长短跑自动计时器系统

学号：  14113500523 毕业设计(论文) 题  目： 长短跑自动计时器系统 作 者       郑文静      届 别     2 0 1 5          系 别   机械学院    专 业  机械电子工程  指导老师     谭鹤良      职 称      教授        完成时间        2015年5月1号            摘  要 为了让学生德智体全面发展，每年定期对学生进行多次体能测试，学生的人数在万人以上，测试的项目多。如果采用传统的人工方法，不仅耗时过长，难以满足要求，而且对裁判的要求较高，人为因素大，精度低，大量数据的保存以及成绩的查阅方面等都有很大的困难，几乎不可能完成。但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量。如今的人们需求的是一种能给自己带来方便的电子产品，当然最好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个很好的例子。单片机又称单片微型计算机，也称为微控制器，是微型计算机的一个重要分支，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计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。尤其是美国Intel公司的MCS-51系列单片机，由于其具有集成度高，处理功能强，可靠性高，系统结构简单，价格低廉，易于使用等特点，在工业控制，智能仪器仪，办公室自动化，家用电器等诸多领域得到广泛的应用。美国ATMEL公司推出的AT89S5x系列在世界的8位单片机市场中占有较大的份额，是替代MCS-51系列单片机的主要机型。该系列中的AT89S51单片机是目前与MCS-51单片机兼容的最具典型性、代表性的机种，同时也是各种增强型、扩展型等衍生的基础。 本设计，采用了AT89S5单片机实现长短跑计时器的硬件设计和软件设计，也说明了关于计时器系统的监测设备的硬件设计。其中，利用单片机设计的新型的长短跑计时系统。它不仅能精确计时，准确地分辩各跑道运动员的比赛成绩，并能在运动员冲过终点时记录该运动员的比赛成绩，实时性、精确性优于人工秒表。现场监测装置由激光发射器和激光接受器组成，每个赛道上的起点和终点均安置一现场监测装置，现场监测装置负责监视参赛者是否抢跑，终点线上的现场监测装置负责向控制台发送该参赛者成绩的信号。并且，该装置还具有一致性好，使用便捷，价格低廉等优点。 关键词：AT89S51  单片机    计时器 ABSTRACT In order to let the students all-round development of morality, intelligence and physique, physical fitness test, every year regularly undertake to the student many times the number of the students in more than ten thousand people, more testing project. If use the traditional manual method, not only take too long, difficult to meet the requirements, and higher requirement for the referee, human factors, low accuracy, large amounts of data preservation and refer to the achievement of all have great difficulties, such as almost impossible. But in today's rapid development of electronic technology, electronic products, humanization and intelligent has been very mature, its development prospects are still immeasurably. Now the people demand is a kind of can bring convenience to your electronic products, preferably humanization and intelligent, of course, how intelligent can do it? The introduction of the single chip microcomputer is a very good example. Microcontroller is also called the single chip microcomputer, also known as micro controller, is an important branch of microcomputer and single chip microcomputer is developed in the mid - 1970 - a kind of large scale integrated circuit chips, is a collection of CPU, RAM, ROM, I/O interface and interrupt system on the same silicon devices. The birth of the single chip microcomputer marks computer formally formed computer systems and embedded computer system two branches. Particularly in the us Intel MCS - 51 series microcontroller, since it has high integration, strong processing power, high reliability, system structure is simple, cheap, easy to use etc, in industrial control, intelligent instruments, office automation, household appliances, and many other fields has been widely used. America ATMEL company launched AT89S5x series in the 8-bit microcontroller market of the world occupy larger share, is the main model of alternative MCS - 51 series microcontroller. The series of AT89S51 is compatible with MCS - 51 single chip microcomputer of the most typical and representative models, as well as a variety of enhanced type, extension, such as the foundation. This design, use a long dash AT89S5 microcomputer timer of hardware design and software design, also explains the hardware design of timer system monitoring equipment. Among them, the