毕业设计（论文）-基于MCU的遥控田径计时秒表设计.doc

武汉科技学院2008届毕业设计论文武汉科技学院毕业设计学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 王敬栋 2008 年 6 月 02 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于1、 保密 ，在 年解密后适用本授权书。2、 不保密 。（请在以上相应方框内打“ ”。 作者签名：王敬栋 2008 年 6 月 02 日导师签名：黄志远 2008 年 6 月 02 日武汉科技学院毕业设计（论文）任务书课题名称：基于MCU的遥控田径计时秒表设计 完成期限： 2008 年 2月25日至2008年 6 月 2日院系名称电子信息工程学院 指导教师 专业班级 电科041班 指导教师职称 高级工程师 学生姓名 院系毕业设计（论文）工作领导小组组长签字 一、课题训练内容(1) 培养学生收集资料、文献检索的能力，发现问题的能力；(2) 培养学生工程开发的能力，制定工作计划和协调组织的能力；(3) 培养学生综合运用所学专业知识、理论，解决实际工程问题的能力；(4) 培养学生原理设计、实验分析或理论推导的能力；(5) 培养学生撰写文档的能力；(6) 培养学生阅读英语文献的能力和翻译的能力。二、设计（论文）任务和要求（包括说明书、论文、译文、计算程序、图纸、作品等数量和质量等具体要求）(1) 查阅课题相关参考文献、技术资料，做好备份，以便以后查找。学习画设计的原理图和制作PCB板的知识。(2) 第四周前上交毕业设计开题报告一份。开题报告内容与学校模板要求一致，字数不少于2000字；经指导教师检查合格后才能进行后续工作；(3) 完成原理设计，合理选择模块和元器件，绘制原理图和制作PCB板。完成硬件电路板的制作和软件的编写。(4) 完成毕业设计论文，字数不少于15000字。论文应包括中文摘要、英文摘要、目录、正文、参考文献、附录（可无）、致谢7个部分；具体每一部分的格式严格按照学校教务处模板的规定。三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料系统功能及主要参数：(1) 计时器可为8个跑道的运动员同时计时；(2) 可分别记录并显示8个跑道的运动员的跑步时间；(3) 计时范围：0-99min；(4) 计时误差：0.01s；(5) 无线遥控启动计时距离：300m；(6) 能实现抢跑复位，重新计时功能；(7) 仪器形式：便携式；(8) 电源要求：外接市电：220V 50HZ；主要参考资料：1 马忠梅，籍顺心 等.单片机的C语言应用程序设计（第3版）.北京：北京航空航天大学出版社,2003.11 ISBN7-81077-368-22 李广弟等编著.单片机基础（修订版）.北京：北京航空航天大学出版社，2001.7 ISBN7-81077-082-93 何勇，王生泽编著.光电传感器及其应用.北京：化学工业出版社.2004.4 ISBN7-5025-5494-74 林元新.汽车中央门锁控制装置的设计及应用. 安徽：安徽长丰扬子汽车制造有限责任公司产品部. U463.8535 吴镜峰.全自动摄影计时系统.科学之光，20016 熊焱春，刘益成.基于FPGA的数字秒表设计.科技论文，20077 仁爱锋.基于FPGA的嵌入式系统设计.西安：西安电子科技大学出版社，20048 谭浩强.C程序设计（第二版）M.清华大学出版社.2004. 9 林锐.软件工程思想Z.浙江大学CAD&CG国家重点实验室：2000年2月.10 SD Group. SD Memory Card SpecificationsZ.USA：Technical Committee SD Association, February 2001.四、毕业设计（论文）进度表武汉科技学院毕业设计（论文）进度表序号起止日期计划完成内容实际完成情况检查人签名检查日期12.25-3.6阅读参考资料，撰写开题报告23.7-3.23熟悉运用知识，了解设计框架33.24-4.04学习画图软件知识，准备画图制板44.05-4.12建立基本系统模型，购买设计的元器件和模块54.13-4.18整理毕业设计资料，参加中期检查64.19-5.03画原理图，制PCB板，开始软件编写75.04-5.11硬件制作85.12-5.28设计作品的模拟测试和实际测试95.15-6.02撰写论文注：1.本任务书一式两份，一份院（系）留存，一份发给学生，任务完成后附在说明书内。2.