基于單片機(jī)的紅外線計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、精選文檔 XX大學(xué)畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)）題 目 基于單片機(jī)的紅外線計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 姓 名： xxx 學(xué) 院： xxx 專 業(yè)： 通信工程 班 級： 2011級1班 學(xué) 號： 20112801 指導(dǎo)教師： xxx 完成時(shí)間： 2015/06/01 2015年 06月 01日目錄摘要1Abstract:21 引言11.1 選題背景11.2計(jì)時(shí)器概述11.3設(shè)計(jì)目標(biāo)11.4系統(tǒng)主要功能21.4.1.計(jì)時(shí)功能21.4.2.按鍵功能21.4.3.中斷嵌套和控制21.5文章的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容22基于單片機(jī)的紅外計(jì)時(shí)器32.1.紅外計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)思路32.2.紅外計(jì)時(shí)器的系統(tǒng)框圖32.3.紅外計(jì)時(shí)器的工作原理3

2、2.4.紅外計(jì)時(shí)器的工作流程32.5. STC89C52單片機(jī)簡介43硬件電路設(shè)計(jì)93.1.單片機(jī)最小系統(tǒng)93.2.單片機(jī)的時(shí)鐘電路與復(fù)位電路設(shè)計(jì)93.3.顯示模塊103.4.紅外傳感器部分103.5.聲光提示電路113.6.電源模塊124 系統(tǒng)調(diào)試、數(shù)據(jù)及誤差分析134.1.硬件調(diào)試134.2.軟件調(diào)試134.3.采集、實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析144.3.1. 測試1144.3.2.測試2155總結(jié)19致謝20參考文獻(xiàn)21附錄22附件1：程序源代碼22附錄2：總體設(shè)計(jì)原理圖28附錄3：實(shí)物圖29附錄4：系統(tǒng)使用說明書30基于單片機(jī)的紅外線計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)通信工程專業(yè) xxx 指導(dǎo)老師 xxx摘要：在

3、運(yùn)動賽場尤其是競賽比賽項(xiàng)目的成績測量方面要求極為嚴(yán)格，甚至可以說是苛刻，往往百分之一秒的誤差都會引起運(yùn)動員成績的變化。為此本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心應(yīng)用紅外傳感器設(shè)計(jì)了自動觸發(fā)終止的紅外計(jì)時(shí)器，當(dāng)開始按鍵按下時(shí)計(jì)時(shí)器啟動，同時(shí)發(fā)令槍響，數(shù)碼管有秒表變化?；趩纹瑱C(jī)的紅外計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)主要針對運(yùn)動賽場上的計(jì)時(shí)所設(shè)計(jì)，相比較于傳統(tǒng)的機(jī)械秒表需要手動開始和終止，利用紅外傳感器在終點(diǎn)線處自動觸發(fā)終止，將更為精確的為競賽項(xiàng)目計(jì)時(shí)。同時(shí)相比較于應(yīng)用到全國乃至國際較高層次所使用的高速甚至超高速光感應(yīng)攝像機(jī)等精確計(jì)時(shí)儀器，本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心的產(chǎn)品具有價(jià)格低廉、穩(wěn)定性好、便于移動和場地適應(yīng)性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，適合運(yùn)動

4、員日常訓(xùn)練及運(yùn)動會等體育活動的計(jì)時(shí)工作。關(guān)鍵字：單片機(jī)；紅外傳感器；計(jì)時(shí)器 Design and Realization Based on infrared timerStudent majoring in Communication Engineering Sheng LeileiTutor Lu JianboAbstract: Performance measurement of a field in particular competition sport demands particularly intense, and even can be said to be demanding

5、, often 1% second error will cause changes in athletic performance. The design of monolithic integrated infrared sensor design of automatic IR trigger termination of the timer, when the Start button is pressed the timer starts and gunshot, digital stopwatch. Infrared based on single-chip microcomput

6、er timer is designed mainly for sport-court timing design, compared to the traditional mechanical watch needs to be manually started and stopped using the infrared sensor is triggered automatically terminates at the finish line, will be more accurate as event timing. But compared to apply to the nat

7、ional and international high level use of high-speed and ultra high-speed optical sensing cameras and other precision instruments, this design is based on the SCM as the core products with low price and good stability, easy to move and space flexibility and other advantages, suitable for athletes &#

