51单片机的智能计时器的设计与实现
目 录
1.绪论 1
1.1课题研究背景与意义 1
1.2课题研究的目标 1
1.3课题研究方法和思路 2
1.4论文章节安排 2
2.系统硬件设计 3
2.1 12C5A60S2单片机最小系统 3
2.3 USB转串口的应用 4
2.4 红外接近传感器的应用 5
2.5无线射频遥控电路的设计 6
2.6 LED点阵显示电路设计 8
2.6.1LED电子显示屏原理 8
2.6.2 LED点阵屏的列驱动 9
2.6.3 LED点阵屏接口电路设计 10
3.电子计时器的软件设计 11
3.1系统的总程序设计 11
3.2计时时间获取的设计 11
3.2.1定时器时间的计算 11
3.2.2定时器工作时间的获取 12
3.3无线遥控功能的程序设计 13
3.4LED点阵显示的程序设计 15
4.系统调试 16
4.1车体检测模块调试 16
4.2无线射频遥控模块调试 17
4.3LED点阵屏显示模块调试 17
4.4调试环境 18
4.4.1软件调试环境 18
4.4.2调试下载软件 18
4.5系统的整体调试 19
5.总结与展望 20
5.1总结 20
5.2展望 20
参考文献 22
附录 23
附录一 硬件电路原理图 23
附录二 C语言程序 24
致谢 28
1.绪论
1.1课题研究背景与意义
本课题是以智能车竞速比赛为背景的，现如今飞思卡尔智能竞赛是当代大学生锻炼的一种途径与平台，让大学生有了足够的发挥空间和动力，通过各种各样的比赛让大学生和同龄人之间有所较量，同时这种较量使大学生能更好的去学习和创造。激励本科大学生去从事科学研究与探索创新的兴趣和潜能，同时倡导理论联系实际、立本求真，日新致远的学风以及团
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
队协作的精神，为优秀的人才脱颖而出创造条件。
而一切的前提基础是计时的公平公正，只有确保比赛计时的公平公正才能保证比赛健康有序的进行，由于飞思卡尔智能车在比赛中速度非常快，人为地记录比赛时间会产生误差，导致不能精确地获得比赛成绩。因此，智能计时器就可以实现这个功能精确的显示比赛结果，由此产生了基于51单片机的智能计时器的设计与实现这个课题，该课题的研究成果不仅可以应用到飞思卡尔智能车竞速比赛中同时还可以应用到各种计时的智能竞赛中，利用智能计时器对智能车的自动计时，在很大程度上节省人力、物力、财力，同时提高比赛的效率，确保了比赛公开、公平、公正，对比赛的成功举办有很大的意义，能够帮助比赛不断地向前发展。
当然在社会电子产业迅速发展的现今，能够实现计时的方法也越来越多样化。可以用可编程逻辑器件设计，也可以用微控制器设计。自从上世纪80年代开始自从单片机引入我国以来，单片机被广泛的应用到几乎各行各业中推动了人类社会的进步和科技的发展。通过本课题对电子智能计时器的不断设计与实践，希望可以得到更广泛的应用。
1.2课题研究的目标
本课题的主要任务是设计一个智能计时器系统，可以适用各种智能车竞速比赛。该系统主要利用51单片机最小系统、USB转串口模块、无线射频遥控模块、LED点阵屏显示系统和E18D80NK红外接近传感器。
该计时系统主要具有以下4个功能：
1.自动计时功能。在赛道起跑线位置设有一个E18D80NK红外接近传感器，当有智能车经过起跑线位置时会触发红外接近传感器，此时红外接近传感器会产生一点低电平信号，触发51单片机外部中断1，同时启动定时器1，计时开始。当小车跑完一圈再次经过起跑线位置时，触发外部中断1停止计时；
2.LED点阵屏显示功能。为能够达到及时、清晰的显示数据效果，本系统采用32*64LED大点阵屏来显示比赛成绩，此时便于观赛人员远距离观看比赛成绩；
3.无线射频遥控功能。在比赛中，为了使裁判员能够及时准确有效的操作计时器，计时器所采用无线射频遥控装置，这样就避免了裁判员来回跑动，使比赛大大提高了效率，节约大量人力、物力、财力。
4.USB转串口功能。采用这个模块是实现供电和下载同时进行的功能，可以避免外接线太多导致短路的危险，使计时器简便实用。
1.3课题研究方法和思路
本课题设计的计时功能由该系统的计时模块组成。该系统的计时功能是由12C5A60S2单片机最小系统、USB转串口、无线射频遥控、LED点阵屏和E18D80NK红外接近传感器等组成的硬件电路，主要可以分为单片机最小系统、USB转串口模块、LED点阵模块、无线射频遥控模块和传感器模块。
（1）单片机的最小系统是整个计时模块的控制和核心；
（2）传感器模块是检测赛车是否经过，控制计时的开始和停止；
（3）无线射频遥控模块实现的功能是将LED点阵屏上的数据复位清零；
（4）LED点阵模块的功能是实时的显示计时时间；
（5）USB转串口模块是实现供电和下载同时进行的功能；
1.4论文章节安排
第一章：绪论，主要介绍了飞思卡尔智能车在竞速比赛中智能计时器的研究背景、意义，然后阐述本课题研究的主要内容，包括课题研究的目标、方法和思路。
第二章：智能计时器的硬件设计，主要介绍了计时系统相关硬件电路的设计，并结合各个功能模块的原理图进行分析。
第三章：电子计时器的软件设计，主要介绍了计时器各个模块的程序设计，电子计时器的软件设计按功能模块给出流程图进行分析和阐述。
第四章：系统调试，简要分析该计时系统一些主要模块的具体调试过程，附上调试的图片。
第五章：总结与展望，主要是对本课题的研究和研究中遇到的问题进行总结，并提出存在的不足之处和今后改进的方向。
2．系统硬件设计
如图21所示是硬件电路设计的核心主要包括51单片机、红外接近传感器、32*64LED点阵屏、无线射频遥控装置和USB转串口模块。该设计的主要思路是小车两次经过红外接近传感器以此来完成一次计时的，当小车第一次触发外部中断1时打开定时器1开始计时，与此同时32*64LED点阵屏刷新显示比赛所用时间数据。当小车再次经过时，触发外部中断1以及关闭计时器1，此时显示的数据即为小车最终所跑的时间。当需要清零时按下无线射频遥控装置按钮触发外部中断0使数据刷新清零。
1.绪论 1
1.1课题研究背景与意义 1
1.2课题研究的目标 1
1.3课题研究方法和思路 2
1.4论文章节安排 2
2.系统硬件设计 3
2.1 12C5A60S2单片机最小系统 3
2.3 USB转串口的应用 4
2.4 红外接近传感器的应用 5
2.5无线射频遥控电路的设计 6
2.6 LED点阵显示电路设计 8
2.6.1LED电子显示屏原理 8
2.6.2 LED点阵屏的列驱动 9
2.6.3 LED点阵屏接口电路设计 10
3.电子计时器的软件设计 11
3.1系统的总程序设计 11
3.2计时时间获取的设计 11
3.2.1定时器时间的计算 11
3.2.2定时器工作时间的获取 12
3.3无线遥控功能的程序设计 13
3.4LED点阵显示的程序设计 15
4.系统调试 16
4.1车体检测模块调试 16
4.2无线射频遥控模块调试 17
4.3LED点阵屏显示模块调试 17
4.4调试环境 18
4.4.1软件调试环境 18
4.4.2调试下载软件 18
4.5系统的整体调试 19
5.总结与展望 20
5.1总结 20
5.2展望 20
参考文献 22
附录 23
附录一 硬件电路原理图 23
附录二 C语言程序 24
致谢 28
1.绪论
1.1课题研究背景与意义
本课题是以智能车竞速比赛为背景的，现如今飞思卡尔智能竞赛是当代大学生锻炼的一种途径与平台，让大学生有了足够的发挥空间和动力，通过各种各样的比赛让大学生和同龄人之间有所较量，同时这种较量使大学生能更好的去学习和创造。激励本科大学生去从事科学研究与探索创新的兴趣和潜能，同时倡导理论联系实际、立本求真，日新致远的学风以及团
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
队协作的精神，为优秀的人才脱颖而出创造条件。