“实际完成情况”和“检查人签名”由教师用笔填写，其余各项均要求打印，打印字体和字号按照武汉科技学院毕业设计（论文）规范执行。武汉科技学院毕业设计（论文）开题报告课题名称基于MCU的遥控田径计时秒表设计院系名称电子信息工程学院专 业电子信息科学与技术班 级电科041学生姓名王敬栋1课题研究的目的和意义目前，各种中小型运动会使用的计时秒表大多是由裁判手动的计时秒表，这种秒表在计时时不仅会由于裁判的主观因素产生很大的误差(尤其是对短跑)，而且也会需要很多的人力；而用先进的全自动终点摄影计时装置计时，价格又太昂贵，不适合这类运动会使用。为此就需要一款性价比较高的计时秒表，我们对市场上各种计时秒表的优，缺点进行了研究，并采用了远程遥控技术，设计了一款新型的基于MCU的遥控田径计时秒表，本系统主要解决了其他同类产品受裁判主观因素影响大，性价比不高的问题。本课题的设计是根据现在市场的需要而产生的，它完全符合中小型群众性运动会的需要。本产品可广泛应用于中小学、大学及各种企事业单位的群众性运动会，具有广阔的市场前景。2所属领域的现状，及发展状况： 最初的运动会（包括奥运会），由于工业及科学技术发展的限制，都是用手动的计时秒表，这样不但计时不准确，而且人为的影响也大。随着电子及通讯技术的发展，奥运会与科学技术的相互结合也取得重要进展,在工程建筑、电子设备和通讯中大量采用了当时最先进的技术, 在1912年斯德哥尔摩奥运会上,人们首次在田径场使用电子计时器和终点摄影装置,使计量的准确度大大提高。1932年的洛杉矶奥运会上采用双镜头照相机进行终点摄影,第一次在奥运会上非正式使用电动计时和终点摄影仪,运动会场设置大屏幕记分牌,出现自动打印机网络等。从1936年柏林奥运会开始,组委会采用电影这一形式对奥运会进行完整的记录。首次奥运闭路电视转播也在此时开始。3. 课题的研究内容和手段首先，我们对市场上已有的田径计时设备进行了深入的研究，并总结。根据其测量的原理大致分两种：1、手动的电子计时秒表.该类计时秒表的计时精度大约为十分之一秒，在计时是由裁判员目测开始计时发令信号，然后按开始计时按钮，在到达终点是也是由裁判员手动按下停止计时按钮，这样受客观及裁判主观因素的影响很大，尤其是在短跑时，计时误差更是不可忽视。若是有8个运动员同时起跑则就需要8个裁判员，这样不仅费时、费力，而且计时不准确。2、全自动摄影计时系统.该类计时系统必须从发令员的枪或经批准的类似装置启动开始计时,在该系统中拍摄的图像必须与计时系统同步,且可以精确到1/1000秒。终点计时摄影机的操作原理是将光束投射到终点线然后回射,跑手冲过光束那刻,计时表便会停止计时，这种摄影机为运动计时带来了革命性的突破。 综合分析以上两种计时设备，第一种计时秒表价格便宜，使用起来方便，但是计时误差大。第二种摄影计时系统，计时的误差非常小，但设备的安装较为麻烦，且价格昂贵，不适合中小型群众性运动会的需要。基于以上分析、研究，本设计将汲取以上两种的设备的优点，设计出一种基于MCU的遥控计时秒表，本设计采用一片MSC-51单片机作为微控制计时器，由发令枪在发出起跑信息的同时触发计时系统开始计时，终点使用光电测试仪，当跑手冲过光束那刻，由光电测试仪把信号通过无线传输给微控制器，计时秒表停止计时。本设计既解决了计时误差较大的缺点，又使设备价格容易接受。本设计的逻辑框图如下：发令枪无线发送电路液晶显示模块微控制器(MCU)无线接收电路光电检测4. 课题的研究方法及步骤：（1）深入研究国内前几代的相应产品的工作原理与国外发展现状，为我们的设计作参考和借鉴。（2）学习画原理图和制作PCB板的相关知识，如DXP2004。（3）大量阅读和学习与设计相关的软硬件知识，便于以后硬件制作和软件编程。（4） 熟悉相关的软件，分别进行硬件部分的设计和软件部分的设计。（5） 购买相关的元器件，电路板的焊接与程序的调试。5.参考文献：1 马忠梅，籍顺心 等.单片机的C语言应用程序设计（第3版）.北京：北京航空航天大学出版社,2003.11 ISBN7-81077-368-22 李广弟等编著.单片机基础（修订版）.北京：北京航空航天大学出版社，2001.7 ISBN7-81077-082-93 何勇，王生泽编著.光电传感器及其应用.北京：化学工业出版社.2004.4 ISBN7-5025-5494-74 林元新.汽车中央门锁控制装置的设计及应用. 安徽：安徽长丰扬子汽车制造有限责任公司产品部. U463.8535 吴镜峰.全自动摄影计时系统.科学之光，20016 熊焱春，刘益成.基于FPGA的数字秒表设计.科技论文，20077 仁爱锋.基于FPGA的嵌入式系统设计.西安：西安电子科技大学出版社，20048 阎石主编.