反应测试仪-单片机原理及应用课程设计.doc

1、课 程 设 计 报 告课程名称： 单片机原理及应用课程设计设计题目： 反应测试仪 系 别： 通信与控制工程系 专 业： 电子信息工程 班 级： 学生姓名: 学 号: 起止日期: 指导教师: 教研室主任： 指导教师评语：指导教师签名： 年 月 日成绩项 目 权重1、设计过程中出勤、学习态度等方面 0.22、课程设计质量与答辩 0.53、设计报告书写及图纸规范程度 0.3成绩评定总 成 绩 教研室审核意见：教研室主任签字： 年 月 日教学系审核意见：主任签字： 年 月 日摘 要反应测试仪能够定量的测试人的反映速度。利用这种仪器，可以在人才的选拔中起到积极的作用。本设计以数字集成电路技术为基础，单片

2、机技术为核心，介绍了一种简单反应测试仪的设计与制作，以 STC89C52 单片机的外中断 0 外接开关作为按键，程序运行后会在数码管上显示，然后计时，当数码管显示提示信号，提示实验者立即按键，如果实验者在看到提示信号时立即按下键，则数码管会动态显示实验者的反应时间。本设计能在不清零的情况连续使用，并且能比较两次测试中反应时间短的，由数码管进行显示。关键词：晶体振荡器；数码管；定时器；中断目 录1 设计任务与要求 .12 方案设计与论证 .13 硬件单元电路设计与参数计算 .23.1 复位电路 .23.2 时钟电路 .33.3 数码管显示电路 .43.4 单片机定时器的使用 .54、软件设计与流

3、程图 .54.1 反应测试仪器主程序流程图 .54.2.定时器 0 的中断程序流程图 .75 总电路及元器件清单 .75.1 整体电路仿真图以及仿真结果分析 .75.2 元件清单 .95.3 软件调试 .96 性能测试与分析 .97 总结与致谢 .10参考文献 .11附录:程序清单 .121基于 STC89C52的反应测试仪设计1 设计任务与要求利用单片机作为控制核心，完成快速反应时间的测试。具体要求如下：基本部分：(1)能够测量出连续两次按键的间隔时间。(2) 要求能够在不清零的情况连续使用。(3) 由数码管进行显示 。测试部分：第一次按键后，分别在 10 秒、1 分钟进行按键测试，并能测试

4、人的最快反应速度测试。2 方案设计与论证近年来随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。反应测试仪能够定量的测试人的反映速度。利用这种仪器，可以在人才的选拔中起到积极的作用。例如选择少年体育运动员、舞蹈、杂技、魔术学员及其他要求机敏素质的培养对象时，可以提供科学的数据。所以，反应测试仪的潜在实用价值极大。当然，设计反应测试仪的方法很多，以下是两个设计方案。方案一：基于 STC89C52 单片机的 LCD 液晶显示模块 1602 显示的反应测试仪。主要是以单片机来控制，用按键来启动和暂停测试仪，LCD1602 液晶作为显示模块来显示测试时间。方

5、案二：基于 STC89C52 单片机的数码管显示模块显示的倒计时器。主要是以单片机来控制，用按键来启动和暂停测试仪。此电路对于反应测试仪中的 LED 数码管示器来说，采用以软件为主的接口方法，即不使用专门的硬件译码器，而采用软件程序进行译码。方案比较：通过以上两个方案，我们发现，方案二总体比方案一好。首先方案一虽然硬件电路简单，但造价较高，且在编写程序实现所要求的功能时较难，而方案二所用的显示模块是比较熟悉的数码管，编写程序是相对容易，且电路造价不高，因此，2综合考虑之后决定采用方案二。3 硬件单元电路设计与参数计算LED 数码管反应测试仪以 STC89C52 单片机为核心，起着控制作用，另外

6、系统中使用 8255A 芯片作为扩展 I/O 作用。系统包括四位数码管显示电路，按键电路，复位电路，时钟电路。测试仪的总体框图如下图 1 所示：图 1 测试仪的总体框图3.1 复位电路复位是单片机的初始化操作，只需给 STC89C52 的复位引脚 RST 加上大于 2 个机器周期（即 24 个时钟振荡周期）的高电平就可得单片机复位，复位时，PC 初始化为0000H，使单片机从 OUT 单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外由于程序运行出错或操作错误而使系统处于死锁状态，为摆脱死锁状态，也需按复位键使得 RST脚为高电平，使单片机重新启动。在系统中，有时会出现显示不正常，也为了调试方便，

7、我们需要设计一个复位电路，STC89S52 单片机复位电路共有上电复位、按键电平复位和按键脉冲复位。本系统是的复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能。复位电路可由简单的 RC 电路构成，也可使用其它的相对复杂，但功能更完善的电路。本系统采用的电路如图 2 所示。工作原理是：上电瞬间，RC 电路充电，RESET 引脚端出现正脉冲，只要 RESET 保持 10ms 以上高电平，就能使单片机有效的复位。当时钟频率选用 12MHz 时，C 取10uF，R 取 10K。上电自动复位电路由上电瞬间 C 与 R 构成充电电路，RESET 端的电位与电源 Vcc 相同，随着充电电流的减