而一切的前提基础是计时的公平公正，只有确保比赛计时的公平公正才能保证比赛健康有序的进行，由于飞思卡尔智能车在比赛中速度非常快，人为地记录比赛时间会产生误差，导致不能精确地获得比赛成绩。因此，智能计时器就可以实现这个功能精确的显示比赛结果，由此产生了基于51单片机的智能计时器的设计与实现这个课题，该课题的研究成果不仅可以应用到飞思卡尔智能车竞速比赛中同时还可以应用到各种计时的智能竞赛中，利用智能计时器对智能车的自动计时，在很大程度上节省人力、物力、财力，同时提高比赛的效率，确保了比赛公开、公平、公正，对比赛的成功举办有很大的意义，能够帮助比赛不断地向前发展。
当然在社会电子产业迅速发展的现今，能够实现计时的方法也越来越多样化。可以用可编程逻辑器件设计，也可以用微控制器设计。自从上世纪80年代开始自从单片机引入我国以来，单片机被广泛的应用到几乎各行各业中推动了人类社会的进步和科技的发展。通过本课题对电子智能计时器的不断设计与实践，希望可以得到更广泛的应用。
1.2课题研究的目标
本课题的主要任务是设计一个智能计时器系统，可以适用各种智能车竞速比赛。该系统主要利用51单片机最小系统、USB转串口模块、无线射频遥控模块、LED点阵屏显示系统和E18D80NK红外接近传感器。
该计时系统主要具有以下4个功能：
1.自动计时功能。在赛道起跑线位置设有一个E18D80NK红外接近传感器，当有智能车经过起跑线位置时会触发红外接近传感器，此时红外接近传感器会产生一点低电平信号，触发51单片机外部中断1，同时启动定时器1，计时开始。当小车跑完一圈再次经过起跑线位置时，触发外部中断1停止计时；
2.LED点阵屏显示功能。为能够达到及时、清晰的显示数据效果，本系统采用32*64LED大点阵屏来显示比赛成绩，此时便于观赛人员远距离观看比赛成绩；
3.无线射频遥控功能。在比赛中，为了使裁判员能够及时准确有效的操作计时器，计时器所采用无线射频遥控装置，这样就避免了裁判员来回跑动，使比赛大大提高了效率，节约大量人力、物力、财力。
4.USB转串口功能。采用这个模块是实现供电和下载同时进行的功能，可以避免外接线太多导致短路的危险，使计时器简便实用。
1.3课题研究方法和思路
本课题设计的计时功能由该系统的计时模块组成。该系统的计时功能是由12C5A60S2单片机最小系统、USB转串口、无线射频遥控、LED点阵屏和E18D80NK红外接近传感器等组成的硬件电路，主要可以分为单片机最小系统、USB转串口模块、LED点阵模块、无线射频遥控模块和传感器模块。
（1）单片机的最小系统是整个计时模块的控制和核心；
（2）传感器模块是检测赛车是否经过，控制计时的开始和停止；
（3）无线射频遥控模块实现的功能是将LED点阵屏上的数据复位清零；
（4）LED点阵模块的功能是实时的显示计时时间；
（5）USB转串口模块是实现供电和下载同时进行的功能；
1.4论文章节安排
第一章：绪论，主要介绍了飞思卡尔智能车在竞速比赛中智能计时器的研究背景、意义，然后阐述本课题研究的主要内容，包括课题研究的目标、方法和思路。
第二章：智能计时器的硬件设计，主要介绍了计时系统相关硬件电路的设计，并结合各个功能模块的原理图进行分析。
第三章：电子计时器的软件设计，主要介绍了计时器各个模块的程序设计，电子计时器的软件设计按功能模块给出流程图进行分析和阐述。
第四章：系统调试，简要分析该计时系统一些主要模块的具体调试过程，附上调试的图片。
第五章：总结与展望，主要是对本课题的研究和研究中遇到的问题进行总结，并提出存在的不足之处和今后改进的方向。
2．系统硬件设计
如图21所示是硬件电路设计的核心主要包括51单片机、红外接近传感器、32*64LED点阵屏、无线射频遥控装置和USB转串口模块。该设计的主要思路是小车两次经过红外接近传感器以此来完成一次计时的，当小车第一次触发外部中断1时打开定时器1开始计时，与此同时32*64LED点阵屏刷新显示比赛所用时间数据。当小车再次经过时，触发外部中断1以及关闭计时器1，此时显示的数据即为小车最终所跑的时间。当需要清零时按下无线射频遥控装置按钮触发外部中断0使数据刷新清零。
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