数字电子技术基础.清华大学电子学教研组编.北京：高等教育出版社，1998.12 ISBN 7-04-006696-39 林锐.软件工程思想Z.浙江大学CAD&CG国家重点实验室：2000年2月.10 SD Group. SD Memory Card SpecificationsZ.USA：Technical Committee SD Association, February 2001. 指导教师签名： 年 月 日摘 要本课题对现有的各种中小型群众性运动会所用的计时秒表进行研究，结合实际市场应用的需求，提出了一种基于MCU的遥控田径计时秒表的设计方案，不仅解决了由于裁判的主观因素引起的计时误差，并且节约了大量的人力，物力。本设计采用无线传输设备来触发开始计时，用光电检测来终止计时并将计时结果用液晶显示器显示出来。 电路的主要功能包括：AT89C51单片机的控制计时功能，用发令枪在发出起跑命令的同时，通过无线传输方式触发单片机计时器开始计时；在终点有光电检测设备，当运动员到达终点时，单片机通过中断方式终止计时并控制液晶显示计时结果。本设计可以有效的解决了目前中小型群众性运动会所用计时秒表，受裁判主观因素影响而使计时误差大，且人力资源耗费量大的缺点。如若加以改进还可以用于工业上的定时计时控制等方面。关键词：MCU ；光电检测；无线发送，接收模块；液晶显示；ABSTRACTThe subject of the various existing small and medium-sized Games by the time stopwatch study，meeting application of the actual market demand, design a remote time stopwatch which based on the MCU . Greatly improve the accuracy of the time，Saving a lot of manpower, material.This design used wireless transmission equipment to trigger starting time,ending time with photo detector and displaying the result with LCD. The circuit functions mainly include: controlling of time by AT89C2O51 SCM; Start with an order issued in the starting gun at the same time trigger the timer starting time by wireless transmission equipment. There is a photoelectric detection equipment in the end. When the athletes get to the end, Blocking of light produce a transition signal. The design can be an effective solution of the current small and medium-sized masses of the Games time used by the stopwatch,which have shortcomings of big error and time-consuming a large quantity of human resources. It aslo can be used to industrial control on the timing of time if it can be improved.Key words: MCU；Photoelectric detection; Wireless transmitter and receiver module; LCD目 录1. 绪论111 当前国外内的现状112 课题的意义及目的113 本文研究内容22. 系统设计22. 1 体系结构设计22. 2 系统硬件模块设计3221无线传输模块设计3222光电检测模块设计6223微控制器模块8223 LCD显示模块143. 模块功能的实现183. 1 无线传输模块1832光电检测模块1933 89C51中断及计时模块功能的实现21331微控制器定时/计数器的主要特性21332定时/计数器T0、T1的结构及工作原理21333定时/计数器的方式和控制寄存2234 系统功能及主要参数2335液晶显示模块LCD1602254. 