8、39; daily training and sporting activities such as games of timing. Key words: SCM; infra-red thread; sensor; timer1 引言1.1 選題背景 21世紀(jì)已經(jīng)進(jìn)入了科技飛速發(fā)展的時(shí)代，尤其計(jì)算機(jī)以及精密儀器的高速發(fā)展更是勢頭迅猛，而單片機(jī)作為半精密儀器及其計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，發(fā)展異常迅猛，它已經(jīng)成為現(xiàn)代電子科技技術(shù)、通信服務(wù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、機(jī)械類自動控制技術(shù)的一項(xiàng)新興科技。因?yàn)槲覀儗W(xué)習(xí)通信工程專業(yè)，即便將來沒有從事相關(guān)單片機(jī)方面的工作，現(xiàn)在學(xué)習(xí)單片機(jī)的知識也

9、是十分有必要的。所謂技多不壓身，不知何時(shí)何地我們就會因?yàn)榻裉斓母冻龅玫揭庀氩坏降氖斋@。本論文主要介紹了我所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的紅外計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)工作原理、實(shí)際用途以及實(shí)物實(shí)現(xiàn)的硬件電路等方面。1.2計(jì)時(shí)器概述計(jì)時(shí)器是大到事關(guān)國防科技、大小型實(shí)驗(yàn)室內(nèi)儀器以及科研單位理想的計(jì)時(shí)儀器，小到我們周邊平常普通的生活（微波爐、計(jì)時(shí)風(fēng)扇、洗衣機(jī)洗衣脫水定時(shí)等等）或者賽場上運(yùn)動員計(jì)時(shí)，而在工業(yè)上它廣泛應(yīng)用于各種繼電器、控制器、延時(shí)器以及定時(shí)器等的時(shí)間測試。 在各類大小型運(yùn)動賽場上，特別是在現(xiàn)代世界趨于大穩(wěn)定的今天，體育競技成為各國的另一場戰(zhàn)爭，而隨著科學(xué)的訓(xùn)練體育人的素質(zhì)在不斷提升，所以精密的計(jì)時(shí)器更是不可或缺的

10、。為此我設(shè)計(jì)的以單片機(jī)為核心、應(yīng)用紅外傳感器的秒表計(jì)時(shí)器正好滿足田徑賽場上各種比賽所需要的計(jì)時(shí)需求，相比于人工手動機(jī)械秒表計(jì)時(shí)的誤差會較小。該計(jì)時(shí)器是實(shí)現(xiàn)精確到毫秒計(jì)時(shí)并自動觸發(fā)終止的半機(jī)械裝置，雖然遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上應(yīng)用于奧運(yùn)會等國際規(guī)格的超高速光感應(yīng)攝像機(jī)那樣精確，但是相對于傳統(tǒng)機(jī)械秒表計(jì)時(shí)，本次所應(yīng)用的紅外傳感器自動觸發(fā)終止計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)以較高的精確性、較為簡單的原理、較低的價(jià)格成本及較長的使用壽命，具有實(shí)用及推廣價(jià)值。1.3設(shè)計(jì)目標(biāo)本設(shè)計(jì)主要針對于運(yùn)動賽場上的計(jì)時(shí)所設(shè)計(jì)，相比較于較為傳統(tǒng)的機(jī)械秒表，在短短幾十秒的中短距離競賽項(xiàng)目中特別是只有十幾秒的百米賽跑中，人短暫的反應(yīng)時(shí)間將導(dǎo)致產(chǎn)生一定的誤差，

11、而本設(shè)計(jì)利用紅外傳感器在終點(diǎn)線處自動觸發(fā)終止，將更為精確的為需要精確時(shí)間的競賽項(xiàng)目計(jì)時(shí)，從而提高比賽成績計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性。同時(shí)相比較于應(yīng)用到全國乃至國際較高層次所使用的高速甚至超高速光感應(yīng)攝像機(jī)等精確計(jì)時(shí)儀器，本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心的產(chǎn)品，具有價(jià)格低廉、穩(wěn)定性好、便于移動和場地適應(yīng)性良好等一系列優(yōu)點(diǎn)，適合運(yùn)動員日常訓(xùn)練及學(xué)校運(yùn)動會等體育活動的計(jì)時(shí)工作。1.4系統(tǒng)主要功能1.4.1.計(jì)時(shí)功能當(dāng)用作計(jì)時(shí)功能時(shí)，使用TIMER0進(jìn)行10MS的定時(shí)，可將計(jì)時(shí)精度精確在百分之一秒以內(nèi)，滿足精密計(jì)時(shí)及其競技計(jì)時(shí)的需求1.4.2.按鍵功能按鍵的方式中斷或查詢的方法來識別。而本按鍵的功能是計(jì)時(shí)的開始以及計(jì)時(shí)暫停時(shí)

