发布时间 : 星期二 文章别人的毕业设计基于TCS230颜色传感器的色彩识别器的设计 - 图文更新完毕开始阅读70e269700912a216147929d1
徐州工程学院毕业设计(论文)
3 基于TCS230的设计
本论文主要是研究和设计色彩识别系统。本系统是以AT89S51单片机为核心，以TCS230颜色传感器和LCD1602为子系统建立起来的。
3.1 MCS-51单片机简介
MCS-51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性能8位单片机，它包含51和52两个子系列。
对于51子系列，主要有8031、8051、8751三种机型，它们的指令系统与芯片引脚完全兼容，仅片内程序存储器有所不同，8031芯片不带ROM，8051芯片待4KB的ROM，8751芯片待4KB的EPROM。51子系列单片机的主要特点为：
4k／8k字节程序存储器； 128／256字节数据存储器； 32条I／O口线；
111条指令，其中大多数是单字节指令； 21个专用寄存器： 2个可编程定时／计数器： 5个中断源，2个优先级； 一个全双工串行通信口；
外部数据存储器寻址空间为64k字节： 外部程序存储器寻址空间64k字节； 逻辑操作位寻址功能
MCS-51系列单片机应用十分广泛，各种教材和应用资料也很多。尽管INTEL公司本身没有在品种和功能上对MCS-51系列单片机作进一步的扩展，但是由于lNTEL公司开放了MCS-51系列单片机的核心技术，加之51系列单片机已经成为8位通用单片机的公认标准，因此，许多著名的半导体生产厂家。如Atmel、Philips、Cygnal、Dallas等纷纷推出以80C51为基核的各具特色、性能优异、功能强大的单片机，形成了庞大的 80C51系列单片机家族，为熟悉51系列单片机的人们提供了最广泛的选择空间，也为51系列单片机注入了勃勃的生机。
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图3.1 C51单片机管脚图 图3.2 C51单片机实物图
3.2 颜色传感器及硬件电路的连接
3.2.1 颜色传感器
TCS230芯片的结构框图与特点:
TCS230是TAOS公司推出的可编程彩色光到频率的转换器，它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上集成了红绿蓝（RGB）三种滤光器，是业界第一个有数字兼容接口的RGB彩色传感器，TCS230的输出信号是数字量，可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，因此可直接与微处理器或其他逻辑电路相连接，由于输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D转换电路，使电路变得更简单，图3.3是TCS230的引脚和功能框图。
TCS2301234S0 S3 S1 S2OE OUTGND Vcc8765输出光电二极管阵列S2S3电流--频率转换器S0S1OE图3.3 TCS230的引脚和功能图
图3.3中，TCS230采用8引脚的SOIC表面贴装式封装，在单一芯片上集成有64个
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光电二极管，这些二极管分为四种类型，其16个光电二极管带有红色滤波器；16个光电二极管带有绿色滤波器；16个光电二极管带有蓝色滤波器，其余16个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息，这些光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地减少入射光辐射的不均匀性，从而增加颜色识别的精确度；另一方面，相同颜色的16个光电二极管是并联连接的，均匀分布在二极管阵列中，可以消除颜色的位置误差。工作时，通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器，该传感器的典型输出频率范围从2Hz－500kHz，用户还可以通过两个可编程引脚来选择100％、20％或2％的输出比例因子，或电源关断模式。输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的测量范围，提高了它的适应能力。例如，当使用低速的频率计数器时，就可以选择小的定标值，使TCS230的输出频率和计数器相匹配。
从图3.3可知：当入射光投射到TCS230上时，通过光电二极管控制引脚S2、S3的不同组合，可以选择不同的滤波器；经过电流到频率转换器后输出不同频率的方波（占空比是50％），不同的颜色和光强对应不同频率的方波；还可以通过输出定标控制引脚S0、S1，选择不同的输出比例因子，对输出频率范围进行调整，以适应不同的需求。
下面简要介绍TCS230芯片各个引脚的功能及它的一些组合选项。
S0、S1用于选择输出比例因子或电源关断模式；S2、S3用于选择滤波器的类型；OE反是频率输出使能引脚，可以控制输出的状态，当有多个芯片引脚共用微处理器的输出引脚时，也可以作为片选信号，OUT是频率输出引脚，GND是芯片的接地引脚，VCC为芯片提供工作电压，表3.1是S0、S1及S2、S3的可用组合。
表3.1 S0、S1及S2、S3的组合选项
S0 L L H H
S1 L H L H
输出频率定标 关断电源 2% 20% 100%
S2 L L H H
S3 L H L H
滤波器类型 红色 蓝色 无 绿色
3.2.2 TCS230颜色传感器与51单片机的连接
TCS230是TAOS公司推出的可编程彩色光到频率的转换器，该传感器具有分辨率高、可变成的颜色选择与输出定标、单电源供电等特点；输出为数字量，可直接与微处理器连接。图3.4为TCS230颜色传感器的实物图。
TCS230颜色传感器的S0管脚接51单片机的P1.0管脚，S1管脚接P1.1管脚，OE管脚接P1.2管脚，GND管脚接地，Vcc管脚接电源，OUT管脚接P3.2管脚，S2管脚接P1.6管脚，S3管脚接P1.7管脚。如下图3.5所示。
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图3.4 TCS230颜色传感器实物管脚图
S0S1ETCS230S2S3OUTP1.0P1.1P1.2P1.6P1.7P3.2
51单片机图3.5 TCS230与单片机的连接图
3.2.3 LCD1602与51单片机的连接
1、液晶显示器简介
液晶显示器简称LCD显示器，它是利用液晶经过处理后能改变光线的传输方向的特性显示信息的。液晶显示器具有体积小、重量轻、功耗极低、显示内容丰富等特点，在单片机应用系统中得到了日益广泛的应用。液晶显示器按其功能可分为三类：笔段式液晶显示器、字符点阵式液晶显示器和图形点阵式液晶显示器。前两种可显示数字、字符和符号等，而图形点阵式液晶显示器还可以显示汉字和任意图形，达到图文并茂的效果。
字符型液晶显示器模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等的点阵式液晶显示模块。它是由若干个5*7或5*11等点阵符位组成的，每一个点阵字符位都可以显示一个字符。点阵字符位之间有一定点距的间隔，这样就起到了字符间距和行距的作用。
要使用点阵型LCD显示器，必须有相应的LCD控制器、驱动器来对LCD显示器进行扫描、驱动，以及一定空间的ROM和RAM来存储写入的命令和显示字符的点阵。现在往往将LCD控制器、驱动器、RAM、ROM和LCD显示器连接在一起，称为液晶显示模块LCM。使用时只要向LCM送入相应的命令和数据就可以实现显示所需的信息。
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