单片机电子游泳自动计时器设计制作
目录
一、引言 1
（一）背景 1
（二）功能要求 1
二、硬件系统设计 2
（一）系统总体设计 2
（二）主要电路设计 2
1.单片机的最小系统 2
2.声音提示电路 5
3.查询电路 6
4.开关电路 7
5.数码显示电路 7
三、软件系统设计 9
1.主程序的设计 10
2.显示程序设计 10
3.按键程序设计 12
四、系统调试 13
1.实物的调试 13
2.数据对比与分析 14
五、总结与展望 16
致谢 17
参考文献 18
附录： 19
附录1 原理图 19
附录2 PCB图 20
附录3 实物图 21
附录4 元器件清单 22
附录5 源程序 23
一、引言
（一）背景
在经济飞速发展的今天，人们的生活水平越来越高，也越来越注重自己的身体健康，更多的人通过参加体育运动来健身，在这当中，游泳是深受大多数人的喜爱。很多人都会参加一些小型的游泳比赛来提升自己的水平，但是由于种种原因，例如，小规模比赛由于经费问题，用不起上万元的自动计时器，因此，这些比赛只能通过普通秒表来计时，普通秒表虽然很便宜，但是普通秒表在计时时，由于人的反应时间问题，导致计时的时间不是特别的准确，这就使得有些小型比赛结果有失准确性。因此，设计了一款基于单片机的自动计时装置，此设计集成度高、性能稳定可靠、结构简单使用方便、价格低廉等优点，在市场上有一定的推广价值 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
。
单片机是一块集成的电路芯片，单片机从8位、16位到32位。它具有中央处理器CPU，还有只读存储的功能，定时和计时功能，I/O口中断系统的功能，还具有驱动显示电路，A/D转换功能等，单片机在控制系统中起着至关重要的作用。
计时器至今已有很长时间的发展历程，自动计时器讲究的就是计时的准确性以及稳定性，在实际测量中，误差当然是在所难免的，怎样缩小这个误差就是计时系统的整体性比较强。而本设计中采用单片机作为主控芯片，一个原因就是单片机稳定性较高，而且较为普及，价格也比较便宜，这会让很多设计变得简单易懂，操作起来得心应手。
本课题是基于单片机的设计，同时运用按键电路，显示电路等电路为辅制作的一款简单游泳计时装置，本设计主控芯片采用STC89C52，功能按键有开始键、停止键、查询键上键、查询键下键，显示电路采用的四位一体数码管，它的成本较低，而且显示也很清晰。整个设计的稳定性高，误差很小，可以根据用户不同的要求进行使用，而且很方便。
（二）功能要求
（1）采用电池供电；
（2）用STC89C52单片机作为主控电路；
（3）电路选用两个四位一体数码管，中间六位数码管显示当前计时值，前四位是秒，后两位是小数部分，最大计时值为9999.99秒；
（4）查询状态时，八位数码管最左边一位显示名次，中间六位显示所用时间即成绩，最右边一位显示该参赛者所处的泳道号；
（5）如果参赛者不到八位，例如只有6位，则第七、八名的成绩及泳道号均显示0，以示空缺。
二、硬件系统设计
（一）系统总体设计
本系统选用STC89C52单片机作为主控制芯片，四位一体数码管作为显示电路，主要有单片机控制电路、数码管显示电路、查询电路、开关电路和声音提示电路五部分组成，系统总框图如图1所示。
图1 系统总框图
(二)主要电路设计
1.单片机的最小系统
（1）单片机STC89C52
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器，单片机的实物图如图2所示。
图2 单片机实物图
单片机的P0口、P1口、P2口、P3口4个8位的I/O口， 128B的RAM，5个中断源，2个16位的定时计数器，1个串行通信口，时钟电路、振荡器。单片机的引脚图如图3所示。
图3单片机引脚图
单片机的P1、P2、P3口是8位双向I/O口，当访问外部存储单元时，P2口被作为高8位地址/数据线使用，P3口是单片机的特殊端口，其他特殊引脚功能如表1所示。
表1 特殊引脚功能
（2）晶振电路
晶振就是单片机的“心脏”，起着重要的作用。如果没有晶振电路，也就是代表没有时钟周期，就无法执行程序的代码，单片机也就无法正常工作。单片机访问一次存储器的时间就是一个机器周期，一个机器周期由12个时钟周期构成，通常情况下使用12MHz的晶振，那么时钟周期就是1/12us，一个机器周期就是1us。晶振电路由两个30PF的电容和晶振构成，其原理图如图4所示。
