1、.第一章 課題綜述1.1 課題背景速度素質(zhì)是指人體進行快速運動的能力，即在單位時間內(nèi)迅速完成某一動作或通過某一距離的能力。反應速度是指人體對刺激發(fā)生反應的快慢。從生理機制分析，反應快慢取決于“反射弧”的五個環(huán)節(jié)：感受器傳入神經(jīng)神經(jīng)中樞傳出神經(jīng)效應器。下面以MCS-8051單片機為核心，設計出測試人體反應速度的儀器用以測試人的反應時間。我們學習的是單片機理論知識，而課程設計則是對我們學習的理論知識的實踐和鞏固。1.2 設計要求基于MCS-8051單片機的人體反應速度測試儀設計要求如下：1.按下“開始”按鈕，紅燈亮，按鈕一直保持按下狀態(tài)。2.紅燈持續(xù)點亮一段隨機時間，然后熄滅，燈熄滅時人松開按鈕。。

2、3.計算燈熄滅的時間和按鈕被松開的時間之差，顯示出來。4.若測試者在紅燈熄滅之前松開按鈕，則顯示出錯信息。1.3 面對的問題1.對MCS-8051單片機的了解和應用。2. 對八段數(shù)碼管的特性的了解和使用。1.4 需解決的關鍵技術課題主要通過控制紅燈的狀態(tài)，通過測試按鈕的狀態(tài)來間接計算人體反應速度。要了解每一段數(shù)碼管與MCS-8051單片機的連接，數(shù)碼管顯示數(shù)字的段碼，各個芯片的輸入輸出關系，單片機內(nèi)部定時器的原理與控制，必須通過查閱資料確定。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 涉及的基礎知識通過學習和查閱資料，本課題需要掌握和了解如下知識：1.MCS-8051單片機各輸入輸。

3、出端口的功能特性。2.MCS-8051單片機復位電路工作原理及設計。3.MCS-8051單片機晶振電路工作原理及設計。4.測試按鈕、測試燈電路設計。5.驅(qū)動器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單片機引腳。8.單片機內(nèi)部定時器原理及使用。9.單片機C語言及程序設計。2.2 MCS-8051單片機簡介隨著超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，在一個集成電路芯片上集成了中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲器RAM、程序存儲器ROM或EPROM、各種I/O接口等，構成了一個計算機，稱為單片機。也就是說，單片機是集成在一塊集成電路芯片上的計算機。單片機以其較高。

4、的性價比、較高的集成度、較高可靠性、較強控制功能以及低電壓、低功耗、偏于攜帶等優(yōu)點收到廣大用戶的青睞。MCS-51系列單片機以其典型的結構和完善的總線專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)，堪稱為一代“名機”，為以后的其他單片機發(fā)展奠定了基礎。MCS-51系列單片機具有品種全、兼容性強、軟硬件資料豐富等特點，因此應用非常廣泛，直到現(xiàn)在MCS-51系列單片機仍為單片機中的主流機型，也是高檔單片機的基礎。8051是MCS-51系列單片機中的代表產(chǎn)品，它內(nèi)部集成了功能強大的中央處理器，包含了硬件乘除法器、21個專用控制寄存器、4KB的程序存儲器、128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器、4。

5、組8位的并行口、兩個16位的可編程定時/ 計數(shù)器、一個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，用戶可十分方便的控制和使用其功能，使得它的應用范圍加大，可以說它可以滿足絕大部分的應用場合。2.3 MCS-8051單片機引腳圖MCS-8051單片機采用40條引腳的雙列直插式封裝，引腳配置如圖21所示。單片機電源引腳接入單片機的工作電源：VCC引腳接+5V電源，VSS引腳接地。單片機時鐘由引腳XTAL1和XTAL2接外部時鐘配置電路組成。單片機復位，當振蕩器運行時，在RST引腳加上兩個機器周期的高電平使單片機復位。MCS-8051單片機具有4個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低8位及數(shù)據(jù)總線分時復用口，可帶8個LSTTL負載。P1口是8位準雙向I/O口，可帶4個LSTTL負載。P2口是8位準雙向I/O口，常作地址總線高8位使用，可驅(qū)動4個LSTTL負載。P3口是8位準雙向I/O口，為雙功能復用口，可驅(qū)動4個LSTTL負載。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)光響應快，亮度強，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、橙等多種顏色的光。圖21 MCS-8051單片機引腳圖2. 機械性能好，體積小，重量輕，價格低廉；能與COMS和TTL電路配合使用；使用壽命長。3. 。

7、工作電壓低，驅(qū)動電流適中。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)動電路提供，因此，使用時要注意數(shù)碼管的驅(qū)動問題。在使用中，為了給發(fā)光二極管加驅(qū)動電壓，他們應有一個公共的引腳，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成陰極公共引腳，使用時公共引腳接地，這樣陽極引腳上加高電平的發(fā)光二極管就導通點亮，而加低電平的則不亮。二、共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連接在一起作為陽極公共引腳，使用時陽極公共引腳接+5V。這樣陰極引腳上加低電平的發(fā)光二極管即可導通點亮，而加高電平的則點不亮。本課題采用SR410561K四位一體。

8、數(shù)碼管，為共陽極接法，位選信號位高電平有效，段碼信號為低電平有效。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態(tài)顯示方式，全部數(shù)碼管共用一套段碼驅(qū)動電路，各位數(shù)碼管的同段引腳短接后再接到對應段碼的驅(qū)動線上。顯示時通過位控制信號采用掃描的方法逐位地循環(huán)點亮各位數(shù)碼管。動態(tài)顯示雖然在任一時刻只有一位數(shù)碼管被點亮，但是由于人眼具有的視覺殘留效應，看起來與全部數(shù)碼管持續(xù)點亮的效果完全一樣。 數(shù)碼管顯示器的動態(tài)顯示需要為各位提供段碼以及相應的位控制，此即通常所說的段控和位控。把數(shù)碼管顯示器段碼表預先存放在存儲器中，使用時通過查表就可以得到段碼。段碼輸出后送到公共。

9、端碼線上，也可稱為段控信號。而通過并行口輸出的相互獨立的位碼則是起選通作用的，也稱位控活掃描信號，用于選擇顯示位。動態(tài)顯示具有硬件簡單，功耗低和顯示靈活性強等優(yōu)點。但動態(tài)顯示增加了驅(qū)動軟件的復雜性，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)碼管采用共陽極接法，單個數(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 定時器2.5.1 定時器工作原理在MCS-8051單片機內(nèi)集成了兩個16位的定時器/計數(shù)器T0和T1，其基本工作原理是加1計數(shù)，即對指定的脈沖信號進行加1操作，直到出現(xiàn)溢出為止。當T0和T1作為定時器使用時，其計數(shù)脈沖信號取自單片機內(nèi)部的時鐘信號，每個機器周期產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖，使計數(shù)器加1。T0和T1分別有兩個8位的計數(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、四個寄存器用來存儲定時或計數(shù)使用的初值，所以也被稱為時間常數(shù)存儲器。特殊功能寄存器TMOD和TCON完成對定時器/計數(shù)器的控制功能。2.5.2 定時器的控制MCS-8051單片機的定時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作為定時器，選擇工作方式為方式1，即為選擇T1為16為定時器。則TMOD的值應設置為00010000B，即TMOD=0x。

12、10。特殊功能寄存器TCON用于用于控制定時器的啟動和停止技術，同時包含了定時器的狀態(tài)，可進行位尋址。格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0本課題中用到的控制位有TI的控制位TR1和TF1，無需中斷控制。TR1為T1運行控制位，若TR1=1，允許T1計數(shù)，若TR1=0，禁止T1計數(shù)。TF1為T1計數(shù)溢出標志值，當T1被允許計數(shù)后，T1從初值開始加1計數(shù)，最高位產(chǎn)生溢出時，TF1由硬件置1，TF1的信息可由軟件查詢。2.5.3 定時器初值的設定本課題中，設置初值使T1的定時周期為1ms。當紅燈熄滅后，定時器開始工作，每1ms定時器產(chǎn)生一次溢出，。

13、使數(shù)碼管要顯示的反應時間以毫秒為單位加1，達到使數(shù)碼管顯示人體反應時間的目的。T1采用工作方式1定時，時鐘頻率采用6MHz，則計數(shù)初值：x=216-6106110-3/12=65536-6000/12=65036化為二進制x=1111111000001100B，則計數(shù)初值應為TH1=0xfe ,TL1=0x0c。第3章 總體方案設計3.1 總體方案數(shù)碼管的顯示電路中采用動態(tài)數(shù)碼管顯示。采用MCS-8051單片機的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個數(shù)碼管，P2.2端口控制第2個數(shù)碼管，P2.1端口。

14、控制第3個數(shù)碼管，P2.0端口控制第4個數(shù)碼管)。各個數(shù)碼管的段碼都是P0端口的輸出，即各個數(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，可采用動態(tài)掃描的方式，即先只讓最低位顯示，經(jīng)過一段延時，再只讓次低位顯示，以此類推。由于視覺暫留，只要延時時間足夠短，就能夠使得數(shù)碼的顯示看起來非常穩(wěn)定清楚。3.2 功能模塊框圖人體反應速度測試儀的功能模塊框圖如圖31所示。硬件電路由MCS-8051單片機、電源電路、測試按鈕和測試燈電路、晶振電路、復位電路、驅(qū)動電路、反相電路以及數(shù)碼管顯示電路組成。電源電路測試按鈕和測試燈電路數(shù)碼管顯示電路MCS8051單片機復位電路驅(qū)動電路反相電路晶振電路圖31 人體反應速度測試儀功能模塊框圖第4章 系統(tǒng)硬件設計4.1 硬件連接圖4.1.1 測試按鈕與測試燈電路MCS-8051單片機的P1.0端口控制一個發(fā)光二極管，即為測試紅燈。發(fā)光二極管加限流電阻接+5V電源，當單片機的P1.0端口輸出低電平時。

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總結

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