系统测试与调试2641 功能测试2642 容错性测试2643 性能与效率测试265. 结语27参考文献：28511. 绪论目前，各种中小型群众性运动会使用的计时秒表大多是由裁判手动的计时秒表，这种秒表在计时时不仅会产生很大的误差(尤其是对短跑)，而且也会需要很多的人力；而用先进的全自动终点摄影计时装置计时，价格又太昂贵，不适合这类运动会使用。为此就需要一款性价比较高的计时秒表。另一方面，无线遥控设备及光电检测越来越多的应用在控制类、消费类、通讯类等电子产品中，人们也越来越多采用无线遥控设备及光电检测技术来解决日常生活中所遇到的问题。基于以上原因设计出一款遥控的计时秒表。本产品不仅应用于计时，而且还可以运用很多工业遥控控制及各种实用电子控制方面，具有广阔的市场前景。1.1 当前国内外的现状国内外的运动会所用的计时秒表大致可分2类：1、手动的电子计时秒表.该类计时秒表的计时精度大约为十分之一秒，在计时是由裁判员目测开始计时发令信号，然后按开始计时按钮，在到达终点是也是由裁判员手动按下停止计时按钮，这样受客观及裁判主观因素的影响很大，尤其是在短跑时，计时误差更是不可忽视。若是有8个运动员同时起跑则就需要8个裁判员，这样不仅费时、费力，而且计时不准确。2、全自动摄影计时系统.该类计时系统必须从发令员的枪或经批准的类似装置启动开始计时,在该系统中拍摄的图像必须与计时系统同步,且可以精确到1/1000秒。终点计时摄影机的操作原理是将光束投射到终点线然后回射,跑手冲过光束那刻,计时表便会停止计时，并将计时的时间缓存，并显示出来这种摄影机为运动计时带来了革命性的突破。小结：第一种计时秒表价格便宜，使用起来方便，但是计时误差大。第二种摄影计时系统，计时的误差非常小，但设备的安装较为麻烦，且价格昂贵，不适合中小型群众性运动会的需要。1.2 课题的意义及目的 目前，各种中小型运动会使用的计时秒表大多是手动的计时秒表，这种秒表在计时时不仅会产生很大的误差(尤其是对短跑)，而且也会需要很多的人力；而用先进的全自动终点摄影计时装置计时，价格又太昂贵，不适合这类运动会使用。为此就需要一款性价比较高的计时秒表，我们对市场上各种计时秒表的优，缺点进行了研究，并采用了远程遥控技术，设计了一款新型的基于MCU的遥控计时秒表，本系统解决了其他产品计时误差大、抗噪声能力差，性价比不高的问题。本课题的设计是根据现在市场的需要而产生的，它完全符合中小型运动会的需要。本产品不仅应用于运动会计时，而且还可以运用很多工业遥控控制及各种实用电子控制方面，具有广阔的市场前景。本方案提高了各种群众性运动会的举办质量，使其更公平，公正。对于运动会的成功举办有着重要的意义，有很强的实用价值，也具有商业价值的潜力。1.3本文研究内容本文采用ATMEL公司的AT89C51单片机、Navibe公司的无线发送，接收模块、RT1602C型的LCD模块和光电检测模块的方案，构建系统的硬件平台，完成了以下几方面的内容：1：无线发送模块从发令枪获取起跑信息并把该信息发送给无线接收模块。2：STC89C51单片机通过中断方式触发定时计时器开始计时，编写计时程序使器计时精度精确到0.01秒。3：光电检测把计时终止的信息及跑道信息通过中断方式，使单片机停止计时；并把结果储存在指定的存储单元。4：友好的用户界面，显示跑道及所用时间。2. 系统设计系统设计的内容包括三方面：体系结构设计、模块设计、数据结构与算法设计。2.1体系结构设计 一个好的系统结构设计对于整个系统是相当重要的。采用层次结构能将一个复杂的问题分解成若干个简单的问题，然后逐个解决。在整个体系结构中，微控制器作为中央处理器负责综合处理各个模块的信息。MCU能够接收到无线发送，接收模块发出的开始信息是关键，是后继处理的信息来源。微控制器的主要处理信息是由光电检测模块发送的终止信息以及运动员所在的跑道信息，程序处理就是围绕这个展开的。包括信息储存，及信息显示。各个模块都是围绕着中央控制器开展各层之间是独立的，上层不用知道下层是如何实现的，而仅仅只需要知道该层的接口。每层只实现相对简单独立的功能，这样就降低了设计复杂程度。系统结构的层次分4层，如图2-1。 触发计时部分（起点）开始计时信息无线发送模块发送终止信息无线信道 微控制器 主控 部分 微控制器(MCU)无线接收模块光电检测模块发送终止信息液晶LCD显示图21 系统结构的层次图2. 2 系统硬件模块设计221无线传输模块设计系统主要硬件组成见图22所示。