8、少，RESET 的电位逐渐下降。图中 RC 时间常数越大，上电时 RESET 端保持高电平的时间越长，图中这组参数足以保证复位操作。若复位电路 复 位 电路 按键电路模块STC89C52 8255A数码管显示3复位电路失效，加电后 CPU 从一个随机的状态开始工作，系统就不能正常运行。图中的按键 S17 的功能是按键复位，按下 S17 键时 RST 为高电平，只要保持 10ms 以上的高电平，就可以时单片机复位。按键复位用在系统运行时的复位，使系统重新运行。复位电路如下图 2 所示。9C31nFVCC R110kGND图 2 复位电路原理图3.2 时钟电路在 MCS-51 单片机应用系统中，往

9、往需要走时准确的实时时钟为多通道数据采集及实时控制提供精确的时间基准和同步信号。软件时钟具有硬件开销小，成本低，外围电路简单等优点，但由于时钟是依靠软件延时实现的，在运行过程中不仅要占用大量的 CPU 时间，而且计时精度低，走时误差较大，因此，在电路设计过程中，时钟电路有一定的要求。时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统稳定性。常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。单片机必须在时钟的驱动下才能工作。在单片机内部有一个时钟振荡电路，只要外界一个振

10、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。时钟电路如下图 3 所示。一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟 10ms 后振荡器起振，在 XTAL2引脚产生幅度为 3V 左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。4电路中两个电容 C1、C2 的作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。本系统的 C1、C2 的值为 30pf。图 3 时钟电路原理图3.3 数码管显示电路本系统采用六位七段共阳数码显示管，由 8255 芯片的 PA 口控制数码管的位选，PB 口输出数据给数码管 5。其数码管段值控制如下

11、表 1 所示：表 1 数码管段值控制段值 g c dp d e b f aPB 控制位 PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 PB2 PB1 PB0在这里我们使用的是 8 段数码管显示（包含小数点） ，通常在显示上我们采用的方法一般包括两种：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，程序编写简单，但占用端口资源多，所耗得电能较大；动态显示的特点是显示稳定性没静态好，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，降低电能消耗，采用的是动态显示方法。该设计知数码管显示电路要用到 4 位数码管。考虑到到数码管的段和位比较多，本系统用 8

12、255A 作为扩展端口芯片。数码管有段选和位选控制，在此电路中有 4 个位选，8 个段选（每一个数码管的段选进行并联） 。分别用 8255 芯片的 PA 口和 PB 口进行5四位数码管的控制，而用单片机的 PB 口来控制段。电路中用了四个 PNP 来控制数码管的位选的开关，PNP 在这起开关的作用。电路如下图 4 所示。 ABCDEFGDPFDPA5BDB4EGCA4AB6A3B5B4B2B3B2A2B1 B3 B5 B6A6A1A2A3A4A5A6A1PB7PB6PB5PB4PB3PB2PB1PB0PA5PA4PA3PA2PA1PA0R21k31kR41k51kR61k71kR81k91kQ

13、1PNPQ2PNPQ3PNPQ4PNPQ5PNPQ6PNPR101k11kR121k131kR141k151kVD图 4 数码管显示电路原理图3.4 单片机定时器的使用本系统所用到的 STC89C52 有 2 个 16 位的定时器，而本系统只用到了定时器 0，所使用的工作方式是定时器工作方式 1,方式 1 时 16 位计数结构的工作方式，计数器由TH0 或 TH1 的全部 8 位和 TL0 或 TL1 的全部 8 位构成。使用工作方式 1 功能时，定时时间计算公式是：（65536-计数初值）*机器周期 机器周期=晶振周期*124、软件设计与流程图4.1反应测试仪器主程序流程图 程序开始时先初始

14、化定时器 0、定时器 1、外部中断 0，给定时器装初值，定 时时间都是是 10ms，再初始化 8255 芯片。进入 while 循环函数，显示时间等待开启定时器0。若外部中断 0 有请求，则进入中断程序开启定时 0，执行完中断再返回。若定时器60 有中断请求，进入中断进行时间处理，再返回。若定时器 1 有中断请求，进行反应时间处理，然后显示反应时间，若 SP1 键按下，则跳出该中断程序，返回主程序，图 5所示。YYN设定时器 0,1 工作方式，且打开外中断 0与 1给定时器 0 设初值初始化 8255 芯片进入 while 循环显示初始时间等待中断开始结束关闭定时器 0，转到 测反应速度程序有键 INT0 按下？启动定时器 0有键 INT1 按下？若定义的 SP1 按下跳出中断计时N