毕业设计基于单片机人体反应速度测试仪
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沈阳工学院
毕业设计报告
题目：基于单片机源自文库体反应速度测试仪
院系：信息与控制学院（黑三）
专业：通信工程（黑三）
班级学号：093041 07（黑三）
学生姓名：张三（黑三）
指导教师：（黑三）
成绩：
2014年06月25日
摘要
本文是基于单片机人体反应速度测试描述，通过单片机测试人的反应速度。在本设计中以AT89S52单片机为核心的人体反应速度测试仪，主要通过控制测试灯的状态，在测试按键的状态来间接计算人体反应速度。正常情况下系统运行主程序一直处于空闲等待状态，知道测试者按下按键后，LED测试灯立即点亮。AT89S52单片机在LED测试灯亮的同时开始计算一个随机时间，在一段随机时间结束后，AT89S52单片机把LED测试灯熄灭，并开始计时灯灭与测试者放开按键的时间差，此计时时间用于纪录被测试者的反应时间，并以毫秒为时间单位在4位数码管上显示。如果在LED测试灯灭之前提前放开测试按键，则显示9999作为出错信息。
设计中采用AT89S52单片机，其以高性能低价格的优势成为全球使用范围最广泛的单片机之一；显示部分采用LED数码管的显示方式，本套系统在不影响其测试性能的情况下，大大的节省了设计成本，是性价比较高的一款人体反应测试议。和其他测试仪相比具有明显的价格竞争优势；同时，本设计作品的使用方法简单，只需按下按键即可完成测试，方便测试人员的测试使用。
图1.3数码管的内部示意图
1.2.2
1.单片机系统电路设计
单片机系统的设计主要包括单片机的电源设计、单片机时钟电路设计、单片机复位电路设计等。时钟电路中采用11.0592MHz的晶振作为系统时钟，单片机复位电路采用上电自动复位和按键手动复位两种方式，在51单片机中单片机的复位都是采用高电平复位方式。单片机最小系统图如图1.4所示。
关键词：单片机；反应速度；AT89S52；LED；数码管
Abstract
This article is based on single chip microcomputer human reaction speed tests described, through the single chip microcomputer test response speed. AT89S52 MCU as the core in the design of the human body reaction velocity tester, mainly by controlling the state of the test lamp, in the state of the test button to indirect calculation of human body reaction speed. System normal operation of the main program has been idle waiting state, know the tester after press the button, the LED test lamp light up immediately. AT89S52 single chip microcomputer in LED to test the lights at the same time began to calculate a random time, at the end of a random time, AT89S52 single chip microcomputer test the LED lights, and start timing lights and testers release button lag, this timer is used to record the subject's reaction time, and in milliseconds as the unit of time in the four digital tube display. If the LED test before the lights went out early release test button, 9999 as the error message is displayed.
Design USES AT89S52 single chip microcomputer, its to high performance low price advantage to become one of the world scope the most widely used microcontroller; Display part adopts LED digital tube display, this set of system in the case of does not affect the test performance, greatly save thedesign cost, is the high cost performance of a human reaction test. Compared with other tester has obvious price competitive advantage; At the same time, the use of this design method is simple, just press the button to complete the test, the conveniencefor the tester's test.