12、的繼續(xù)，是采用查詢的方式實(shí)現(xiàn)的。1.4.3.中斷嵌套和控制本設(shè)計(jì)中有連續(xù)的T0中斷和外部中斷INT0兩個(gè)中斷。這2個(gè)中斷的特點(diǎn)是：T0的中斷工作是連續(xù)的，而 INT0是用來停止T0的，INT0為外部中斷。1.5文章的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容第1章：紅外計(jì)時(shí)器的概要，簡要介紹了本設(shè)計(jì)的目標(biāo)，以及研究的內(nèi)容和主要功能。第2章：主要介紹紅外計(jì)時(shí)器的工作原理。第3章：硬件電路設(shè)計(jì)，元器件簡要介紹。第4章：軟件程序設(shè)計(jì)。詳細(xì)描述程序各個(gè)部分的功能，并解釋程序。第5章：系統(tǒng)調(diào)試。2基于單片機(jī)的紅外計(jì)時(shí)器2.1.紅外計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)思路紅外計(jì)時(shí)器是計(jì)時(shí)產(chǎn)品，具有精確到百分之一秒內(nèi)計(jì)時(shí)的秒表功能，可連接到發(fā)令器實(shí)現(xiàn)同步計(jì)時(shí)，由

13、紅外傳感器檢測到運(yùn)動員撞線后自動觸發(fā)終止計(jì)時(shí)功能，其計(jì)時(shí)精確度較高。該紅外計(jì)時(shí)器的基本組成部分由單片機(jī)電路、數(shù)字顯示電路、按鍵觸發(fā)及聲光提示電路、傳感器檢測探頭（采用博光E18-D80NK反射式紅外傳感器集成探頭）等部分組成。本設(shè)計(jì)包括兩部分：軟件程序部分以及硬件單片機(jī)組合部分。2.2.紅外計(jì)時(shí)器的系統(tǒng)框圖系統(tǒng)工作的框圖如2.1所示。STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電源電源開關(guān)按鍵控制紅外檢測顯示屏聲光提示圖2.1 總體設(shè)計(jì)框圖本系統(tǒng)由紅外傳感、單片機(jī)、聲光提示部分以及顯示模塊四大部分。51系列單片機(jī)STC89C52作為處理器。整個(gè)系統(tǒng)在STC89C52單片機(jī)的控制下正常工作。紅外傳感器探頭將檢

14、測到的變化傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)終止計(jì)時(shí)。2.3.紅外計(jì)時(shí)器的工作原理本人設(shè)計(jì)的紅外計(jì)時(shí)器的基本工作原理如下：當(dāng)按下啟動開關(guān)時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲，半導(dǎo)體發(fā)光二極管亮燈，同時(shí)計(jì)時(shí)器開始工作計(jì)時(shí)。2.4.紅外計(jì)時(shí)器的工作流程當(dāng)按下時(shí)計(jì)時(shí)器開關(guān)，同時(shí)蜂鳴器鳴響表示開始工作，LED發(fā)光二極管閃亮一次，秒表開始跳動。當(dāng)運(yùn)動員跑過終點(diǎn)線時(shí)，反射式紅外傳感器檢測到變動信號，低電平觸發(fā)電路導(dǎo)通，立即停止計(jì)時(shí)。當(dāng)再次按下，計(jì)時(shí)器繼續(xù)工作，在原有的時(shí)間基礎(chǔ)上繼續(xù)計(jì)時(shí)，當(dāng)紅外傳感器再次檢測到開關(guān)信號時(shí)，便停止計(jì)時(shí)。工作流程框圖如圖2.2所示。 圖2.2 流程圖2.5. STC89C52單片機(jī)簡介STC89C52是性能優(yōu)越的

15、微控制器，它具有低功耗但是卻有較高的性能并且價(jià)格低廉，內(nèi)有8K可編程存儲器。使用現(xiàn)在較先進(jìn)的存儲器制作技術(shù)制造，讓其能與工業(yè)上的80C51 產(chǎn)品指令和引腳實(shí)現(xiàn)完全兼容，不會有使用不便得得現(xiàn)象發(fā)生。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：（1）兼容MCS51指令系統(tǒng)；（2）8k可反復(fù)擦寫(大于1000次）Flash ROM；（3）32個(gè)雙向I/O口；（4）256x8bit內(nèi)部RAM；（5）3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷；（6）時(shí)鐘頻率0-24MHz；（7）2個(gè)串行中斷，可編程UART串行通道；（8）2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源；（9）2個(gè)讀寫中斷口線，3級加密位；（10）片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路；（11）

