100米短跑精确测量仪的设计与开发【字数：9024】
摘 要最近几年，人们的生活水平不断提高，追求高质量的生活趋势日益增长。因此，一些体育竞赛运动越来越受到广大人民群众的追捧。 传统的一些短跑比赛中，人们采用的是秒表计时方法。 这种人工计时方法有测量精度不精确等一些缺点。存在操作人员的反应差异以及实践经验等一些主客观因素的问题，人工秒表已经不满足现代人们的要求。随着电子技术不断的发展，比赛单位常使用电子设备计时的方法，这种计时不仅可以提高工作效率，也能 保证了计时的准确性。然而，对于大部分竞赛组织单位来说，这种电子计时方法成本较高，不满足广大人民群众的需求。因此，本文利用单片机设计了一款100米精确测量仪的设计与开发。它不仅能够精确计时，还能准确分辨各个赛道人员的成绩。相比人工秒表，其实时性和精确性都比较高。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的目的和意义 1
1.2 课题研究的主要内容 1
第二章 系统设计方案 3
2.1 系统总体设计 3
2.2 总体方案流程图 3
第三章 100米短跑精确测量仪的硬件设计 5
3.1 系统原理图设计 5
3.1.2 从机原理图设计 5
3.2主机系统模块介绍 5
3.2.1单片机最小系统 5
3.2.2 显示部分 6
3.2.3 无线通信部分 7
3.2.4 STM8s和80C51单片机的比较 8
3.3从机系统模块介绍 9
3.3.2通信指示灯部分 9
3.3.1单片机最小系统 9
3.3.2模数转换部分 9
3.3.3电源电路部分 10
3.3.4信号采集部分 11
第四章 100米短跑精确测量仪的软件设计 13
4.1 程序流程 13
4.1.1主程序流程 13
4.1.2 软件AD采集流程 14
4.1.3 串口程序框图 15
4.2 小结 15
第五章 100米短跑精确测量仪的调试与测试 17
结束语 19
参考文献 20
附录 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
致 谢 27
第一章 绪论
1.1 课题的目的和意义
随着时代的快速发展，体育竞技也在现实生活中展现了它不一样的魅力！秉持着公平公正的原则，不仅于人，于仪器也是如此，对测量结果的精准性也要更加高！在以前我们都是人工进行体育竞技成绩的测量，但是这种方式不仅误差比较大，而且有可能造成误判，比如对计时比较苛刻的赛事，我们就需要更好的标准来进行记录[1]。
在这样电子技术非常成熟的今天，很多人工智能的发展给生活带来了很多的便利，不仅在生活上还是工作中，都提供极大的便捷性[2]。于比赛人员来说，比赛的严谨性得到了越来越多人的重视。因此需要更精确的技术来测量数据[3]。在田径比赛中,以往的计数方式是通过人为的计秒器来决定成绩,这样计算成绩的方式有很大的缺点[4]。也有很多的人为因素,或多或少会不是很公平。因此,我们需要一个智能设计,通过智能化操作,能够更显得比赛的公正性[5]。
100米跑是我们常见的赛事，因为这个比赛参加的人多，裁判是无法进行判定的，可能0.0秒就可能就决定一个人的成绩排名，所以需要更高精度的仪器来进行测量[6]。我们可以采用一个主从机，比赛开始时，主机下发命令提示从机跑步开始，从机返回当前计数值给主机，此后主机每隔一段时间下发命令获取从机当前计数值，从机此时返回的是过程成绩；当某一个参赛者过了终点，从机保存当前计数值，待主机下发命令获取从机当前计数值时，从机此后一直返回的是保存的计数值，保存计数值减去起始计数值再乘以计数时间间隔，即某一个参赛者跑步成绩[7]。
1.2 课题研究的主要内容
1、设计目标：
1.完成主从机原理图 PCB设计
2.开始跑的时候，主机发送命令，从机返回的是起始计数值，当有人到达终点，主机发送命令，从机返回的是最终计数值，主机处理数据得到成绩。
2、实现方法：
本次的设计是基于STM8S103微控制器的短跑精确测量仪，它将实现主从机通讯（串口无线通讯），计时，指示灯闪烁提示，串口显示最终成绩[8]。
本次设计需要学习更多的专业知识，不仅要对单片机的工作原理有着深刻的理解，还要掌握串口数据显示部分和红外接收部分的工作原理。因此，本次设计在今后的单片机学习领域中打下了坚实的基础,提高了动手及设计的能力,丰富了理论知识,提高了一定的创新能力,在一定程度上做到了理论和实践相结合[9]。本次设计需要学习的知识有很多，比如单片机的内部结构和工作原理，都需要我们深刻的理解。此外，对单片机的接口、中断、AD模块、定时/计数、存储等模块也要有深层了解[10]。通过本次设计，让我对电路的设计流程有了一定的了解，不仅加强了自己的动手能力和思考能力，也是对已学理论知识的巩固，为以后工作或者学习打下了坚实的基础[11]。
第二章 系统设计方案
2.1 系统总体设计
本设计主要由主机、从机、串口显示、发射管、接收管，电源模块组成。赛道起点设置主机和从机以及终点设计从机。串口设置为16进制，当开始发送指令（鸣枪）时，比赛人员在主从机之间穿过（起点），意味着比赛计时的开始[12]。当比赛人员到达终点时，此时另外一个从机将识别人的红外信号并将数据发送给主机，因此，就可以计时起点时数据和终点时的数据之间的时间差了[13]。具体系统框架如图2.1所示：
图2.1 100米短跑精确测量仪的系统设计总体框图