LED显示器的动态显示需要为各位提供段码以及相应的位控制，此即通常所说的段控和位控。把LED显示器段码表预先存放在存储器中，使用时通过查表就可以得到段码。段码输出后送到公共端码线上，也可称为段控信号。而通过并行口输出的相互独立的位码则是起选通作用的，也称位控活扫描信号，用于选择显示位。
动态显示具有硬件简单，功耗低和显示灵活性强等优点，但动态显示增加了驱动软件的复杂性，且显示亮度较低。
在使用中，为了给发光二极管加驱动电压，他们应有一个公共的引脚，公共的引脚有如下两种链接方法：一、共阴极接法。把发光二极管的阴极连接在一起构成阴极公共引脚，使用时公共引脚接地，这样阳极引脚上加高电平的发光二极管就导通点亮，而加低电平的则不亮。二、共阳极接法。把发光二极管的阳极连接在一起作为阳极公共引脚，使用时阳极公共引脚接+5V。这样阴极引脚上加低电平的发光二极管即可导通点亮，二加高电平的则点不亮。
图1.2 AT89S52单片机引脚图
1.1.2LED发光二极管的特性
(1)发光响应快，亮度强，高频特性好；而且随着材料的不同，数码管还能发出红、黄、绿、蓝、橙等多种颜色的光。
(2)机械性能好，体积小，重量轻，价格低廉；能与COMS和TTL电路配合使用；使用寿命长。
(3)工作电压低，驱动电流适中。每段电流为5~10mA，一只数码管的7段LED全亮需要电流35~70mA。这样打的电流需要由驱动电路提供，因此，使用时要注意数码管的驱动问题。
1.2.1
硬件总体连接，用一只发光二极管模拟测试灯，以AT89S52单片机的P1.0端口控制这只发光二极管、发光二极管加限流电阻+5V电源，P1.0端口输出低电平时，测试灯亮，输出高电平时，测试灯灭。P1.1端口接测试按键，P0端口控制LED数码管的七段数码显示，P2.0~P2.3控制4位数码管的选位。
1.1.3 LED数码管显示器显示原理
并排使用的多位数码管成为LED显示器。LED显示器多采用动态显示方式，全部数码管共用一套段码驱动电路，各位数码管的同段引脚短接后再接到对应段码的驱动线上。显示时通过位控制信号采用扫描的方法逐位地循环点亮各位数码管。动态显示虽然在任一时刻只有一位数码管被点亮，但是由于人眼具有的视觉残留效应，看起来与全部数码管持续点亮的效果完全一样。
与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。单片机引脚图如图1.2所示。
1.2
LED数码管的显示电路中采用动态数码管显示，在其中P0端口控制段码，低电平有效，P2.0~P2.3端口控制位码，高电平有效。P2.3端口控制第1个数码管，P2.2端口控制第2个数码管，P2.1端口控制第3个数码管，P2.0端口控制第4个数码管。
各个数码管的段码都是P0端口的输出，即各个数码管输入的段码都是一样的，为了使其分别显示不同的数字，可采用动态扫描的方式，即先只让最低位显示0，经过一段延时，再只让次低位显示1，以此类推。由于视觉暂留，只要延时时间足够短，就能够使得数码的显示看起来非常稳定清楚。
图1.1单片机引脚图
1.1硬件结构设计
1.1.1 AT89S52单片机的介绍
单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器、计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8位微控制器8K字节在系统可编程Flash AT89S52。
图1.4单片机最小系统图
2.按键和指示灯设计
本设计的方案是通过人体去按下按键，由人体按下与松开按键的时间开判断人体反应速度的，所以设计中必须设计按键电路，为了操作者操作更明了，设计中增加了一个LED发光二极管作为按键指示。设计电路如图1.5所示。
本项目中的店铺单片机采用目前使用最广泛、成本最低廉的AT89S52，其性能在本设计中完全足够。
为了焊接上的方便，本设计中的LED数码管显示器采用四位共阳数码管。数码管的共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点），如下图所示。图中的8个LED分别与上面那个图中的A~DP各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。数码管的内部示意图如图1.3所示。
Keywords:Single chip microcomputer; Reaction Speed;AT89S52;LED; Digital tube
3.1软件测试8
1
本项目以AT89S52单片机为核心，实现对人体反应速度的测试，主要控制测试灯的状态，通过测试按键的状态来间接计算人体反应速度。正常情况下系统一直处于空闲等待状态，直到测试者按下按键后，LED测试灯立即点亮。AT89S52单片机在LED测试灯亮的同时开始计算一个随机时间，在一段随机时间结束后，AT89S52单片机把LED测试灯熄灭，并开始计时灯灭与测试者放开按键的时间差，此计时时间用于纪录被测试者的反应时间，并以毫秒为时间单位在4位数码管上显示。如果在LED测试灯灭之前提前放开测试按键，则显示9999作为出错信息。整体系统框图如图1.1所示。
毕业设计报告
题目：基于单片机源自文库体反应速度测试仪
院系：信息与控制学院（黑三）
专业：通信工程（黑三）
班级学号：093041 07（黑三）
学生姓名：张三（黑三）
指导教师：（黑三）
成绩：
2014年06月25日
摘要
本文是基于单片机人体反应速度测试描述，通过单片机测试人的反应速度。在本设计中以AT89S52单片机为核心的人体反应速度测试仪，主要通过控制测试灯的状态，在测试按键的状态来间接计算人体反应速度。正常情况下系统运行主程序一直处于空闲等待状态，知道测试者按下按键后，LED测试灯立即点亮。AT89S52单片机在LED测试灯亮的同时开始计算一个随机时间，在一段随机时间结束后，AT89S52单片机把LED测试灯熄灭，并开始计时灯灭与测试者放开按键的时间差，此计时时间用于纪录被测试者的反应时间，并以毫秒为时间单位在4位数码管上显示。如果在LED测试灯灭之前提前放开测试按键，则显示9999作为出错信息。
设计中采用AT89S52单片机，其以高性能低价格的优势成为全球使用范围最广泛的单片机之一；显示部分采用LED数码管的显示方式，本套系统在不影响其测试性能的情况下，大大的节省了设计成本，是性价比较高的一款人体反应测试议。和其他测试仪相比具有明显的价格竞争优势；同时，本设计作品的使用方法简单，只需按下按键即可完成测试，方便测试人员的测试使用。