图4 晶振电路
（3）复位电路
复位电路是单片机最小系统的一部分，但它却非常重要。复位电路对单片机来说很重要，它对整个电路能否可靠的运作起了很大的作用，复位的功能就是把单片机的状态回到初始化为0000H。复位电路工作原理很简单：当给它上电的时候，电容相当于短路，单片机处于复位状态，电源通过电阻对电容充电，当降为低电平时，单片机开始正常工作。复位电路有按键、电容和电阻构成，其原理图如图5所示。
图5 复位电路
(4)电源电路
电源电路供电可以用电池作为电源，也可以接USB供电，本设计中电源电路中有两个电容，它们的作用就是滤波，以提升电路的稳定性，电源电路如图12所示。
图6 电源电路
2.声音提示电路
声音提示电路主要器件有蜂鸣器、三极管和电阻。
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，在本设计中，蜂鸣器的作用就是声音提示。
图7 蜂鸣器
声音提示电路的主要起了提示作用，当按键电路每按一次，蜂鸣器就会响一次，这就意味着运动员已经陆陆续续到达岸边，直到最后一位运动员到岸，蜂鸣器也就停止了响动，声音提示电路如图8所示。
图8 声音提示电路
3.查询电路
查询电路有四个按键构成，它们分别是AN2键开始键，AN3键停止键，AN4查询上键，AN5键查询下键。开始按键，当按下开始AN2键时（即相当于运动员入水），整个电路开始工作，计时器开始计时；当最后一个运动员到达岸边时，即按下停止AN3键时，整个计时工作完成。查询电路，按下查询键AN4，就开始查询成绩，一个一个往下查，同时，按AN5键可以倒退查询，计时员只要看8位数码管就可以看到参赛者的成绩，其原理图如图9所示。
图9 查询电路
4.开关电路
开关电路，是由若干LED，若干电阻，若干开关键等组成，它的工作方式是，当运动员跳入水中瞬间，他所对应的泳道所对应的LED灯会亮起，计时器就已经开始工作，当运动员到达岸边时，即相当于他触碰到了他相对应的开关，例如，一号泳道的运动员到达岸边后，就这样，可以计时出其他泳道运动员的成绩，开关电路原理图如图10所示。
一、引言 1
（一）背景 1
（二）功能要求 1
二、硬件系统设计 2
（一）系统总体设计 2
（二）主要电路设计 2
1.单片机的最小系统 2
2.声音提示电路 5
3.查询电路 6
4.开关电路 7
5.数码显示电路 7
三、软件系统设计 9
1.主程序的设计 10
2.显示程序设计 10
3.按键程序设计 12
四、系统调试 13
1.实物的调试 13
2.数据对比与分析 14
五、总结与展望 16
致谢 17
参考文献 18
附录： 19
附录1 原理图 19
附录2 PCB图 20
附录3 实物图 21
附录4 元器件清单 22
附录5 源程序 23
一、引言
（一）背景
在经济飞速发展的今天，人们的生活水平越来越高，也越来越注重自己的身体健康，更多的人通过参加体育运动来健身，在这当中，游泳是深受大多数人的喜爱。很多人都会参加一些小型的游泳比赛来提升自己的水平，但是由于种种原因，例如，小规模比赛由于经费问题，用不起上万元的自动计时器，因此，这些比赛只能通过普通秒表来计时，普通秒表虽然很便宜，但是普通秒表在计时时，由于人的反应时间问题，导致计时的时间不是特别的准确，这就使得有些小型比赛结果有失准确性。因此，设计了一款基于单片机的自动计时装置，此设计集成度高、性能稳定可靠、结构简单使用方便、价格低廉等优点，在市场上有一定的推广价值 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
。
单片机是一块集成的电路芯片，单片机从8位、16位到32位。它具有中央处理器CPU，还有只读存储的功能，定时和计时功能，I/O口中断系统的功能，还具有驱动显示电路，A/D转换功能等，单片机在控制系统中起着至关重要的作用。
计时器至今已有很长时间的发展历程，自动计时器讲究的就是计时的准确性以及稳定性，在实际测量中，误差当然是在所难免的，怎样缩小这个误差就是计时系统的整体性比较强。而本设计中采用单片机作为主控芯片，一个原因就是单片机稳定性较高，而且较为普及，价格也比较便宜，这会让很多设计变得简单易懂，操作起来得心应手。