MCULCD显示光电检测无线接收电路无线发射电路图2-2系统主要硬件组成无线传输模块由无线发送和无线接收两部分组成。无线模块是（安阳市新世纪电子研究所有限公司）推出的特小体积、极低功耗超无线收发模块，采用独特的电路结构，SMT生产工艺、树脂环氧封装，内含放大整形电路，输出为数字信号可直接与单片机串口连接无需设计传输驱动，是性价比较好的无线收发模块。接收模块：图23无线接收模块J04VJ04V是该公司推出的一款特小体积、极低功耗超再生接收模块，采用独特的电路结构，SMT生产工艺、树脂环氧封装，内含放大整形电路，输出为数字信号可直接至解码器，使用极为方便，是一款性价较好的超再生接收模块。J04V无信号时输出为零电平状态（无噪声干扰）可与单片机输入端直接连接。J04V引脚功能：1 外接天线2 数据输出端3 数据反相输出端 （配F05P+）4 工厂测试端(悬空）5 地 6 正电源3-3.6V 无线接收电路是一款工作在间歇振荡状态下的再生检波电路，经过NJM2904整形、放大，得到与发射端反相的电压，直接输入解码电路。发射模块：图2-5无线发送模块F05P+F05P采用SMT工艺、树脂环氧封装、小体积、声表谐振器稳频、内部具有一级调制电路及限流电阻，适合短距离无线遥控报警及单片机短距离无线数据传输。F05P具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，ASK方式（振幅键控16）调制。F05P不能任意调整发射电流，单片机的数据可直接通过串口进入F05P的数据输入端。F05P在无数据输入时单片机必须为低电平状态，（对应的接收电路J04V、J04T为第2脚）；F05P+在无数据输入时单片机必须为高电平状态15。F05P+引脚功能：1 正电源 3-12V2 地3 数据信号输入（平时为高电平）4 外接天线无线发射电路是单管振荡电路，前面电路的输入信号起偏置电压的作用。当有按键按下时，输出高电平，高频发射电路起振并产生等幅高频振荡。键松开后发射电路停止振荡。可见发射电路完全受控于按键键入的信号，从而对发射电路完成幅度键控（ASK调制），相当于调制度为100%的调幅。振荡信号通过印制电路构成的电感产生电磁波，发送至空中。222光电检测模块光电式传感器在检测与控制中应用非常广泛，它基本上分为模拟式传感器和脉冲式传感器两类。光电器件是光电传感器中最重要的器件，它是将光信号转换为电信号的一种传感器件，它是构成光电是传感器的主要部件。光电器件响应快，结构简单，使用方便，可以实现非接触测量，而且有较高的可靠性，因此在自动检测、计算机和控制系统中得到广泛的应用。光电器件工作的物理基础是光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。光敏电阻的主要参数：（1） 暗电流和暗电流光敏电阻在室温条件下，在全暗电流经过一定时间测量的电阻值称为暗电阻，此时流过的电流为暗电流。（2） 亮电阻和亮电流光敏电阻在某一光照下的组织，称为该光照下的亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。（3） 光电流亮电流与暗电流之差，称为光电流。光敏电阻的暗电阻越大，亮电阻越小，则性能越好。也就是说，暗电流小、光电流大的光敏电阻的灵敏度就高。实际上，大多数光敏电阻的暗电阻往往超过1兆欧姆，甚至高达100兆欧姆，亮电阻即使在正常白昼条件下也可降低1000欧姆一下，可见光敏电阻的灵敏度是相当高的。模拟式光电传感器的作用原理是，基于光电器件的光电流随光通量而发生变化，是光通量的函数，也就是说，对于光通量的任意一个选定值，而光通量有随被测非电量的变化而变化，这样光电流就成为被测非电量的函数。而脉冲是光电传感器的作用原理是光电器件的输出仅有两个状态，也就是“通”与“断”的开关状态，即光电器件收光照时，有电信号输出；光电器件不受光照时，无电信号输出。属于这一类的大多是作为继电器和脉冲发生器应用的光电传感器，如测量线位移、线速度、角速度、角位移、角速度的光电脉冲传感器等。本模块所用的即为脉冲式光电传感器ST181，工作原理图2-6所示：光发射光接收MCU第N跑道光图2-6光电检测原理图223 微控制器模块AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性: XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 串口讯通单片机的结构和特殊寄存器，这是你编写软件的关键。至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢，它们是SCON，TCON，TMOD，SCON等，各代表什么含义呢？ SBUF 数据缓冲寄存器这是一个可以直接寻址的串行口专用寄存器。有朋友这样问起过“为何在串行口收发中，都只是使用到同一个寄存器SBUF？而不是收发各用一个寄存器。”实际上SBUF 包含了两个独立的寄存器，一个是发送寄存，另一个是接收寄存器，但它们都共同使用同一个寻址地址99H。CPU 在读SBUF 时会指到接收寄存器，在写时会指到发送寄存器，而且接收寄存器是双缓冲寄存器，这样可以避免接收中断没有及时的被响应，数据没有被取走，下一帧数据已到来，而造成的数据重叠问题。发送器则不需要用到双缓冲，一般情况下我们在写发送程序时也不必用到发送中断去外理发送数据。操作SBUF寄存器的方法则很简单，只要把这个99H 地址用关键字sfr定义为一个变量就可以对其进行读写操作了，如sfr SBUF = 0x99;当然你也可以用其它的名称。通常在标准的reg51.h 或at89x51.h 等头文件中已对其做了定义，只要用#include 引用就可以了。 SCON 串行口控制寄存器通常在芯片或设备中为了监视或控制接口状态，都会引用到接口控制寄存器。SCON 就是51 芯片的串行口控制寄存器。它的寻址地址是98H，是一个可以位寻址的寄存器，作用就是监视和控制51 芯片串行口的工作状态。51 芯片的串口可以工作在几个不同的工作模式下，其工作模式的设置就是使用SCON 寄存器。它的各个位的具体定义如下： SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RISM0、SM1 为串行口工作模式设置位，这样两位可以对应进行四种模式的设置。串行口工作模式设置。 SM0 SM1 模式功能 波特率 0 0 0 同步移位寄存器 fosc/12 0 1 1 8位UART 可变 1 0 2 9位UART fosc/32 或fosc/64 1 1 3 9位UART 可变 在这里只说明最常用的模式1，其它的模式也就一一略过，有兴趣的朋友可以找相关的硬件资料查看。表中的fosc 代表振荡器的频率，也就是晶振的频率。UART 为(Universal Asynchronous Receiver）的英文缩写。 SM2 在模式2、模式3 中为多处理机通信使能位。在模式0 中要求该位为0。 REM 为允许接收位，REM 置1 时串口允许接收，置0 时禁止接收。REM 是由软件置位或清零。如果在一个电路中接收和发送引脚P3.0,P3.1 都和上位机相连，在软件上有串口中断处理程序，当要求在处理某个子程序时不允许串口被上位机来的控制字符产生中断，那么可以在这个子程序的开始处加入REM=0 来禁止接收，在子程序结束处加入REM=1 再次打开串口接收。大家也可以用上面的实际源码加入REM=0 来进行实验。 TB8 发送数据位8，在模式2 和3 是要发送的第9 位。该位可以用软件根据需要置位或清除，通常这位在通信协议中做奇偶位，在多处理机通信中这一位则用于表示是地址帧还是数据帧。 RB8 接收数据位8，在模式2 和3 是已接收数据的第9 位。该位可能是奇偶位，地址/数据标识位。在模式0 中，RB8 为保留位没有被使用。在模式1 中，当SM2=0，RB8 是已接收数据的停止位。 TI 发送中断标识位。在模式0，发送完第8 位数据时，由硬件置位。其它模式中则是在发送停止位之初，由硬件置位。TI 置位后，申请中断，CPU 响应中断后，发送下一帧数据。在任何模式下，TI 都必须由软件来清除，也就是说在数据写入到SBUF 后，硬件发送数据，中断响应（如中断打开），这时TI=1，表明发送已完成，TI 不会由硬件清除，所以这时必须用软件对其清零。 RI 接收中断标识位。在模式0，接收第8 位结束时，由硬件置位。其它模式中则是在接收停止位的半中间，由硬件置位。RI=1，申请中断，要求CPU 取走数据。但在模式1 中，SM2=1时，当未收到有效的停止位，则不会对RI 置位。同样RI 也必须要靠软件清除。常用的串口模式1 是传输10 个位的，1 位起始位为0,8 位数据位，低位在先，1 位停止位为1。它的波特率是可变的，其速率是取决于定时器1 或定时器2 的定时值（溢出速率）。AT89C51 和AT89C2051 等51 系列芯片只有两个定时器，定时器0 和定时器1，而定时器2是89C52 系列芯片才有的。 波特率在使用串口做通讯时，一个很重要的参数就是波特率，只有上下位机的波特率一样时才可以进行正常通讯。波特率是指串行端口每秒内可以传输的波特位数。