短跑计时器电子综合实训

《短跑计时器电子综合实训》由会员分享，可在线阅读，更多相关《短跑计时器电子综合实训（26页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 电子综合设计实训题 目 _ 短跑计时器_ _ 姓 名 李康 专 业 电子科学与技术 学 号 31007 指引教师 李大海 郑州科技学院电气工程学院 目 录摘要I1课程设计的目的12 课程设计的任务与规定22.1 设计任务22.2 基本规定23设计原理及功能阐明44单元电路的设计65硬件的制作与调试9总 结13参照文献14附录1：总体电路原理图15附录2：元器件清单16附录3：电路汇编程序17摘要本文简介了用AT89C51单片机和LM016L液晶显示系统构成短跑计时器的电路构成。其中5V直流电源为自行设计的220V交流转5V直流电路；键控电路，重要由开始、暂停、复位三个功能键于一体，尚有保存键

2、以及查看键。本系统用C语言进行软件编程，充足应用到了单片机和电路电子焊接知识用单片机做该统电路连接简朴、体积小、成本低，且抗干扰能力强。核心字：AT89C51；共阴极数码管；晶振；LM016L液晶显示前 言在电子技术飞速发展的今天，电子产品的人性化和智能化已经非常成熟，其发展前景仍然不可估计。如今的人们需求的是一种能给自己带来以便的电子产品，固然最佳是人性化和智能化的，如何能做到智能化呢？单片机的引入就是一种较好的例子。单片机又称单片微型计算机，也称为微控制器，是微型计算机的一种重要分支，单片机是20世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是集CPU，RAM，ROM，I/O接口和中断

3、系统于同一硅片上的器件。单片机的诞生标志着计算机正式形成了通过计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。目前单片机已渗入到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。在我们身边，由单片机作为主控制器的全自动洗衣机、高档电电扇、电子厨具、变频空调、遥控彩电、录像机、VCD/DVD机、组合音响、电子琴等。单片机已在广阔的计算机应用领域中体现得淋漓尽致，出尽了风头。从家用消费类电器到复印机、打印机、扫描仪、传真机等办公自动化产品；从智能仪表、工业测控装置到CT、MRI、刀等医疗设备；从数码相机、摄录一体机到航天技术、导航设备、现代军事装备；从形形色色的电子货币如电话卡、水电气卡到身份辨认卡

4、、门禁控制卡、档案管理卡及有关读/写卡机等等均有单片机在里面扮演重要角色。因此，单片机已成为电子类工作者必须掌握的专业技术之一。单片机的浮现给电子技术智能化和微型化起到了很大的推动作用。1课程设计的目的 近年来，国内体育事业蓬勃发展。随着全民健身运动的开展，在体育测试中老式的手工计时往往难以满足比规定，裁判规定较高，人为性大，投入多，精度低，对大量数据的保存查阅困难。随着电子信息产业的不断发展单片机技术在各行各业中得到了广泛应用，单片机技术的不断成熟使自动计时技术在短跑项目中的应用变为现实。在短跑项目中采用电子计时的措施具有公正、精确、快捷高效等特性。随着社会的发展，人们对于计时器的规定也在不

5、断的提高，特别是短跑计时器。用单片机作为计时器体积小，成本低，抗干扰能力强。最重要的是它的精确度较高。适合短跑、辩论赛等诸多类的比赛计时。短跑计时器是体育信息化的重要设备,它实现了田径短跑比赛计时的自动化和智能化，解决了近年来田径短跑比赛人工计时难以解决的问题，使计时更简朴、更以便、更精确、更高效。2 课程设计的任务与规定2.1 设计任务运用单片机系统设计一种短跑计时器的技术性能指标如下： 1短跑计时器数码显示秒； 2最大计时限值为99秒； 3“键控”应为计时开始/继续/暂停（A），保存（B）和查询显示（C）三个。按键定义及显示标志：设立按键S1，当S1按下时秒表计时，数码管显示目前数值，再次

