1、.第一章 課題綜述1.1 課題背景速度素質(zhì)是指人體進(jìn)行快速運(yùn)動(dòng)的能力，即在單位時(shí)間內(nèi)迅速完成某一動(dòng)作或通過(guò)某一距離的能力。反應(yīng)速度是指人體對(duì)刺激發(fā)生反應(yīng)的快慢。從生理機(jī)制分析，反應(yīng)快慢取決于“反射弧”的五個(gè)環(huán)節(jié)：感受器傳入神經(jīng)神經(jīng)中樞傳出神經(jīng)效應(yīng)器。下面以MCS-8051單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)出測(cè)試人體反應(yīng)速度的儀器用以測(cè)試人的反應(yīng)時(shí)間。我們學(xué)習(xí)的是單片機(jī)理論知識(shí)，而課程設(shè)計(jì)則是對(duì)我們學(xué)習(xí)的理論知識(shí)的實(shí)踐和鞏固。1.2 設(shè)計(jì)要求基于MCS-8051單片機(jī)的人體反應(yīng)速度測(cè)試儀設(shè)計(jì)要求如下：1.按下“開(kāi)始”按鈕，紅燈亮，按鈕一直保持按下?tīng)顟B(tài)。2.紅燈持續(xù)點(diǎn)亮一段隨機(jī)時(shí)間，然后熄滅，燈熄滅時(shí)人松開(kāi)按鈕。。

2、3.計(jì)算燈熄滅的時(shí)間和按鈕被松開(kāi)的時(shí)間之差，顯示出來(lái)。4.若測(cè)試者在紅燈熄滅之前松開(kāi)按鈕，則顯示出錯(cuò)信息。1.3 面對(duì)的問(wèn)題1.對(duì)MCS-8051單片機(jī)的了解和應(yīng)用。2. 對(duì)八段數(shù)碼管的特性的了解和使用。1.4 需解決的關(guān)鍵技術(shù)課題主要通過(guò)控制紅燈的狀態(tài)，通過(guò)測(cè)試按鈕的狀態(tài)來(lái)間接計(jì)算人體反應(yīng)速度。要了解每一段數(shù)碼管與MCS-8051單片機(jī)的連接，數(shù)碼管顯示數(shù)字的段碼，各個(gè)芯片的輸入輸出關(guān)系，單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器的原理與控制，必須通過(guò)查閱資料確定。必須了解數(shù)碼管顯示器的顯示原理。第二章 系統(tǒng)分析2.1 涉及的基礎(chǔ)知識(shí)通過(guò)學(xué)習(xí)和查閱資料，本課題需要掌握和了解如下知識(shí)：1.MCS-8051單片機(jī)各輸入輸。

3、出端口的功能特性。2.MCS-8051單片機(jī)復(fù)位電路工作原理及設(shè)計(jì)。3.MCS-8051單片機(jī)晶振電路工作原理及設(shè)計(jì)。4.測(cè)試按鈕、測(cè)試燈電路設(shè)計(jì)。5.驅(qū)動(dòng)器74LS244、反相器74LS04的特性及使用。6.數(shù)碼管顯示器的特性及使用。7.MCS-8051單片機(jī)引腳。8.單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器原理及使用。9.單片機(jī)C語(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)。2.2 MCS-8051單片機(jī)簡(jiǎn)介隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，在一個(gè)集成電路芯片上集成了中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、程序存儲(chǔ)器ROM或EPROM、各種I/O接口等，構(gòu)成了一個(gè)計(jì)算機(jī)，稱(chēng)為單片機(jī)。也就是說(shuō)，單片機(jī)是集成在一塊集成電路芯片上的計(jì)算機(jī)。單片機(jī)以其較高。

4、的性?xún)r(jià)比、較高的集成度、較高可靠性、較強(qiáng)控制功能以及低電壓、低功耗、偏于攜帶等優(yōu)點(diǎn)收到廣大用戶(hù)的青睞。MCS-51系列單片機(jī)以其典型的結(jié)構(gòu)和完善的總線(xiàn)專(zhuān)用寄存器的集中管理，眾多的邏輯位操作功能及面向控制的豐富指令系統(tǒng)，堪稱(chēng)為一代“名機(jī)”，為以后的其他單片機(jī)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。MCS-51系列單片機(jī)具有品種全、兼容性強(qiáng)、軟硬件資料豐富等特點(diǎn)，因此應(yīng)用非常廣泛，直到現(xiàn)在MCS-51系列單片機(jī)仍為單片機(jī)中的主流機(jī)型，也是高檔單片機(jī)的基礎(chǔ)。8051是MCS-51系列單片機(jī)中的代表產(chǎn)品，它內(nèi)部集成了功能強(qiáng)大的中央處理器，包含了硬件乘除法器、21個(gè)專(zhuān)用控制寄存器、4KB的程序存儲(chǔ)器、128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、4。

5、組8位的并行口、兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器、一個(gè)全雙工的串行口以及布爾處理器。8051中集成了完善的各種中斷源，用戶(hù)可十分方便的控制和使用其功能，使得它的應(yīng)用范圍加大，可以說(shuō)它可以滿(mǎn)足絕大部分的應(yīng)用場(chǎng)合。2.3 MCS-8051單片機(jī)引腳圖MCS-8051單片機(jī)采用40條引腳的雙列直插式封裝，引腳配置如圖21所示。單片機(jī)電源引腳接入單片機(jī)的工作電源：VCC引腳接+5V電源，VSS引腳接地。單片機(jī)時(shí)鐘由引腳XTAL1和XTAL2接外部時(shí)鐘配置電路組成。單片機(jī)復(fù)位，當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在RST引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平使單片機(jī)復(fù)位。MCS-8051單片機(jī)具有4個(gè)8位的輸入/輸出口，P0、P1、。

6、P2和P3口。P0口是雙向8位三態(tài)I/O口，此口常作為地址總線(xiàn)低8位及數(shù)據(jù)總線(xiàn)分時(shí)復(fù)用口，可帶8個(gè)LSTTL負(fù)載。P1口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，可帶4個(gè)LSTTL負(fù)載。P2口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，常作地址總線(xiàn)高8位使用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。P3口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，為雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。2.4 數(shù)碼管顯示器2.4.1 數(shù)碼管顯示器的特性1.發(fā)光響應(yīng)快，亮度強(qiáng)，高頻特性好；而且隨著材料的不同，數(shù)碼管還能發(fā)出紅、黃、綠、藍(lán)、橙等多種顏色的光。圖21 MCS-8051單片機(jī)引腳圖2. 機(jī)械性能好，體積小，重量輕，價(jià)格低廉；能與COMS和TTL電路配合使用；使用壽命長(zhǎng)。3. 。

7、工作電壓低，驅(qū)動(dòng)電流適中。每段電流為510mA，一只數(shù)碼管的8段LED全亮需要電流3570mA。這樣打的電流需要由驅(qū)動(dòng)電路提供，因此，使用時(shí)要注意數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。在使用中，為了給發(fā)光二極管加驅(qū)動(dòng)電壓，他們應(yīng)有一個(gè)公共的引腳，公共的引腳有如下兩種鏈接方法：一、共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連接在一起構(gòu)成陰極公共引腳，使用時(shí)公共引腳接地，這樣陽(yáng)極引腳上加高電平的發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而加低電平的則不亮。二、共陽(yáng)極接法。把發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起作為陽(yáng)極公共引腳，使用時(shí)陽(yáng)極公共引腳接+5V。這樣陰極引腳上加低電平的發(fā)光二極管即可導(dǎo)通點(diǎn)亮，而加高電平的則點(diǎn)不亮。本課題采用SR410561K四位一體。

8、數(shù)碼管，為共陽(yáng)極接法，位選信號(hào)位高電平有效，段碼信號(hào)為低電平有效。2.4.2 數(shù)碼管的顯示原理并排使用的多位數(shù)碼管組成數(shù)碼管顯示器。數(shù)碼管顯示器多采用動(dòng)態(tài)顯示方式，全部數(shù)碼管共用一套段碼驅(qū)動(dòng)電路，各位數(shù)碼管的同段引腳短接后再接到對(duì)應(yīng)段碼的驅(qū)動(dòng)線(xiàn)上。顯示時(shí)通過(guò)位控制信號(hào)采用掃描的方法逐位地循環(huán)點(diǎn)亮各位數(shù)碼管。動(dòng)態(tài)顯示雖然在任一時(shí)刻只有一位數(shù)碼管被點(diǎn)亮，但是由于人眼具有的視覺(jué)殘留效應(yīng)，看起來(lái)與全部數(shù)碼管持續(xù)點(diǎn)亮的效果完全一樣。 數(shù)碼管顯示器的動(dòng)態(tài)顯示需要為各位提供段碼以及相應(yīng)的位控制，此即通常所說(shuō)的段控和位控。把數(shù)碼管顯示器段碼表預(yù)先存放在存儲(chǔ)器中，使用時(shí)通過(guò)查表就可以得到段碼。段碼輸出后送到公共。

9、端碼線(xiàn)上，也可稱(chēng)為段控信號(hào)。而通過(guò)并行口輸出的相互獨(dú)立的位碼則是起選通作用的，也稱(chēng)位控活掃描信號(hào)，用于選擇顯示位。動(dòng)態(tài)顯示具有硬件簡(jiǎn)單，功耗低和顯示靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但動(dòng)態(tài)顯示增加了驅(qū)動(dòng)軟件的復(fù)雜性，且顯示亮度較低。2.4.3 數(shù)碼管顯示器段碼SR410561K四位一體數(shù)碼管采用共陽(yáng)極接法，單個(gè)數(shù)碼管如圖22所示。圖22 八段數(shù)碼管則數(shù)碼管段碼如表21所示。表21 數(shù)碼管段碼顯示數(shù)字Dp g f e d c b a段碼011000000c0111111001f9210100100a4310110000b0410011001995100100109261000001082711111000f881。

10、00000008091001000090A1000100088b1000001183C11000110c6d10100001a1E1000011086F100011108e2.5 定時(shí)器2.5.1 定時(shí)器工作原理在MCS-8051單片機(jī)內(nèi)集成了兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1，其基本工作原理是加1計(jì)數(shù)，即對(duì)指定的脈沖信號(hào)進(jìn)行加1操作，直到出現(xiàn)溢出為止。當(dāng)T0和T1作為定時(shí)器使用時(shí)，其計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)取自單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘信號(hào)，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，使計(jì)數(shù)器加1。T0和T1分別有兩個(gè)8位的計(jì)數(shù)器組成，其中T0由特殊功能寄存器TH0與TL0組成，而T1則由特殊功能寄存器TH1與TL1組成。這。

11、四個(gè)寄存器用來(lái)存儲(chǔ)定時(shí)或計(jì)數(shù)使用的初值，所以也被稱(chēng)為時(shí)間常數(shù)存儲(chǔ)器。特殊功能寄存器TMOD和TCON完成對(duì)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制功能。2.5.2 定時(shí)器的控制MCS-8051單片機(jī)的定時(shí)功能是由特殊功能寄存器TH0,TL0,TH1,TL1,TMOD和TCON完成的。特殊功能寄存器TMOD用于確定定時(shí)器的工作方式，格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0其中，前4位用于控制T1的工作方式，后四位用于控制T0的工作方式。本課題僅使用T1作為定時(shí)器，選擇工作方式為方式1，即為選擇T1為16為定時(shí)器。則TMOD的值應(yīng)設(shè)置為00010000B，即TMOD=0x。

12、10。特殊功能寄存器TCON用于用于控制定時(shí)器的啟動(dòng)和停止技術(shù)，同時(shí)包含了定時(shí)器的狀態(tài)，可進(jìn)行位尋址。格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0本課題中用到的控制位有TI的控制位TR1和TF1，無(wú)需中斷控制。TR1為T(mén)1運(yùn)行控制位，若TR1=1，允許T1計(jì)數(shù)，若TR1=0，禁止T1計(jì)數(shù)。TF1為T(mén)1計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志值，當(dāng)T1被允許計(jì)數(shù)后，T1從初值開(kāi)始加1計(jì)數(shù)，最高位產(chǎn)生溢出時(shí)，TF1由硬件置1，TF1的信息可由軟件查詢(xún)。2.5.3 定時(shí)器初值的設(shè)定本課題中，設(shè)置初值使T1的定時(shí)周期為1ms。當(dāng)紅燈熄滅后，定時(shí)器開(kāi)始工作，每1ms定時(shí)器產(chǎn)生一次溢出，。

13、使數(shù)碼管要顯示的反應(yīng)時(shí)間以毫秒為單位加1，達(dá)到使數(shù)碼管顯示人體反應(yīng)時(shí)間的目的。T1采用工作方式1定時(shí)，時(shí)鐘頻率采用6MHz，則計(jì)數(shù)初值：x=216-6106110-3/12=65536-6000/12=65036化為二進(jìn)制x=1111111000001100B，則計(jì)數(shù)初值應(yīng)為T(mén)H1=0xfe ,TL1=0x0c。第3章 總體方案設(shè)計(jì)3.1 總體方案數(shù)碼管的顯示電路中采用動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示。采用MCS-8051單片機(jī)的P0端口(P0.0P0.7端口)控制段碼，低電平有效。P2.0P2.3端口控制4位數(shù)碼管的位選擇，高電平有效。(P2.3端口控制第1個(gè)數(shù)碼管，P2.2端口控制第2個(gè)數(shù)碼管，P2.1端口。

14、控制第3個(gè)數(shù)碼管，P2.0端口控制第4個(gè)數(shù)碼管)。各個(gè)數(shù)碼管的段碼都是P0端口的輸出，即各個(gè)數(shù)碼管輸入的段碼都是一樣的，為了使其分別顯示不同的數(shù)字，可采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，即先只讓最低位顯示，經(jīng)過(guò)一段延時(shí)，再只讓次低位顯示，以此類(lèi)推。由于視覺(jué)暫留，只要延時(shí)時(shí)間足夠短，就能夠使得數(shù)碼的顯示看起來(lái)非常穩(wěn)定清楚。3.2 功能模塊框圖人體反應(yīng)速度測(cè)試儀的功能模塊框圖如圖31所示。硬件電路由MCS-8051單片機(jī)、電源電路、測(cè)試按鈕和測(cè)試燈電路、晶振電路、復(fù)位電路、驅(qū)動(dòng)電路、反相電路以及數(shù)碼管顯示電路組成。電源電路測(cè)試按鈕和測(cè)試燈電路數(shù)碼管顯示電路MCS8051單片機(jī)復(fù)位電路驅(qū)動(dòng)電路反相電路晶振電路圖31 人體反應(yīng)速度測(cè)試儀功能模塊框圖第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 硬件連接圖4.1.1 測(cè)試按鈕與測(cè)試燈電路MCS-8051單片機(jī)的P1.0端口控制一個(gè)發(fā)光二極管，即為測(cè)試紅燈。發(fā)光二極管加限流電阻接+5V電源，當(dāng)單片機(jī)的P1.0端口輸出低電平時(shí)。

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總結(jié)

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