16、空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器串口、中斷繼續(xù)工作。（12）掉電保護(hù)方式下RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。（13）一個(gè)看門狗(WDT)定時(shí)/計(jì)數(shù)器。如果程序沒有正常工作，就會強(qiáng)制整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位，還可以在程序陷入死循環(huán)時(shí)，讓單片機(jī)復(fù)位而不用整個(gè)系統(tǒng)斷電，從而保護(hù)硬件電路。其引腳結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。 圖 2.3 STC89C52引腳圖STC89C52各引腳功能的介紹如下：（1）電源引腳Vcc和VssVcc(40腳)：電源端為+5VVss(20腳)：接地端。（2）時(shí)鐘電路引腳XTAL1和XTAL2 XTAL2(18腳)：接外部晶體

17、和微調(diào)電容的一端。在單片機(jī)內(nèi)部它是振蕩電路反向放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時(shí)針電路時(shí)，該引腳輸入外時(shí)鐘脈沖。要檢查STC89C52的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脈沖信號輸出。 XTAL1(19腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在片內(nèi)，它是振蕩電路反向放大器的輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。 （3）控制信號引腳為 RST、ALE PSEN 和 EA。 RST(9腳)：RST是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。在此輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期)的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。 ALE/PROG（30引腳）：地址鎖存允許信

18、號端。當(dāng)STC89C52上電正常工作后，ALE引腳不斷向外輸出正脈沖信號。此頻率為振蕩器頻率fosc的1/6，當(dāng)CPU訪問片外存儲器時(shí)，ALE輸出信號作為鎖存低8位地址的控制信號。在CPU訪問片外數(shù)據(jù)存儲時(shí)，每取值一次（一個(gè)機(jī)器周期）會丟失一個(gè)脈沖。平時(shí)不訪問片外存儲時(shí)，ALE端也以1/6的振蕩頻率固定輸出正脈沖，因而ALE信號可以用作對外輸出時(shí)鐘或定時(shí)信號。如果你想看一下STC89C52芯片的好壞，可用示波器查看ALE端是否有脈沖信號輸出，如有脈沖信號輸出，則STC89C52基本上是好的。ALE的負(fù)載驅(qū)動能力為8個(gè)LS型TTL（低功耗高速TTL）。 PSEN（29腳）；程序存儲允許輸出信號引

19、腳，在訪問片外程序存儲器時(shí)，此端定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。此引腳接ERROM的OE端。PSEN端有效，即允許讀出ERROM/ROM中的指令碼。CPU在從外部ERROM/ROM取指令期間，每個(gè)周期PSEN兩次有效。不過，在訪問片外RAM時(shí)，要少產(chǎn)生兩次PSEN負(fù)脈沖信號。要檢查一個(gè)AT89C52小系統(tǒng)上電后CPU能否正常到ERROM/ROM中讀取指令碼，也可用于示波器看PSEN端有無脈沖輸出。如有，說明基本上工作正常。 EA/VPP（31腳）：外部程序存儲器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。當(dāng)EA引腳接高電平時(shí)，CPU只訪問片內(nèi)ERROM/ROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。但

20、在PC（程序計(jì)數(shù)器）的值超過OFFFH（對8751/8051為4k）時(shí)，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外存儲器的程序。當(dāng)出入信號EA引腳接低電平（接地）時(shí)，CPU只訪問外部ERROM/ROM并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。對于無芯片內(nèi)的ROM的8031或8032，須外擴(kuò)ERROM，此時(shí)必須將EA引腳接地。如果使用有片內(nèi)ROM的STC89C52，外擴(kuò)ERROM也是可以的，但也要使EA接地。（4）I/O（輸入/輸出端口，P0，P1，P2，P3） P0口：P0口是一個(gè)漏極開路的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。 P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O端口。 P2口：即可以做地址總線輸出地址高8位，也可以做普通I/

21、O用（此時(shí)為準(zhǔn)雙向口）。 P3口：雙功能口，即可以做普通I/O口用（此時(shí)為準(zhǔn)向口，也可以按每位定義實(shí)現(xiàn)第二功能操作）。如表2.4所示。表2.4 P3口第二功能引腳第二功能P3.0RXD （串行輸入口）P3.1TXD （串行輸出口）P3.2INT0（外部中斷0）P3.3INT1（外部中斷1）P3.4T0（定時(shí)器0外部中斷）P3.5T1（定時(shí)器1外部中斷）P3.6WR（外部存儲器寫與選通）P3.7RD（外部存儲器讀與寫通）3硬件電路設(shè)計(jì)3.1.單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)基本電路構(gòu)成如圖3.1所示。圖3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路不可或缺的幾部分構(gòu)成。STC89C52