6、按下时暂停，显示计时时间。若数字不小于99，数码管显示“00”。若按下S2键则保存运动员的计时时间。若按下S3键则查询显示计时时间。2.2 基本规定 规定完毕的重要任务（涉及课程设计工作量及其技术规定，以及阐明书撰写等具体规定）。 （1） 设计任务及规定。 （2） 系统框图，原理阐明。 （3） 硬件原理，完整电路图，采用器件的功能阐明。 （4） 调试记录及成果分析。 （5） 对成果的评价及改善措施。 （6） 总结（收获及体会）。 （7） 参照资料。 （8） 附录：器件表，芯片资料。 3设计原理及功能阐明 本实验运用单片机的定期器/计数器定期和计数的原理，并考虑既有实验条件，即DVCC系列单片机

7、仿真实验系统实验箱所提供的器件来设计计时器，将软、硬件有机的结合起来，实现计时功能。其中本系统设计了2个拨动开关：K1（芯片P3.2脚）为0计时，为1不影响计时；K2（芯片P3.3脚）为1清零，为0不影响程序运营。重要用到单片机中定期中断的有关知识。把“单片机系统”区域中的P0.0/AD0，P0.7/AD7 端口用8 芯排线连接到 “静态数码显示模块”区域中的任一种a端口上。规定P0.0/AD0相应着a，P0.1/AD1 相应着b，P0.7/AD7 相应着h。把“单片机系统”区域中的P2.0/A8P2.7/A15 端口用8 芯排线连接到“静态数码显示模块”区域中的任一种a端口上。规定P2.0/

8、A8 相应着a，P2.1/A9 相应着b，P2.7/A15 相应着h。 89C51单片机的时钟信号一般用内部振荡措施得到，在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡措施。由于单片机内部有一种高增益反相放大器，当外接晶振后就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。晶振一般选择6MHz、12MHz24MHz。本设计采用11.0925MHz晶振。图中C1、C2起到稳固振荡频率、迅速起振的作用。电容值一般为530pF。本设计选用30pF电容。复位操作完毕电路的初始化，使单片机从一种拟定的状态开始运营。控制模块事实上就是单片机的最小系统。本设计采用常用的上电复位电路。上电后由于

9、电容的充电，使RST持续一段高电平时间。当单片机已运营中时按下复位键也能使RST持续一段时间的高电平，从而实现上电且开关复位的操作。此处C1电容取10uF，R1=10K。 在AT89S51单片机的P0和P2端口分别接有两个共阴数码管U2、U3，P0口驱动显示秒时间的十位，而P2口驱动显示秒时间的个位。显示模块由十脚数码管、电阻、排阻等元件构成，其中排阻为了驱动电流，增长电流，排阻一般有九个脚，一种脚接VCC其她脚接单片机I/0口，此设计为了U2提供高电平，从而十位才干显示。 4单元电路的设计 原理图涉及单片机以及外部连接振荡电路，其中的P0口控制数码输出显示以及控制键盘的。晶振采用12MHZ，

10、该频率有助于提高串口的通信可靠性，同步又保证单片机有较高的运营速度。采用内部方式时在，XTAL1和XTAL2引脚上接石英晶体和微调电容可以构成振荡器。图4.1中C1、C2起稳定振荡频率、迅速起振的作用。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，实用电路中使用较多。图4.1 时钟电路 单片机在开机时都需要复位，以便CPU及其她功能部件都处在一种拟定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机复位电路工作原理:当通电瞬间稳压电源给电容充电。RESET为复位输入端,当RESET引脚持续两个机器周期以上的高电平时,使单片机完毕复位操作。随着电容充电结束,将使电容与电阻之间将呈现低电平,单片机复位结束。复位操作的

11、重要功能是把PC初始化为0000H。使单片机程序存储器从0000H单元开始执行程序。本设计重要采用上电自动复位电路如图4.2。 图4.2 复位电路 显示电路中显示屏件有诸多种，常用的有发光二极管，数码管，液晶显示屏等。本文采用8位共阴极LED动态扫描显示，逐个地循环地点亮各位显示屏。 图4.3 数码管显示电路5硬件的制作与调试 时钟振荡电路的设计，单片机必须在时钟的驱动下才干工作。在单片机内部有一种时钟振荡电路，只要外界一种振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元决定单片机的工作速度。本系统使用的是内部时钟方式。一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大概延迟10ms后振荡器起振。在X