本课题是基于单片机的设计，同时运用按键电路，显示电路等电路为辅制作的一款简单游泳计时装置，本设计主控芯片采用STC89C52，功能按键有开始键、停止键、查询键上键、查询键下键，显示电路采用的四位一体数码管，它的成本较低，而且显示也很清晰。整个设计的稳定性高，误差很小，可以根据用户不同的要求进行使用，而且很方便。
（二）功能要求
（1）采用电池供电；
（2）用STC89C52单片机作为主控电路；
（3）电路选用两个四位一体数码管，中间六位数码管显示当前计时值，前四位是秒，后两位是小数部分，最大计时值为9999.99秒；
（4）查询状态时，八位数码管最左边一位显示名次，中间六位显示所用时间即成绩，最右边一位显示该参赛者所处的泳道号；
（5）如果参赛者不到八位，例如只有6位，则第七、八名的成绩及泳道号均显示0，以示空缺。
二、硬件系统设计
（一）系统总体设计
本系统选用STC89C52单片机作为主控制芯片，四位一体数码管作为显示电路，主要有单片机控制电路、数码管显示电路、查询电路、开关电路和声音提示电路五部分组成，系统总框图如图1所示。
图1 系统总框图
(二)主要电路设计
1.单片机的最小系统
（1）单片机STC89C52
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器，单片机的实物图如图2所示。
图2 单片机实物图
单片机的P0口、P1口、P2口、P3口4个8位的I/O口， 128B的RAM，5个中断源，2个16位的定时计数器，1个串行通信口，时钟电路、振荡器。单片机的引脚图如图3所示。
图3单片机引脚图
单片机的P1、P2、P3口是8位双向I/O口，当访问外部存储单元时，P2口被作为高8位地址/数据线使用，P3口是单片机的特殊端口，其他特殊引脚功能如表1所示。
表1 特殊引脚功能
（2）晶振电路
晶振就是单片机的“心脏”，起着重要的作用。如果没有晶振电路，也就是代表没有时钟周期，就无法执行程序的代码，单片机也就无法正常工作。单片机访问一次存储器的时间就是一个机器周期，一个机器周期由12个时钟周期构成，通常情况下使用12MHz的晶振，那么时钟周期就是1/12us，一个机器周期就是1us。晶振电路由两个30PF的电容和晶振构成，其原理图如图4所示。
图4 晶振电路
（3）复位电路
复位电路是单片机最小系统的一部分，但它却非常重要。复位电路对单片机来说很重要，它对整个电路能否可靠的运作起了很大的作用，复位的功能就是把单片机的状态回到初始化为0000H。复位电路工作原理很简单：当给它上电的时候，电容相当于短路，单片机处于复位状态，电源通过电阻对电容充电，当降为低电平时，单片机开始正常工作。复位电路有按键、电容和电阻构成，其原理图如图5所示。
图5 复位电路
(4)电源电路
电源电路供电可以用电池作为电源，也可以接USB供电，本设计中电源电路中有两个电容，它们的作用就是滤波，以提升电路的稳定性，电源电路如图12所示。
图6 电源电路
2.声音提示电路
声音提示电路主要器件有蜂鸣器、三极管和电阻。
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，在本设计中，蜂鸣器的作用就是声音提示。
图7 蜂鸣器
声音提示电路的主要起了提示作用，当按键电路每按一次，蜂鸣器就会响一次，这就意味着运动员已经陆陆续续到达岸边，直到最后一位运动员到岸，蜂鸣器也就停止了响动，声音提示电路如图8所示。
图8 声音提示电路
3.查询电路
查询电路有四个按键构成，它们分别是AN2键开始键，AN3键停止键，AN4查询上键，AN5键查询下键。开始按键，当按下开始AN2键时（即相当于运动员入水），整个电路开始工作，计时器开始计时；当最后一个运动员到达岸边时，即按下停止AN3键时，整个计时工作完成。查询电路，按下查询键AN4，就开始查询成绩，一个一个往下查，同时，按AN5键可以倒退查询，计时员只要看8位数码管就可以看到参赛者的成绩，其原理图如图9所示。
图9 查询电路
4.开关电路
开关电路，是由若干LED，若干电阻，若干开关键等组成，它的工作方式是，当运动员跳入水中瞬间，他所对应的泳道所对应的LED灯会亮起，计时器就已经开始工作，当运动员到达岸边时，即相当于他触碰到了他相对应的开关，例如，一号泳道的运动员到达岸边后，就这样，可以计时出其他泳道运动员的成绩，开关电路原理图如图10所示。
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