毕业设计论文基于单片机的红外计时器教材文档格式.docx
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2.6系统电源的设计15
第三章红外探测计时器软件设计16
3.1主程序设计16
3.2分秒取数程序设计16
3.3延时程序设计17
3.4显示程序设计17
3.5初始化程序设计18
3.6中断程序设计19
3.7程序流程图设计20
第四章设计体会与小结21
参考文献22
附录25
论文摘要
随着当今社会的飞速发展，越来越多红外检测开关类电子产品应用于各种公共场所。
例如，红外人体开关，红外报警，红外测温，红外自动门控制等技术，特别是在一些不适合人为亲自控制或者对测量结果要求的较高的环境下，红外控制技术，有着其独特的特点，因此被广泛应用于各行各业。
本毕业设计是，是在红外探测的基础上，进行时间的计时控制，即红外探测计时器。
红外探测计时器一般应用于比赛场地，例如每年举行的飞思卡尔智能车大赛，和各类长跑等竞速类的比赛，红外探测计时器用于对参赛选手或者车辆的比赛过程进行计时。
基于单片机AT89C51构成的定时器有着直观和计时精确的优点，目前已在各种行业中得到广泛应用。
开关控制总体来说有接触式和非接触式两种，在科技发展的今天，非接触式红外控制得到了广泛的应用。
红外探测分为对射式和发射式两类，对射式的包含红外发射管和红外接收管，发射管发射信号，接收管接收信号，当中间有物体经过时，接收管接收不到红外线，从了输出脉冲，触发计时开关。
反射式的红外线是把发射管和接收管坐在一起，成为一个红外探测头，当探头前有物体出现时，就会把红外发射头发射的红外线反射回来，由红外接收管接收，接收管输出一个脉冲控制计数或者计时。
本设计采用一对红外对管即包括红外发射管和红外接受管作为红外定时器的信号检测头，具有价格低廉，抗干扰性好，结构简单，操作方便等特点。
红外计时器的基本原理是利用红外发光管发射红外线，红外接收管接收此红外线，.当有人或物挡住红外光时，接收管没有接收到红外信号，红外接收管将输出高电平，通过反相器后接入单片机的外部中断INT0进行控制计时，并且使数码管显示数值。
当参赛车辆或者人再次经过红外计时器时，计时器停止计时，显示当前的时间记录，这样就得到要统计的比赛时间。
经实践证明该装置，抗干扰能力强，工作稳定，计时准确。
关键字：
自动计时；
单片机；
数码管；
红外探测；
红外对管；
计时器
第一章红外探测计时器方案的设计与论证
1.1功能要求与技术指标
（1）功能要求
①．配合红外对管，实现的自动计时；
②．具有开机自检功能；
③．具有比较强的抗干扰能力；
④.可以对计时过程实时进行动态的显示；
⑤.使用220V/50Hz交流电源，设置电源开关、电源指示灯和电源保护功能
（2）主要技术指标
①．计时范围在0——99min;
②．计时误差：
≤0.1s
③．6位数码管对计时的过程进行动态的显示。
1.2总体方案的论证
方案一：
利用红外反射式时原理，当发射管发射的红外线遇到障碍，或者探测头前有物体经过时，将红外线反射回来由红外接收管进行接收，从而产生一个高电平脉冲，该脉冲通过放大器进行放大，然后经过电压比较器，转换为低脉冲，该脉冲信号直接接在单片机的外部中断INT0的引脚上，单片机产生中断，内部定时器开始工作，从而进计时。
优点：
采用发射管与接收管在一起的红外探头可以简化红外探测电路的设计，节省了成本和装置的安装空间，同时，产生的信号也比较稳定。
缺点：
当被测物体表面结构较粗糙，能够对红外线进行吸收导致反射回来的红外线强度可能大大降低，或者物体表面斜度比较大，反射的红外线偏离了接收管的接收范围，因此接收管接收不到正常的反射信号，导致计数器不能正常的工作。
方案二：
利用红外对射式的原理，红外发射管和红外接收管相对，由发射管发射红外线信号，接收管接收红外信号，当有物体从中间经过时，红外接收管接收不到红外信号，产生一个低脉冲，直接通入单片机的外部中断INT0引脚，单片机产生，中断中启动计时器开始工作。
电路简单，性能稳定，检测距离远，不受物体表面的环境的影响，抗干扰能力强，响应快等优点。
1.3方案的确定
经过以上两种红外检测原理的对比，红外对射式比红外反射式具有响应快，性能稳定，抗干扰能力的优点，最终选择以红外对射式的红外检测原理作为红外计时器的检测部分，即利用由红外发射管发射红外线，由接收管接收红外信号。
红外发射管有2条线分别电源线和地线，接收管有三条线，分别是电源线和地线和信号线，信号线可直接接在单片机的外部中断的引脚上。
第二章红外探测计时器的硬件设计
2.1系统硬件框图
如图2——1：
系统框图2—1
其工作原理为：
红外发射管和接收管对射放置，红外发射管发射红外光线，接收管接收红外管线，接收管输出高电平，当有有物体从中间经过时，遮挡了红外光线，接收管瞬间接收不到红外光线，由此产生了一个低脉冲，输出低脉冲可以直接连接在单片机的外部中断INT0引脚上，利用下降沿触发方式使单片机响应中断，执行中断计时程序，同时将计时的结果用P0口把数据通过锁存器传递给LED数码管进行显示。
其中的复位电路和振荡电路为单片机正常工作的必备电路。
2.2红外检测电路
红外检测电路采用红外对射式原理，发射管和接收管是分开独立的。
发射管发射红外线，接收管接收红外线，当有物体从中间经过时，遮挡了红外光线，接收管因瞬间接受不到红外光线，产生一个低脉冲。
电路如图2-2所示：
图2-2：
红外探测电路
2.3单片机最小系统
（1）单片机特点：
单片机具有可靠性高、易扩展、控制功能强、性价比高、体积小、功耗低、电压低、易于产品化等优点，被广泛地应用于各种行业。
单片机分为总线型和非总线型两种，如下图为2-4-1为总线型和非总线型的单片机。
图2-3-1
P0口：
P0.0-P0.7依次为第39—32脚，除了可以做普通的双向I/O外，也可以在访问外部存储器时用作低8位的地址线和数据总线。
P1口、P2口、P3口：
都是内部带上拉电阻的准双向口。
P3第二功能各引脚功能定义：
P3.0：
RXD串行口输入
P3.1：
TXD串行口输出
P3.2：
INT0外部中断0输入
P3.3：
INT1外部中断1输入
P3.4：
T0定时器0外部输入
P3.5：
T1定时器1外部输入
P3.6：
WR外部写控制
P3.7：
RD外部读控制
如图2-4-2为单片机的最小系统的电路图：
图2-4-2单片机最小系统
单片机振荡电路为单片机提供时钟脉冲，复位电路是单片机从头执行命令的按钮，复位目的是单片机或系统中的其他部件处于某种确定初始状态，常见的复位电路有上电复位和上电及按钮复位电路。
图2-4-2中的复位电路为上电及按钮复位电路。
2.5显示电路
（1）LED显示器
单片机应用系统中常用的显示器有：
发光二极管LED显示，液晶LCD显示等。
本设计主要应用LED显示器的原理、控制方法以及单片机的接口技术。
常用的LED数码管显示器由7各发光二极管组成，称为7段LED显示器。
LED显示器通过7个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母等。
LED显示器中的发光二极管有两种连接方法：
分别为共阳极接法和共阴极接法，如下图2-5-1为LED显示器外形和LED显示器的接法。
图（a）为显示器外形，图（b）左为共阴极接法，图（b）右为共阳极接法。
图2-5-1
如使用共阳极数码管，控制端输出0表示对应字段亮，输出1表示对应字段暗；
如使用共阴极数码管，数据0表示对应字段暗，数据1表示对应字段亮。
如要显示“0”，共阳极数码管的字形编码应为：
11000000B（即C0H）;
共阴极数码管的字形编码为：
00111111B（3FH）。
如此类推可求得数码管字形编码如表2-5-2列出了0——F对应的字形编码，在程序设计时，表2-5-2作为编码表存在程序存储器中，通过改变表格内容可以显示不同的字符，所以用软件译码字形显得比较灵活。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
共阳
C0H
F9H
A4H
B0H
99H
92H
82H
F8H
80H
90H
88H
83H
C6H
A1H
86H
8EH
共阴
3FH
06H
5BH
4FH
66H
6DH
7DH
07H
7FH
6FH
77H
7CH
39H
5EH
79H
71H
表2-5-2：
LED显示器的断码表
（2）锁存器74HC573
锁存器是一种将数据暂时锁存的数字芯片，因为数码管有8位数据位，一个单片机有P0,P1,P2,P3四组I/O口，最多可以连接四个数码管，但是这样的接法占据了单片机大部分的I/O资源了，为了支持显示更多的LED显示器，同时也为了动态显示，通常利用锁存器将单片机的I/O口分时复用，将不同的数据传递给不同的LED数码管，从而实现LED动态显示。
图2-5-3是锁存器74HC573的引脚分布图，图2-5-4是锁存器74HC573的功能表，即真值表。
图2-5-3：
74HC573引脚分布图
图2-5-4：
74HC573功能表
1号引脚是使能端，表示该脚低电平时锁存器正常工作，当为高电平时，输出端处于高阻状态，所以通常接地，11号引脚是锁存端，控制数据是否更新，当锁存端为高电平时，数据输入端与输出端处于畅通状态，即输入端是什么数据输出端也是什么数据，当锁存端是低电平时，无论输入端的数据怎么变化，输出端始终是锁存器上次锁存的数据，直到锁存端置1，新的数据才能更新至输出端。
D0-D7是数据输入端，Q0-Q7是数据输出口，10脚为地GND，20脚为电源VCC。
利用锁存器的原理可以依次将不同的数据送给不同位的LED显示器，根据人眼所能识别的最快的分辨率，将不同位的数码管依次点亮并延时一定的时间，这样在任意时刻只有一位显示器被点亮，但是人眼具有视觉暂留效应，看起来与全部显示器持续点亮效果完全一样。
为了实现LED显示器的动态扫描，除了要给显示器提供段的输入之外，还要对显示器加位的控制，这就是通常所说的段控和位控，因此，本设计中利用两片锁存器分别去控制段选和位选，就可以实现LED显示器的动态显示。
下图2-5-5为LED显示电路的连接方法：
图2-5-5：
LED显示电路
2.6系统电源的设计
本系统电源采用了集成三端稳压芯片，稳压芯片具有体积小、外围原件少、性能稳定可靠、使用调整方便和价廉。
因此获得了广泛的应用。
集成稳压器的类型有很多，按结构形式分为串联型、并联型和开关型；
按输出电压类型分为固定和可调式，作为小功率的稳压电源以三端式串联型稳压器的应用最为普遍。
三端式是指稳压电路仅有输入、输出、接地三个接线端子，有固定式和调节式两种类型。
此外又分为正或负电压输出类型。
7800系列为三端固定电压输出集成稳压器；
7900系列为三端固定负电压输出集成稳压器，型号的最后两位数表示输出电压的稳定值。
内部还具有启动电路、限
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