12、TAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率重要由石英晶振的频率拟定。电路中两个电容C1、C2的作用有两个一是协助振荡器起振，二是对振荡器的频率进行微调。本系统的C1、C2的值为30pf。无论顾客使用哪种类型的单片机,总要波及到单片机复位电路的设计。而单片机复位电路设计的好坏,直接影响到整个系统工作的可靠性。许多顾客在设计完单片机系统，并在实验室调试成功后，在现场却浮现。 “死机”、“程序走飞”等现象,这重要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。基本的复位方式基本的复位方式基本的复位方式基本的复位方式，单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处在拟定的初始状态并从初态开始工

13、作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处在正常工作状态时且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一种高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有手动按钮复位和上电复位。此系统我们选用了手动按钮复位，手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的措施是在RST端和正电源VCC之间接一种按钮。当人为按下按钮时，则VCC的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒,因此完全可以满足复位的时间规定。LED数码管常用段数一般为7段有的另

14、加一种小数点，尚有一种是类似于3位“+1”型。根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，理解LED的这些特性对编程是很重要的，由于不同类型的数码管除了它们的硬件电路有差别外编程措施也是不同的。共阴和共阳极数码管的内部电路它们的发光原理是同样的，只是电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。LED数码管广泛用于仪表时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色功耗亮度波长等。在这里我们使用的是8段数码管显示，涉及小数点。一般在显示上我们采用的措施一般涉及两种，一种是静态显示，另一种是动态显示。其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁，程序编写简朴但占用端口资源多，所耗得电能较大；动态显示的特点是显

15、示稳定性没静态好，程序编写复杂，但是相对静态显示而言占用端口资源少。在本设计中为了减少端口资源，减少电能消耗，采用的是动态显示措施。本系统的倒计时时间的最大范畴是9999S，要显示出最大范畴的值，从而可知数码管显示电路要用到4位数码管。 计时器系统软件设计的主程序流程图，程序的的开始时先设定定期器0，先给定期器装初值。检测按键与否按下，如果有按键按下进入相应的倒计时方式。定期器0的定期时间是50ms,每当进入定期中断一次变量a自动加一,当a等于20时即为计时一秒,此时计时器清零,重新赋初值,并且之前设定的倒计时初值n值自动减一,同步进行有关的显示 。 硬件调试的重要任务是排除硬件故障,其中涉及

16、设计错误和工艺性故障。脱机检查用万用表逐渐按照电路原理图检查印制电路中所有器件的各引脚,特别是电源的连接与否对的,检查数据总线、地址总线和控制总线与否有短路等故障,顺序与否对的,检查各开关按键与否能正常开关,与否连接正常,各限流电阻与否短路等内容。为了保护芯片应先对各IC电位进行检查拟定其无误后再插入芯片检查。联机调试:临时拔掉89C52芯片,将仿真器的40仿真插入89C52的芯片插座进行调试,检查键盘/显示接口电路与否满足规定设计。可以通过某些简朴的测软件来查看接口工作与否正常。例如,我们可以设计一种软件使89C52的P1、P2口输出55H或AAH同步读P3口运营后用万用表检查相应端口电平与

17、否一高一低,在仿真器中检查读入的P3口8位与否为1.如果正常则阐明89C52正常工作。还可以设计一种使所有LED全显示“8.”的静态显示程序来检查LED的好坏。如果运营测试成果与预期不符，很容易根据故障现象判断故障因素并采用针对性措施排除故障。开始时数码管的亮度不够抱负。经检查知是段选电阻接P0口的限流电阻太大。最后换成470欧的电阻后数码管显示正常。 软件调试的任务是运用开发工具进行在线仿真调试，发现和纠正程序错误，同步也能发现硬件故障。程序的调试应一种模块一种模块地进行。一方面单独调试各功能子程序，检查程序与否可以实现预期的功能，接口电路的控制与否正常等。最后逐渐将各子程序连接起来进行联调

18、。本系统的程序的编写就是在Keil C软件中用汇编语言完毕的。在程序中用到了一种定期器，为了使倒计时的时间精确，必须计算对定期器的初值。当程序完毕之后生成HEX文献。再运用Proteus软件进行仿真。通过仿真和实际测试，在实际使用时完全没有闪烁。在程序中定期器50ms中断一次，变量a自增,中断20次时秒的显示自减,误差很小大概为0.1%。系统由5V电源来驱动。通过测试与分析,此系统稳定可用,满足设计规定。 总 结本次课程设计运用89S51单片机设计短跑智能计时器，不仅涉及硬件设计还涉及软件编程。综合了大学时期学习的多种专业知识。对硬件的设计和单片机连接的电路设计。软件设计应用了中断、中断扩展、