2.2 总体方案流程图
图2.2为系统结构框图
图2.2 100米短跑精确测量仪设计系统结构框图
[14]在该系统中采用的单片机是STM8SL103F，它是本系统的心脏。有着控制整个系统的功能，包括定时、数据读取、I/O口控制等。
在从机中：STM8S103F控制整个信息和无线通信。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的目的和意义 1
1.2 课题研究的主要内容 1
第二章 系统设计方案 3
2.1 系统总体设计 3
2.2 总体方案流程图 3
第三章 100米短跑精确测量仪的硬件设计 5
3.1 系统原理图设计 5
3.1.2 从机原理图设计 5
3.2主机系统模块介绍 5
3.2.1单片机最小系统 5
3.2.2 显示部分 6
3.2.3 无线通信部分 7
3.2.4 STM8s和80C51单片机的比较 8
3.3从机系统模块介绍 9
3.3.2通信指示灯部分 9
3.3.1单片机最小系统 9
3.3.2模数转换部分 9
3.3.3电源电路部分 10
3.3.4信号采集部分 11
第四章 100米短跑精确测量仪的软件设计 13
4.1 程序流程 13
4.1.1主程序流程 13
4.1.2 软件AD采集流程 14
4.1.3 串口程序框图 15
4.2 小结 15
第五章 100米短跑精确测量仪的调试与测试 17
结束语 19
参考文献 20
附录 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
致 谢 27
第一章 绪论
1.1 课题的目的和意义
随着时代的快速发展，体育竞技也在现实生活中展现了它不一样的魅力！秉持着公平公正的原则，不仅于人，于仪器也是如此，对测量结果的精准性也要更加高！在以前我们都是人工进行体育竞技成绩的测量，但是这种方式不仅误差比较大，而且有可能造成误判，比如对计时比较苛刻的赛事，我们就需要更好的标准来进行记录[1]。
在这样电子技术非常成熟的今天，很多人工智能的发展给生活带来了很多的便利，不仅在生活上还是工作中，都提供极大的便捷性[2]。于比赛人员来说，比赛的严谨性得到了越来越多人的重视。因此需要更精确的技术来测量数据[3]。在田径比赛中,以往的计数方式是通过人为的计秒器来决定成绩,这样计算成绩的方式有很大的缺点[4]。也有很多的人为因素,或多或少会不是很公平。因此,我们需要一个智能设计,通过智能化操作,能够更显得比赛的公正性[5]。
100米跑是我们常见的赛事，因为这个比赛参加的人多，裁判是无法进行判定的，可能0.0秒就可能就决定一个人的成绩排名，所以需要更高精度的仪器来进行测量[6]。我们可以采用一个主从机，比赛开始时，主机下发命令提示从机跑步开始，从机返回当前计数值给主机，此后主机每隔一段时间下发命令获取从机当前计数值，从机此时返回的是过程成绩；当某一个参赛者过了终点，从机保存当前计数值，待主机下发命令获取从机当前计数值时，从机此后一直返回的是保存的计数值，保存计数值减去起始计数值再乘以计数时间间隔，即某一个参赛者跑步成绩[7]。
1.2 课题研究的主要内容
1、设计目标：
1.完成主从机原理图 PCB设计
2.开始跑的时候，主机发送命令，从机返回的是起始计数值，当有人到达终点，主机发送命令，从机返回的是最终计数值，主机处理数据得到成绩。
2、实现方法：
本次的设计是基于STM8S103微控制器的短跑精确测量仪，它将实现主从机通讯（串口无线通讯），计时，指示灯闪烁提示，串口显示最终成绩[8]。
本次设计需要学习更多的专业知识，不仅要对单片机的工作原理有着深刻的理解，还要掌握串口数据显示部分和红外接收部分的工作原理。因此，本次设计在今后的单片机学习领域中打下了坚实的基础,提高了动手及设计的能力,丰富了理论知识,提高了一定的创新能力,在一定程度上做到了理论和实践相结合[9]。本次设计需要学习的知识有很多，比如单片机的内部结构和工作原理，都需要我们深刻的理解。此外，对单片机的接口、中断、AD模块、定时/计数、存储等模块也要有深层了解[10]。通过本次设计，让我对电路的设计流程有了一定的了解，不仅加强了自己的动手能力和思考能力，也是对已学理论知识的巩固，为以后工作或者学习打下了坚实的基础[11]。
第二章 系统设计方案
2.1 系统总体设计
本设计主要由主机、从机、串口显示、发射管、接收管，电源模块组成。赛道起点设置主机和从机以及终点设计从机。串口设置为16进制，当开始发送指令（鸣枪）时，比赛人员在主从机之间穿过（起点），意味着比赛计时的开始[12]。当比赛人员到达终点时，此时另外一个从机将识别人的红外信号并将数据发送给主机，因此，就可以计时起点时数据和终点时的数据之间的时间差了[13]。具体系统框架如图2.1所示：
图2.1 100米短跑精确测量仪的系统设计总体框图
2.2 总体方案流程图
图2.2为系统结构框图
图2.2 100米短跑精确测量仪设计系统结构框图
[14]在该系统中采用的单片机是STM8SL103F，它是本系统的心脏。有着控制整个系统的功能，包括定时、数据读取、I/O口控制等。
在从机中：STM8S103F控制整个信息和无线通信。
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