22、 單片機(jī)會在4V-5.5V的電壓內(nèi)正常工作，斌企鵝規(guī)定單片機(jī)中的40腳VCC接+5伏電壓，而20腳VSS接地。3.2 單片機(jī)的時(shí)鐘電路與復(fù)位電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路和加電自復(fù)位的復(fù)位電路，如圖3.2和圖3.3所示。圖3.2 時(shí)鐘電路圖3.3復(fù)位電路由于單片機(jī)P0口內(nèi)部不含上拉電阻，為高阻態(tài)，不能正常地輸出高/低電平，因而該組I/O口在使用時(shí)必須外接上拉電阻。3.3.顯示模塊 顯示采用四位七段共陽極數(shù)碼管顯示，顯示電路如圖3.4所示。圖3.4數(shù)碼管顯示3.4.紅外傳感器部分紅外傳感器為市面上常見廉價(jià)易于買到的成品博光E18-D80NK反射式紅外傳感器，其接口為紅線（正極線）、綠線（地

23、線）和黃線（接單片機(jī)P3.2 INT0，輸出TTL低電平給單片機(jī)）。如圖3.5所示圖3.5 博光E18-D80NK反射式紅外傳感器3.5.聲光提示電路 電路通過三極管基極串連一個(gè)電阻與單片機(jī)P1.4端口連接從而控制蜂鳴器是否報(bào)警。電路原理圖如下圖3.6所示。圖3.6 聲光提示電路圖 3.6.電源模塊 由于系統(tǒng)需要正5V的電壓，所以根據(jù)實(shí)際情況考慮了如下幾種方案為系統(tǒng)供電。方案1：將家用220V交流電通過5V變壓器轉(zhuǎn)換為5V/1A直流電路供電。但考慮到在運(yùn)動場地的交流電源較為不便。故此方案舍棄。方案2：采用3節(jié)1.5 V干電池供電，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，單片機(jī)、傳感器、紅外探頭的工作穩(wěn)定，可以基本滿足系

24、統(tǒng)基本的要求，并且干電池更換方便，但是會產(chǎn)生電池耗盡后廢棄處理易產(chǎn)生環(huán)境保護(hù)問題等情況。故此方案不可取。方案3：日常使用的為手機(jī)充電的移動電源也可提供5V/1A的穩(wěn)定電壓，故采用此方案。4 系統(tǒng)的調(diào)試以及數(shù)據(jù)和誤差的分析單片機(jī)應(yīng)用模型組裝好后，便可與仿真器相連進(jìn)行調(diào)試。在產(chǎn)品制作之初，因?yàn)闆]有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)原理圖布局，輕易更換了元器件導(dǎo)致完成時(shí)電路不通，我在充分查明原因之后便果斷重新制作模型，這也促成了第二塊電路板的整體質(zhì)量有了更好的提升。4.1硬件調(diào)試單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件調(diào)試是交叉進(jìn)行的，但一般操作是首先排除樣機(jī)中明顯的故障，特別是電源故障，因?yàn)橥ú簧想姾竺娴牟僮饕矡o法進(jìn)行下去，只有排除

25、電源故障，這樣才能與仿真器相連，再進(jìn)行綜合調(diào)試。硬件電路故障及解決方法：（1）故障：錯(cuò)線、斷路、短路。 原因：電路設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤或加工過程中的工藝性錯(cuò)誤造成的錯(cuò)線、短路、短路等電路故障；解決方法：在畫原理圖時(shí)仔細(xì)檢查、細(xì)心校正即可有效避免故障的產(chǎn)生。 （2）故障：上電前后元器件以各種原因損壞，（情況大概為買回來就是壞的、中途損壞、被電流燒壞、焊接時(shí)被損壞）導(dǎo)致無法正常供電，電路不能正常工作。原因：電壓過大或者電流過大將元器件不小心損壞，焊接時(shí)導(dǎo)致接觸不良或者短路，各檔電源之間的短路，變壓器功率不足，原件本身就是壞的，內(nèi)阻太大，負(fù)載能力差等。解決方法：元器件必須單獨(dú)調(diào)試確保毫無問題以后才能加到系統(tǒng)的