19、定期器等知识。 软件设计是建立在硬件基本上的，我觉得本次设计中最具特色的地方是合理运用中断0解决和中断1解决进行抢跑解决和计时解决，以及运用定期器技术进行计时。 本设计要注意的地方是系统的实时性、可靠性、精确性。还要考虑设计的可行性和设计的价格等因素。这次设计的重点涉及如下几点。 1. 显示装置的设计，显示屏不仅显示时间还能显示赛道号和状态，能为辨别运动员的成绩和成绩的有效性提供了根据。 2. 软件编程的设计，软件编程综合运用了INT0和INT1以及她们的扩展计时，以及定期器技术。这些技术实现了比赛抢跑记录解决和成果记录解决，以及计时解决。 本次设计更进一步理解基本电路的设计流程，熟悉了软件编

20、程措施，提高自己的设计理念，丰富自己的理论知识，巩固所学知识，使自己的动手动脑能力有更进一步提高，为自己此后的学习和工作打好基本，为自己的专业技能打好基本。与此同步，通过本次设计，我系统的理解了计时系统的设计流程，特别是硬、软件的设计措施，掌握了键盘显示电路的基本功能。开拓了思路，锻炼了实践动手能力，提高了分工协作能力和分析问题，解决问题的能力，达到了本次课程设计的目的。参照文献1 皮大能.单片机课程设计.北京：北京理工大学出版社,101120.2 罗伟.单片机应用.北京：北京人民邮电出版社,128142. 4 李银华主编.电子线路设计指引M. 北京:航空航天大学出版社,78-132. 5 谢

21、嘉奎.电子线路（非线性）M. 北京：高等教育出版社,120-200. 6 陈光明等主编.电子技术课程设计与综合实训M. 北京：北京航空航天大学出版社.,158-160.附录1：总体电路原理图 附录2：元器件清单序号名称型号规格数量1单片机STC89C5212数码管5010AS33电源14电阻1K255按键开关36电解电容10Uf/10v17晶振12MHZ18电容22PF29排阻10K110导线若干附录3：电路汇编程序汇编程序如下： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP DS05S ORG 0030HMAIN:MOV R0,#100 MOV R7,#0 ACALL

22、 DIS MOV R6,#0 MOV R1,#40H MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0D8H MOV TL0,#0F0H SETB EA SETB ET0SCAN1:JB P1.0,SCAN1;开始 ACALL DELAY20MS JB P1.0,SCAN1 JNB P1.0,$ ACALL DELAY20MS SETB TR0 SCAN2:JB P1.0,SCAN3;暂停 ACALL DELAY20MS JB P1.0,SCAN3 JNB P1.0,$ ACALL DELAY20MS CLR TR0 MOV R1,#40H MOV R6,#1 AJMP SCAN4SCAN3:

23、JB P1.6,SCAN2;保存 ACALL DELAY20MS JB P1.6,SCAN2 JNB P1.6,$ ACALL DELAY20MS MOV A,R7 MOV R1,A INC R1 INC R6 ACALL DIS1 AJMP SCAN2SCAN4:JB P1.7,SCAN4 ACALL DELAY20MS JB P1.7,SCAN4 JNB P1.7,$ ACALL DELAY20MS MOV A,R1 MOV R7,A ACALL DIS ACALL DIS1 INC R6 INC R1 AJMP SCAN4 SJMP $DS05S:DJNZ R0,D0 MOV R0,#1

24、00 INC R7 MOV A,R7 CJNE A,#100,D1 MOV R7,#0 D1:ACALL DIS D0: MOV TH0,#0D8H MOV TL0,#0F0H RETIDIS:MOV A,R7 MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV P0,A MOV A,B MOVC A,A+DPTR MOV P2,A RETDIS1:MOV A,R6 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV P3,A RETDELAY20MS:MOV R5,#100 DL0:MOV R4,#100 DJNZ R4,$ DJNZ R5,DL0 RET TABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH END