大学学报:哲学社会科学版,2004(1).

[3]龚宇花.基于关系型数据库的WEB OA公文流转系统[J].自动化与仪表,2006(3).