26、各個(gè)位置中，這樣既能節(jié)約時(shí)間跟成本，又不會讓自己只為了硬件焦頭爛額。4.2 軟件調(diào)試本設(shè)計(jì)由于前期原理圖的設(shè)計(jì)比較成熟，所以硬件問題在更正了第一塊電路板的問題之后，硬件制作幾乎很順利，繁復(fù)的工作主要集中在在軟件程序的調(diào)試上。在調(diào)試過程中，不可避免的遇到某些問題： 在通電后，光線被遮擋時(shí)無法進(jìn)行正常終止；原因：遮擋物與紅外傳感器超出了反射式紅外傳感器探測距離。解決方法：選用的反射式紅外傳感器探測距離在3-80cm，在集成探頭背面調(diào)節(jié)旋鈕，設(shè)定合適的距離做演示。4.3.采集、實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析4.3.1. 測試1（1）測試環(huán)境：學(xué)校體育場；（2）測試方法：由一人作為運(yùn)動員進(jìn)行百米賽跑，使用紅外計(jì)時(shí)器和

27、機(jī)械秒表同時(shí)計(jì)時(shí)；（3）測試結(jié)果：反復(fù)進(jìn)行十次測試后，將成績記錄匯總?cè)绫?.1所示。表4.1 百米賽跑成績記錄次數(shù)紅外計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)機(jī)械秒表計(jì)時(shí)114.3114.44214.4314.63314.9215.20414.8815.02514.9314.98615.4215.72715.6615.69815.1915.62915.3315.671015.6115.88（4）數(shù)據(jù)分析：將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)繪制成折線圖，如圖4.2所示。圖4.2百米賽跑成績統(tǒng)計(jì)分析由匯總數(shù)據(jù)中每一次的計(jì)時(shí)成績可以看出，紅外計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)總是比機(jī)械秒表計(jì)時(shí)更為提前，而且總是早于機(jī)械秒表終止計(jì)時(shí)。4.3.2.測試2（1）測試環(huán)境：校園內(nèi)一

28、處斜坡。受自然氣候條件影響，此處斜坡選擇的首要條件是斜坡處風(fēng)速較小，由此便可將自然環(huán)境等其它無關(guān)因素的影響降到最低。（2）測試方法：在斜坡上打掃出一條光滑的直線線路，在頂端和低端分別做好標(biāo)記，將一個(gè)籃球放在起點(diǎn)位置使其自然滾下，在終點(diǎn)處放置紅外計(jì)時(shí)器的紅外傳感器探頭，由紅外計(jì)時(shí)器與機(jī)械秒表同時(shí)計(jì)時(shí)，反復(fù)測試并對數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而分析比較紅外計(jì)時(shí)器和機(jī)械秒表的穩(wěn)定性。（3）測試結(jié)果：在本次測試中，運(yùn)用了控制變量法，將籃球每一次的下落條件盡可能的限定為相同變量，從而可以近似認(rèn)為籃球每一次的下落時(shí)間相同，由此便可分別比較紅外計(jì)時(shí)器和機(jī)械秒表的穩(wěn)定性。本測試進(jìn)行了30次，測試數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?.3所示。表

29、4.3籃球下落測試數(shù)據(jù)次數(shù)紅外計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)機(jī)械秒表計(jì)時(shí)111.3111.33211.3211.36311.3211.41411.3411.40511.3311.33611.3511.35711.3511.33811.3011.30911.3611.321011.3511.341111.3211.391211.3411.351311.3611.391411.3211.401511.3411.36 1611.3111.331711.3211.361811.3211.411911.3411.402011.3311.392111.3511.352211.3411.332311.3011.302411.3

30、611.322511.3511.342611.3311.392711.3411.322811.3611.392911.3211.403011.3511.34 （4）數(shù)據(jù)分析：將此30組數(shù)據(jù)求平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差，分析結(jié)果如表4-4、圖4-5所示。表4.4 數(shù)據(jù)分析紅外計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)機(jī)械秒表計(jì)時(shí)平均值11.3343311.35767標(biāo)準(zhǔn)偏差0.0179430.034108圖4.5 數(shù)據(jù)分析折線圖標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算公式： (N=30)4.1標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算公式 由該30組數(shù)據(jù)的平均值比較可以看出，紅外計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)平均值小于機(jī)械秒表的計(jì)時(shí)平均值，說明紅外計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)更為精確。標(biāo)準(zhǔn)偏差可以反映數(shù)據(jù)的離散程度，由此將30