有一些初学的朋友认为波特率是指每秒传输的字节数，如标准9600 会被误认为每秒种可以传送9600个字节，而实际上它是指每秒可以传送9600 个二进位，而一个字节要8 个二进位，如用串口模式1 来传输那么加上起始位和停止位，每个数据字节就要占用10 个二进位，9600 波特率用模式1 传输时，每秒传输的字节数是960010960 字节。51 芯片的串口工作模式0的波特率是固定的，为fosc/12，以一个12M 的晶振来计算，那么它的波特率可以达到1M。模式2 的波特率是固定在fosc/64 或fosc/32，具体用那一种就取决于PCON 寄存器中的SMOD位，如SMOD 为0，波特率为focs/64,SMOD 为1，波特率为focs/32。模式1 和模式3 的波特率是可变的，取决于定时器1 或2（52 芯片）的溢出速率。那么我们怎么去计算这两个模式的波特率设置时相关的寄存器的值呢？可以用以下的公式去计算。 波特率（2SMOD32）定时器1 溢出速率 上式中如设置了PCON 寄存器中的SMOD 位为1 时就可以把波特率提升2 倍。通常会使用定时器1 工作在定时器工作模式2 下，这时定时值中的TL1 做为计数，TH1 做为自动重装值 ，这个定时模式下，定时器溢出后，TH1 的值会自动装载到TL1，再次开始计数，这样可以不用软件去干预，使得定时更准确。在这个定时模式2 下定时器1 溢出速率的计算公式如下： 溢出速率（计数速率）/(256TH1) 上式中的“计数速率”与所使用的晶体振荡器频率有关，在51 芯片中定时器启动后会在每一个机器周期使定时寄存器TH 的值增加一，一个机器周期等于十二个振荡周期，所以可以得知51 芯片的计数速率为晶体振荡器频率的1/12，一个12M 的晶振用在51 芯片上，那么51 的计数速率就为1M。通常用11.0592M 晶体是为了得到标准的无误差的波特率，那么为何呢？计算一下就知道了。如我们要得到9600 的波特率，晶振为11.0592M 和12M，定时器1 为模式2，SMOD 设为1，分别看看那所要求的TH1 为何值。代入公式： 11.0592M 9600(232)(11.0592M/12)/(256-TH1) TH1250 12M 9600(232)(12M/12)/(256-TH1) TH1249.49 上面的计算可以看出使用12M 晶体的时候计算出来的TH1 不为整数，而TH1 的值只能取整数，这样它就会有一定的误差存在不能产生精确的9600 波特率。当然一定的误差是可以在使用中被接受的，就算使用11.0592M 的晶体振荡器也会因晶体本身所存在的误差使波特率产生误差，但晶体本身的误差对波特率的影响是十分之小的，可以忽略不计。224 LCD显示模块 本系统仅需要显示两个跑道的计时时间信息,因此选用字符型显示模块SMC1602A。它是用5*7的点阵图形显示字符，根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等等，本系统使用常用的2行16个字的1602液晶显示模块。 SMC1602A采用标准的16脚接口。其中：第3脚VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”、使用时可以通过一个10K的点位器调整对比度。第5脚RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。SMC1602A液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001（41H）,显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。其内部的控制器有11条控制指令来控制字符的显示。1.主要技术参数：2.接口信号说明：3.控制器接口说明1）基本操作时序：1.1读状态:输入：RS=L, RW=H, E=H输出：D0D7=状态字；1.2写指令：输入：RS=L, RW=L, D0D7=指令码，E=高脉冲 输出：无；1.3读数据：输入：RS=L, RW=L, E=H 输出：D0D7=数据1.4写数据：输入：RS=H, RW=L,D0D7=数据，E=高脉冲 输出：无2）状态字说明注：对控制器每次进行读写操作之前，都必须进行读写检测，确保STA7为03）RAM地址映射图4）指令说明4.1初始化设置4.1.1显示模式设置4.1.2 显示开/关及光标设置4.2 数据控制 控制器内部设有一个数据地址指针，用户可通过它们来访问内部的全部80字节的RAM.4.2.2读数据：输入：RS=L, RW=L, E=H 输出：D0D7=数据4.2.3写数据：输入：RS=