单片机程序设计实践教程_第12章_光电传感器和蜂鸣器控制

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

第十二讲 光电传感器和蜂鸣器控制

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

12.0 项目演示效果

图XP_12_01 步骤1-打开开发板电源2

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

图XP_12_02 步骤2-遮挡传感器13

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

图XP_12_03 步骤3-遮挡传感器34

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

图XP_12_04 步骤4-同时遮挡传感器1和25

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

图XP_12_05 步骤5-同时遮挡全部传感器6

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

12.1 项目目标设计1. 了解光电传感器的基本工作原理； 2. 了解蜂鸣器的基本工作原理； 3. 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； 4. 掌握对蜂鸣器的控制方法； 5. 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； 6. 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； 7. 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。7

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

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U20~U23,传感器的引出脚为Sensor1 ~Sensor4 ,分 别与STC89C52RC单片机的P12~P15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，Sensor1~Sensor4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。8

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

图12-1 光电传感器和蜂鸣器控制项目的电路原理图

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

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P12~P15(J9、J6、J8

和J10)分别与传感器输入端Sensor01~Sensor04(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10

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

12.4 程序流程图

11 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

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

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(< μA),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。12

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

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+β)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+β)Ib,可见，光电三极管要比光电二极管 具有更高的灵敏度。13

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

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。14

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

图12-4 光电传感器内部工作原理图

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

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。

一光轴上，发射光波长是 950nm,接收检测器由光敏三极管构成。

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

图12-5 TCST1030(L) 光电传感器外型和引脚图17

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

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】。18

清华大学出版社出版,单片机必读经典教程

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。