31、組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差求出后發(fā)現(xiàn)，紅外計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)的數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差遠(yuǎn)小于機(jī)械秒表計(jì)時(shí)的數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，其機(jī)械秒表組的標(biāo)準(zhǔn)偏差是紅外計(jì)時(shí)器組的1.9倍。 綜合測試1及測試2可初步得出結(jié)論，紅外計(jì)時(shí)器的穩(wěn)定性高于機(jī)械秒表。4.4.誤差分析本設(shè)計(jì)的誤差主要存在于紅外傳感器探頭在終點(diǎn)線的放置高度。因?yàn)樵谡?guī)競賽項(xiàng)目終點(diǎn)計(jì)時(shí)的時(shí)候，是要求以運(yùn)動員的軀干到達(dá)終點(diǎn)線時(shí)為計(jì)時(shí)終止，而在本設(shè)計(jì)中紅外外傳感器探頭的放置高度可能會與運(yùn)動員身高有些許出入，導(dǎo)致計(jì)時(shí)會有微小誤差，同時(shí)運(yùn)動員手臂的向前擺動可能會觸發(fā)紅外感應(yīng)從而造成計(jì)時(shí)器提前終止。當(dāng)然，利用紅外傳感器探頭作為終點(diǎn)計(jì)時(shí)觸發(fā)終止裝置，終究是比不上高速紅外攝像機(jī)那樣精確

32、，但正如前面所說，本設(shè)計(jì)有著自身的優(yōu)勢和應(yīng)用價(jià)值，其誤差存在于可控范圍之內(nèi)。4.5 系統(tǒng)改進(jìn)方案本設(shè)計(jì)還存在著很大的改進(jìn)與升級的空間，因畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間和精力所限，不能完善于本設(shè)計(jì)中，故在此提出，希望日后有機(jī)會可以將本設(shè)計(jì)完善和發(fā)展。本設(shè)計(jì)存在的不足及建議改進(jìn)方案主要有以下幾個(gè)方面：（1）不足：只能單個(gè)計(jì)時(shí)； 改進(jìn)：程序中增加數(shù)組并使用ROM存儲，可以進(jìn)行多個(gè)計(jì)時(shí)；（2）不足：四位數(shù)碼管顯示數(shù)字有限，最多計(jì)時(shí)99.99秒； 改進(jìn)：改用LCD1602液晶顯示屏，可以顯示和讀取多組數(shù)據(jù)；（3）不足：反射式紅外傳感器精確度及靈敏度不高，功率過小，導(dǎo)致探測距離過近； 改進(jìn)：改用對射式紅外傳感器或激光探頭，

33、并選用更大功率，從而可以適用實(shí)際的比賽場地條件及應(yīng)用。5總結(jié) 紅外計(jì)時(shí)器以其利用紅外傳感器自動觸發(fā)計(jì)時(shí)終止的特點(diǎn)，為運(yùn)動賽場提供更為精確、公正的計(jì)時(shí)和數(shù)據(jù)，具有良好的應(yīng)用和推廣價(jià)值。本論文是在對運(yùn)動賽場計(jì)時(shí)方面進(jìn)行深入探究的基礎(chǔ)上，放眼國際級別的運(yùn)動賽事計(jì)時(shí)的最前沿技術(shù)，本著高標(biāo)準(zhǔn)、低成本的原則，合理地確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。本論文設(shè)計(jì)的紅外計(jì)時(shí)器由紅外傳感器集成感應(yīng)電路與單片機(jī)控制電路兩大部分構(gòu)成。根據(jù)設(shè)計(jì)要求、使用環(huán)境、成本等因素，選用集成的博光E18-D80NK反射式紅外傳感器。該傳感器探測范圍為3-80CM。 通過實(shí)地現(xiàn)場測試，本紅外計(jì)時(shí)器能夠滿足運(yùn)動賽場上的競賽計(jì)秒功能，在運(yùn)動員到達(dá)終點(diǎn)

34、線時(shí)能夠觸發(fā)終止，有效率達(dá)到并超過95%以上，滿足檢測的要求，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果的結(jié)論，在理論和實(shí)踐上都證明可以應(yīng)用及推廣。 三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我有了很深的感觸：社會一直在發(fā)展，作為一國之本的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展更是迅猛至極，可以預(yù)想單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用在未來社會發(fā)展中將發(fā)揮越來越重要的作用。而本次設(shè)計(jì)主要是完成兩方面的工作，硬件電路板設(shè)計(jì)以及焊接和軟件程序的設(shè)計(jì)編譯下載。硬件設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)并繪制電路原理圖，生成圖后根據(jù)電路圖小心焊接元器件（防止溫度過高燒壞元器件），再做硬件測試。軟件設(shè)計(jì)包括用單片機(jī)設(shè)計(jì)語言設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)并仿真、實(shí)現(xiàn)。通過這些都使我對單片機(jī)的使用跟作用有了更深的理解和掌握，同時(shí)也讓我把

