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电子秒表方案设计比较研究王文宇

发表时间：2021/4/25 来源：《论证与研究》2021年3期作者：王文宇向俊何泽林舒

[导读] 摘要：随着电子技术的发展，电子技术在各个领域的运用也越来越广泛，人们对它的认识也逐步加深。电子秒表功能设计不断完善，事件涉及上不断精确。电子秒表适用于对时间测量精度要求较高的场合，此次课程设计利用型号为AT89C51的单片机、八段共阴LED数码管等电子元件来实现建议不带存储功能的电子秒表。经改造该电子秒表精确度到0.01s，解决了传统的由于计时精度不够造成的误差和不公平性，是各种体育竞赛的必备设备

                                                      王文宇向俊何泽林舒泓博
                                        （西华大学电气与电子信息学院四川成都 610039）
        摘要：随着电子技术的发展，电子技术在各个领域的运用也越来越广泛，人们对它的认识也逐步加深。电子秒表功能设计不断完善，事件涉及上不断精确。电子秒表适用于对时间测量精度要求较高的场合，此次课程设计利用型号为AT89C51的单片机、八段共阴LED数码管等电子元件来实现建议不带存储功能的电子秒表。经改造该电子秒表精确度到0.01s，解决了传统的由于计时精度不够造成的误差和不公平性，是各种体育竞赛的必备设备之一。
        关键词：电子秒表；方案比较；方案选择
        引言：
        近年来随着科技的快速发展，单片机的应用正在不断的走向深入，同时带动着传统控制检测日新月异的更新。在实时监测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面的知识是不够的，还要根据具体的硬件结构，以及针对具体应用对象的软件结合，加以完善。人们在日常生活中，有很多时候要精确地计算时间，但往往因为人为因素造成人们不愿意看到的的误差，本设计利用AT89C51单片机的定时器/计数器定时和计数原理，使其能精确计时。
        一、设计背景
        二十一世纪，单片机的广泛应用，逐渐成为当代技术的发展方向，如今电子秒表的精度提高，使它的运用越来越广泛，它解决了传统的由于计时精度不够造成的误差和不公平性，是各种体育竞赛的必备设备之一。
        二、设计目标
        设计单片机电子秒表计时器，使其精度达到0.01s，在运用三个按钮分别完成开始、暂停、清零的功能。
        三、实施计划
        通过进行对AT89C51单片机的编程来实现控制多个中断系统，并将其多个中断系统所对应的I/O口与所控制的I/O口向关联，并且通过按键所执行对7SEG-MPX6-CA六位八段LED数码管对数字进行的控制与其正常显示。
        四、必备条件
        在对于Proteus的仿真之中，对于电子秒表的计数因电脑处理器所产生的时间误差和其仿真过程中所导致的时钟周期不准确，于是在其电路的仿真中，LED数码管的显示时间有可能较慢于正常测试时间。而在真正的对代码的编写中，其时钟周期的计算也会引起其显示的延迟性。
        五、总体方案设计
        通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这两种种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。
       （一）方案比较
        我们这次设计了两个方案，方案一，方案二如下图。
        1、方案一
        方案一原理框图如图1所示。

图1 方案一的原理框图

        方案一：该设计主要由晶振电路，电源以及复位按键，单片机AT89C51，LED数码管显示电路，开始按键以及暂停按键组成。晶振主要为电路提供必须的时钟脉冲，复位按键有单片机程序提供复位功能，显示电路由7SEG-MPX6-CA六位八段LED数码管对数字进行的控制与其正常显示。整个电路由单片机中c程序源代码控制，从而完成电子秒表计时功能。
        2、方案二
        方案二原理框图如图所示。

图2方案二的原理框图

        方案二：方案二是以AT89C51单片机为整体来控制整个电子秒表系统。该系统主要分为４个模块，其中LED提示电路是通过译码器来实现二进制的转换，相较于直接使用c程序源代码更为复杂。在电路中使用三个按键电路模块，分别来启动、暂停电子秒表、复位电子秒表，复位的秒表优先级大于启动和暂停秒表的优先级，从而实现的对于秒表的控制，最后利用一个计时显示电路对秒表进行显示功能；而在总体上，该方案的优点是利用软件编程的方法通过AT89C52直接达到了设计的要求，使用的元器件少，成本低同时电路简单，总体设计方法简单。
       （二）方案论证
         两种方案都可以执行。但在方案一中，所采用的是通过单片机C语言程序对电子秒表进行显示控制，并且运用了晶体振荡器对时钟频率进行了控制；而在方案二中，采用的是译码器进行进制的转换从而进行LED数码管的显示，通过对单片机的编程来对单片机的时钟周期进行控制，从而简化了电路，但在编程中则需要更多的编写与设计。
       （三）方案选择
         基于能够完整的组成电路，以及完整的完成电路要求，我选择方案一，更全面功能更齐全，相较于方案二，方案一更为完整，更为简便，不会出现乱码等情况，在实现电路设计功能的基础上，用材更少，更为节约，大部分工作都用在写入程序中，出现问题也能根据代码的逻辑性进行修改。基于上述描述，我选择方案一。
         结束语：
        本次设计基本达到了设计的基本要求，利用单片机实现精度为0.01s的计时电路，利用外部中断三个按键来分别实现，开始，暂停，复位三种功能，美中不足的是，当鼠标在仿真软件中移动时，显示器的计数会出现卡顿。可能是外部干扰的原因。本次设计在显示中采用了六位八段共阳极LED数码管对电子秒表进行显示，并且将其计时功能准确到毫秒位，并且最大能够计时六十分钟，六十分钟过后，数码管自动复位。
        参考文献：
        [1]陈永甫.红外探测与控制电路.北京，2006
        [2]康华光.电子技术基础.第五版
        [3]谢字美.电子线路设计实验测试（第二版）.华中科技大学出版社，2000.7
        [4]杨帮文.使用电子小制作精选.北京.人民邮电出版社，2006
        [5]吴志远.电子技术与软件工程.2019年第5期
        [6]谢维成、杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计（第四版）[M].清华大学出版社，2019.10
        作者简介：王文宇（2001-），男，汉，四川省成都市，本科，研究方向：信息工程；向俊（1999-），男，汉，四川省绵阳市，本科，研究方向：信息工程；何泽林（2000-），男，汉，四川省南充市，本科，研究方向：信息工程；舒泓博（1999-），男，汉，四川省自贡市，本科，研究方向：信息工程。