片机程序设计实践教程第12章光电传感器和蜂鸣器控制.ppt

1,第十二讲 光电传感器和蜂鸣器控制,单片机程序设计实践教程,2,12.0 项目演示效果,图XP_12_01 步骤1-打开开发板电源,3,图XP_12_02 步骤2-遮挡传感器1,4,图XP_12_03 步骤3-遮挡传感器3,5,图XP_12_04 步骤4-同时遮挡传感器1和2,6,图XP_12_05 步骤5-同时遮挡全部传感器,7,12.1 项目目标设计,了解光电传感器的基本工作原理；了解蜂鸣器的基本工作原理；掌握对多个光电传感器输入信号进行识别的软件处理方法；掌握对蜂鸣器的控制方法；继续加深理解ZLG7290键盘与显示控制芯片相关函数的控制和使用方法；理解给出的光电传感器和蜂鸣器C语言源程序的结构和各语句所起作用；在达到上述六点目标之后，根据本章“项目扩展任务”中提出的问题，以组或个人为单位，在规定时间里完成扩展项目任务。,8,12.2 项目任务,光电传感器和蜂鸣器控制项目的电路原理图如图12-1所示，PMY单片机开发板包括4个光电传感器TCST1030(L)【22】，器件编号分别为U20U23，传感器的引出脚为Sensor1Sensor4，分别与STC89C52RC单片机的P12P15口用连接插线（见图4-8）相连。由电路原理图可知，在任意一个光电传感器凹形槽间无遮挡物进行遮挡时，Sensor1Sensor4输出信号都为高电平；反之则为低电平。本次项目借助第9章项目的结果，通过编写相应程序，实现当任意光电传感器被遮挡而产生触发时，都会引起蜂鸣器的鸣响，同时点亮相应的七段数码管及LED发光二极管，显示被遮挡传感器的编号。,9,图12-1 光电传感器和蜂鸣器控制项目的电路原理图,10,12.3 系统板上硬件连线,光电传感器和蜂鸣器控制项目的连接插线设置如图12-2所示，此处应使用4根连接插线将STC89C52RC单片机P12P15（J9、J6、J8和J10）分别与传感器输入端Sensor01Sensor04（在芯片82C55的PC口接线排子4、5、6、7的下方）相连。,图12-2 光电传感器和蜂鸣器控制项目的连接插线设置,11,12.4 程序流程图,图12-3 光电传感器和蜂鸣器控制项目的C语言程序流程图,12,12.5 C语言源程序（略）,12.6 系统构成和程序分析,12.6.1 光电传感器的介绍,光电传感器（光电开关）是光电接近开关的简称，是能够将可见光转换成某种电量的传感器【23】。光敏二极管是最常见的光传感器，光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入。为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小（A），称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴对，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参与导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。,13,光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极发射极（E）和集电极（C），如图12-4所示，基极（B）不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。工作时集电结（C）反偏，发射结（E）正偏。在无光照时，管子流过的电流为暗电流Iceo=（1+）Icbo（很小），比一般三极管的穿透电流还小；当有光照时，激发大量的电子-空穴对，使得基极产生的电流Ib增大，此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流Ic=（1+）Ib，可见，光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。,14,图12-4是光电传感器的工作原理图，图中由振荡回路产生的调制信号由发射管GL（光敏二极管）辐射出光脉冲【24】。光脉冲进入光敏三极管DU，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、解调，触发驱动器输出光电开关控制信号。当有检测物对光束进行遮挡时，无光脉冲进入光敏三极管DU，光敏三极管随即断开，接收电路中无电脉冲信号流过负载。因此，光电传感器是将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线强弱或有无对目标物体进行探测。多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型。,15,图12-4 光电传感器内部工作原理图,16,图12-5是美国Vishay公司生产的TCST1030(L)光电传感器外型和引脚图。该器件结构紧凑，发射光源和接收检测器被正对置于同一光轴上，发射光波长是 950nm，接收检测器由光敏三极管构成。TCST1030（L）主要用于轴状编码器的位置感应器和机械运动限制开关等，可实现对不透明物质（如卡片、纸等）的检测。