35、在大學(xué)中所學(xué)的相關(guān)知識初步的應(yīng)用到了實(shí)踐中，萬事開頭難，又說良好的開端是成功的一半。當(dāng)然，要我自己肯定是完不成本設(shè)計(jì)的，在此就要謝謝我的老師跟同學(xué)，在學(xué)習(xí)生活很多方面幫助了我。大學(xué)生活雖然結(jié)束了，但是俗話說活到老學(xué)到老，只有不斷學(xué)習(xí)，用知識充實(shí)自己的頭腦，才能在未來社會有一席之地，才能為社會的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。學(xué)無止境。致謝 光陰似箭，大學(xué)四年轉(zhuǎn)眼結(jié)束，回想起來，對最后的學(xué)生時(shí)代滿是回憶跟留戀，美麗的母校xxxx大學(xué)，坐落在美麗的海濱城市青島，塔松蒼翠，青竹扶風(fēng)，喬灌花草，紅綠交織。尊敬的老師，雖個(gè)性張揚(yáng)，但和藹可親，且學(xué)識淵博，并治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。都讓人依依不舍的我們的母校。學(xué)校秉承厚德、博學(xué)、篤

36、行、志遠(yuǎn)的校訓(xùn)，是我們一生做人行事的標(biāo)準(zhǔn)跟基則。 基于單片機(jī)的紅外計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)是在我的導(dǎo)師xxx老師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，從開題報(bào)告到產(chǎn)品設(shè)計(jì)制作以及論文完成之前的數(shù)易其稿，無不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血，為此老師常熬到深夜。老師學(xué)高德馨，為人為學(xué)皆是我的楷模。在此向xxx老師致以深深的敬意和謝意！祝老師身體健康，工作順利，桃李滿天下。 另外，本設(shè)計(jì)的制作及其論文撰寫過程中無可避免的參考了大量文獻(xiàn)材料及前人的論文，站在巨人的肩膀上才能看的更遠(yuǎn)，在此向原作者表示衷心的感謝，也向給予我關(guān)心幫助的老師、同學(xué)、家人、朋友，一并致以最誠摯的謝意。祝愿大家在以后的學(xué)習(xí)、工作、生活中順心如意。最后，感

37、謝各位評審專家百忙中評審本論文，并提出寶貴意見！ 參考文獻(xiàn)：1 張鑫，華臻，陳書謙.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，2005.8.2 楊光友，朱宏輝.單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)M.北京：水利水電出版社，2002.9 .3 夏路易，石宗義.電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程M.北京：希望電子工業(yè)出版社，2002.4 陳永甫.紅外探測與控制電路M.北京：人民郵電出版社，2004.6.5 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)（第3版）M.北京：清華大學(xué)出版社，2005.7.6 胡漢才.單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京：清華大學(xué)出版社，1995.6.7 樓然苗等.51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例M.北京：北京航空航天出版社，20

38、03.3. 8 陳毓屏.傳感器無線傳輸分配控制系統(tǒng)的研究D.南京理工大學(xué)，2004.9 趙曉安.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用M.天津：天津大學(xué)出版社，2001.3.10 肖洪兵.跟我學(xué)用單片機(jī)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.8.11 夏繼強(qiáng).單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2001. 12陳杰，黃鴻.傳感器與檢測技術(shù)M.北京：高等教育出版社，2008.13翟玉文等.電子設(shè)計(jì)與實(shí)踐M.北京：北京中國電力出版社，2005.14肖忠祥.數(shù)據(jù)采集原理M.西安：西北工業(yè)出版社，2002.15余錫存，曹國華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004

39、 .16 何立民.單片機(jī)高級教程M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.17胡博.推土機(jī)鏟刀升降控制系統(tǒng)的研究D.長安大學(xué)，200618劉智民.自動檢測記錄輸出實(shí)驗(yàn)儀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)D.200419 王廣先.礦井毫米波雷達(dá)深度指示器設(shè)計(jì)與研究M. 山東科技大學(xué).2011附錄附件1：程序源代碼#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar led=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /09uchar second=0

40、x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10;uint count=0;uchar miao1,miao2,miao3,miao4;volatile uchar key_flag = 0;volatile uchar beep_flag = 0;volatile uchar start_flag = 0; /數(shù)碼管位選sbit thousand = P23; / 個(gè)sbit hundred = P22; / 十sbit ten = P21;sbit one = P20;uint T0count; /T0中斷子程序執(zhí)行次數(shù)sbit key = P11;sbit beep = P14; void delay(uint z) /延時(shí)5msuint x,y; for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);uchar key_ctr() if(!(P1&0x02) delay(10); if(!(P1