use of single-chip design of new type of long sprint timing system. It can not only precise timing, accurately determine the performance of each track athletes, and can finish the athletes of recorded when the athlete's performance, real-time and accuracy is better than that of artificial stopwatch. Field monitoring device is composed of laser and laser receiver, starting point and end point are placed on each track a field monitoring device, field monitoring devices is responsible for monitoring the contestants is false start, the scene of the finishing line monitoring device is responsible for signal send the participant results to the console.  And, the device also has a good consistency, the use is convenient, the price is low wait for an advantage. Keywords: AT89S51  single-chip  microcomputer timer 目  录 摘 要    Ⅰ ABSTRACT    Ⅱ 1 概述    1 1.1工程背景    1 1.2 工程项目    1 1.3本设计介绍    2 1.4 设计要求及任务    3 2  原理    5 2.1 理论阐述    5 2.2 数字传导    5 3 硬件    7 3.1主电路设计    8 3.2 控制电路设计    8 3.3 信号装置设计    9 3.4监测系统设计    11 3.5硬件自检    13 4 软件设计    15 4.1主程序设计    15 4.2 抢跑处理    23 4.3 定时器的计时服务程序    26 4.4 成绩查询    28 5  系统说明及注意事项    30 5.1 系统功能及性能    30 5.2 使用说明    30 5.3 注意事项    31 结论    32 参考文献    33 致谢    34 第1章 工程概况 1．1工程背景 单片微计算机子20世纪70年代问世以来，已对人类社会产生了巨大的影响。尤其是美国Intel公司的MCS-51系列单片机，由于其具有集成度高，处理功能强，可靠性高，系统结构简单，价格低廉，易于使用等特点，在工业控制，智能仪器仪表，办公室自动化，家用电器等诸多领域得到广泛的应用。美国ATMEL公司推出的AT89S5x系列在世界的8位单片机市场中占有较大的份额，是替代MCS-51系列单片机的主要机型。该系列中的AT89S51单片机是目前与MCS-51单片机兼容的最具典型性、代表性的机种，同时也是各种增强型、扩展型等衍生的基础。 单片机已在广阔的计算机应用领域中表现得淋漓尽致。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、γ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、水电气卡到身份识别卡、门禁控制卡、档案管理卡及相关读/写卡机等等都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。单片机的出现给电子技术智能化和微型化起到了很大的推动作用。关于89S51单片机，从功能上，它包括如下部件：一个8位中央处理器（CPU）；4K可在线编程Flash ；128字节RAM与特殊功能寄存器；2个16位定时/计数器；中断逻辑控制电路；一个全双工串行接口（UART）；32条可编程的I／O口线；另外，还包括一些寄存器如程序计数器PC 、程序状态寄存器PSW 、堆栈指针寄存器SP 、数据指针寄存器DPTR等部件。 1.2工程项目 本设计主要利用89S51单片机实现长短跑计时器的硬件设计和软件设计，详细介绍了计时器系统的监测设备的硬件设计和利用中断、中断扩展以及定时器等软件技术实现智能计时的功能，现场监测装置由激光发射器和激光接受器组成，每个赛道上的起点和终点均安置一现场监测装置，起跑线上的现场监测装置负责监视参赛者是否抢跑，终点线上的现场监测装置负责向控制台发送该参赛者成绩的信号。基于89S51单片机，设计中有键盘控制、显示电路、以及监测装置等方面设计。从系统的设计功能上看，系统可分为三大部分，即监测部分、键盘输入控制部分和显示部分，其中监测部分是重点。而且该系统对实时性和精确度要求特别高。最后还介绍了长短跑计时器的使用方法和注意事项。设计的电源可用成品，可自制。设计报告正文中包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序、和完整的测试结果用附件给出。在测试结果中给出跑道之间最小的时间间隔。 1.3本设计介绍 长短跑规则规定每位选手必须采用蹲踞式起跑及使用起跑器。在枪响之前发令员要发“预备”及“各就位”口令让参赛者完成有关准备动作。在枪声响起前参赛者有任何起跑动作，属起跑犯规。目前短跑采取的是 “一次抢跑”起跑原则，每次短跑比赛中只允许发生一次抢跑事件，第一次抢跑的运动员将不会遭到处罚，而第二次抢跑的运动员则将被罚出场，即使第一次抢跑的不是他。对于短跑赛道规则要求整个过程中参赛者不得越出其指定之赛道。 根据要求，以AT89C51单片机为核心设计短跑计时器。系统由现场监测装置，控制信号装置，控制台等部分组成。现场监测装置由激光发射器和激光接受器组成，每个赛道上的起点和终点均安置一现场监测装置，起跑线上的现场监测装置负责监视参赛者是否抢跑，终点线上的现场监测装置负责向控制台发送该参赛者成绩的信号。控制信号装置有信号灯和语音设备组成，起跑线上的每个赛道上均设置红、绿、黄三信号灯和语音设置，以便使每位参赛者都能公平一致的得到发令信号。显示装置负责显示比赛已进行时间和比赛结束后显示每个赛道上参赛者的成绩以及抢跑的赛道。控制台上配有有一系列按键，由操作人员控制。当系统开启后系统处于就绪状态，赛道上只有红色信号灯亮，显示器状态位显示 “AA”等待发令人员在控制台按键发令。第一轮当操作人员按“命令”按键时显示状态位器显示 “BB”，起跑线上的语音设备都发出“嘀嘀嘀”三声。若有人抢跑则切换到第二轮，若无人抢跑再按“命令”按键信号灯切换成黄色信号灯亮，显示器状态位显示“CC”，语音装置发出“嘀嘀”两声。第一轮按第二次“命令”键后，若有人抢跑则进入第二轮，若无人抢跑操作人员再按“命令”按键，信号灯切换成绿色信号灯，同时语音装置发出“嘀”一声，显示器状态位显示已用的时间，参赛者跑到终点时终点监测装置向系统发出记录成绩的信号，系统把该赛道上的参赛者成绩储存下来。该轮比赛结束后操作员按“显示结果”按键，信号灯变成红色，并显示第一道状态和结果，按“UP”显示上一赛道状态和结果，若当前是第一赛道则显示第8赛道状态和结果，按“DOWN”时显示下一赛道状态和成绩，若当前是第八赛道则显示第一赛道状态和结果。若第一轮中有人抢跑，则信号灯切换成红色信号灯，显示器状态位显示“AA”，操作人员再按“命令”键则分别依次是“各就位”、“预备”“起跑”，其情景和第一次相同。若第二轮还有人抢跑则起点监测装置向系统发该赛道参赛者抢跑的信号，系统记录该赛道状态位为“E”。若最终显示成绩时，某道的状态为“E”，则表明该赛道参赛者抢跑，若某道状态为“A”、时间为0，则表示该赛道缺跑，某道的状态为“A”时间不为0，则表明该赛道参赛者成绩有效。