,17,图12-5 TCST1030(L)光电传感器外型和引脚图,18,12.6.2 蜂鸣器简介,蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。本开发板采用的是有源式电磁蜂鸣器，这种蜂鸣器是由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声，具体的介绍可参阅参考文献【25】。,19,由图12-1所示的电路原理图可知，蜂鸣器的正极接到VCC（5V）电源，蜂鸣器的负极接到三极管Q2的集电极C，三极管的发射极E接地，基级B经过限流电阻R6后由82C55的PC1引脚控制，当PC1输出高电平时，三极管Q2导通，蜂鸣器电流形成回路，发出声音；当PC1输出低电平时，三极管Q2截止，没有电流流过线圈，蜂鸣器不发声。因此，可以通过程序控制82C55的PC1脚电平实现对蜂鸣器的发声控制。,20,12.6.3 项目程序分析,图12-6 光电传感器和蜂鸣器控制的系统功能图,21,根据12.2小节所述项目任务，参照图12-1并将其化简为图12-6的光电传感器和蜂鸣器控制的系统功能图。开发板中4个光电传感器U20U23的引出脚为Sensor1Sensor4，分别与STC89C52RC单片机的P15P12用连接插线相连。程序在主函数前就应用sbit语句设定这4个端口的引脚。sbit Sensor01=P12;/传感器1的输入端口sbit Sensor02=P13;/传感器2的输入端口sbit Sensor03=P14;/传感器3的输入端口sbit Sensor04=P15;/传感器4的输入端口,22,源程序中含有将引脚Sensor1Sensor4位信息转换为uchar变量的过程，如下：Sflag1=(uchar)Sensor01;/将传感器1的输入端口状态储存在指定变量中Sflag2=(uchar)Sensor02;/将传感器2的输入端口状态储存在指定变量中Sflag3=(uchar)Sensor03;/将传感器3的输入端口状态储存在指定变量中Sflag4=(uchar)Sensor04;/将传感器4的输入端口状态储存在指定变量中 执行上述语句后，各个光电传感器的输入状态被强制转换为uchar数据类型，并存储在变量Sflag1Sflag4中，以便于后面的switch语句调用，C语言中的switch语句不能直接对端口的引脚状态进行判断，所以这里需要处理一下。,23,对蜂鸣器的控制由以下代码体现：if(!(Sflag1/禁止蜂鸣器发声 由12.2小节项目任务可知，当Sflag1&Sflag2&Sflag3&Sflag4相与后结果为高电平，说明在任意一个光电传感器凹形槽间无遮挡物遮挡，所有Sensor输出信号都为高电平；反之，当有遮挡物在其中一个光电传感器凹形槽间进行遮挡时，Sflag1&Sflag2&Sflag3&Sflag4相与后的结果将为0，这时控制蜂鸣器发声，指示有传感器信号被触发。,24,程序中又是如何辨别哪个传感器的信号被触发了呢？前面提到的主程序中4个switch语句实现了上述功能，以第一个传感器信号的处理过程为例来分析，列写源程序如下：switch(Sflag1)/判断传感器1的输入状态case 0:PA8255,25,Sflag1为1，光电信号无遮挡，用PA8255|=0 xc0控制单独熄灭D17和D16灯，保持其它PA口信号的状态，接下来的熄灭数码管功能引用了第9章介绍的ZLG7290_Download函数来实现，函数中各个参数的含义及选取，请参阅第9章所提及的参考文献。Sflag1为0，光电信号被遮挡，用PA8255&=0 x3f控制点亮D17和D16灯，保持其它PA口信号的状态，还是引用第9章介绍的DispValue函数实现数码管1、2位显示11的功能。,26,程序是如何通过设置PA7、PA6脚为低电平而不影响82C55的PA口其它控制信号状态呢？如图12-7所示，用PA82C55端口与0 x3f按位相与即可实现。图12-7中，y为PA82C55端口将要改变的值，与0相与，则该位被清0；x为PA82C55端口不需改变的值，与1相与，则该位被保留。这种方法既能够将PA7、PA6脚设置为低电平也会保持PA端口的其它控制信号状态。同理，用PA82C55端口与0 xC0按位相或可以实现既能够将PA7、PA6脚设置为高电平，也会保持PA端口的其它控制信号状态。,27,图12-7 程序中82C55的PA7、PA6脚高低电平设置原理图,28,12.7 项目扩展任务,理解本章、第9章七段数码管和44键盘控制和第10章继电器和直流小电机正反转控制的原理，以组或个人为单位，通过编写相应程序，实现以下控制流程：传感器U20U22分别作为继电器和直流电机的控制开关。当U20被遮挡，继电器闭合，从第1位数码管开始写入EON；反之，继电器打开，从第1位数码管开始写入EOFF。U21被遮挡，直流电机正转，从第5位数码管开始写入dF。U22被遮挡，直流电机反转，从第5位数码管开始写入db。U21和U22被同时遮挡，设定直流电机正转，从第5位数码管开始写入dF。U21和U22同时无遮挡，设定直流电机刹车或停转，从第5位数码管开始写入dOFF。,29,THE END,