图1.3数码管的内部示意图
1.2.2
1.单片机系统电路设计
单片机系统的设计主要包括单片机的电源设计、单片机时钟电路设计、单片机复位电路设计等。时钟电路中采用11.0592MHz的晶振作为系统时钟，单片机复位电路采用上电自动复位和按键手动复位两种方式，在51单片机中单片机的复位都是采用高电平复位方式。单片机最小系统图如图1.4所示。
关键词：单片机；反应速度；AT89S52；LED；数码管
Abstract
This article is based on single chip microcomputer human reaction speed tests described, through the single chip microcomputer test response speed. AT89S52 MCU as the core in the design of the human body reaction velocity tester, mainly by controlling the state of the test lamp, in the state of the test button to indirect calculation of human body reaction speed. System normal operation of the main program has been idle waiting state, know the tester after press the button, the LED test lamp light up immediately. AT89S52 single chip microcomputer in LED to test the lights at the same time began to calculate a random time, at the end of a random time, AT89S52 single chip microcomputer test the LED lights, and start timing lights and testers release button lag, this timer is used to record the subject's reaction time, and in milliseconds as the unit of time in the four digital tube display. If the LED test before the lights went out early release test button, 9999 as the error message is displayed.
Design USES AT89S52 single chip microcomputer, its to high performance low price advantage to become one of the world scope the most widely used microcontroller; Display part adopts LED digital tube display, this set of system in the case of does not affect the test performance, greatly save thedesign cost, is the high cost performance of a human reaction test. Compared with other tester has obvious price competitive advantage; At the same time, the use of this design method is simple, just press the button to complete the test, the conveniencefor the tester's test.
LED显示器的动态显示需要为各位提供段码以及相应的位控制，此即通常所说的段控和位控。把LED显示器段码表预先存放在存储器中，使用时通过查表就可以得到段码。段码输出后送到公共端码线上，也可称为段控信号。而通过并行口输出的相互独立的位码则是起选通作用的，也称位控活扫描信号，用于选择显示位。
动态显示具有硬件简单，功耗低和显示灵活性强等优点，但动态显示增加了驱动软件的复杂性，且显示亮度较低。
在使用中，为了给发光二极管加驱动电压，他们应有一个公共的引脚，公共的引脚有如下两种链接方法：一、共阴极接法。把发光二极管的阴极连接在一起构成阴极公共引脚，使用时公共引脚接地，这样阳极引脚上加高电平的发光二极管就导通点亮，而加低电平的则不亮。二、共阳极接法。把发光二极管的阳极连接在一起作为阳极公共引脚，使用时阳极公共引脚接+5V。这样阴极引脚上加低电平的发光二极管即可导通点亮，二加高电平的则点不亮。
图1.2 AT89S52单片机引脚图
1.1.2LED发光二极管的特性
(1)发光响应快，亮度强，高频特性好；而且随着材料的不同，数码管还能发出红、黄、绿、蓝、橙等多种颜色的光。
(2)机械性能好，体积小，重量轻，价格低廉；能与COMS和TTL电路配合使用；使用寿命长。
(3)工作电压低，驱动电流适中。每段电流为5~10mA，一只数码管的7段LED全亮需要电流35~70mA。这样打的电流需要由驱动电路提供，因此，使用时要注意数码管的驱动问题。
1.2.1
硬件总体连接，用一只发光二极管模拟测试灯，以AT89S52单片机的P1.0端口控制这只发光二极管、发光二极管加限流电阻+5V电源，P1.0端口输出低电平时，测试灯亮，输出高电平时，测试灯灭。P1.1端口接测试按键，P0端口控制LED数码管的七段数码显示，P2.0~P2.3控制4位数码管的选位。
1.1.3 LED数码管显示器显示原理
并排使用的多位数码管成为LED显示器。LED显示器多采用动态显示方式，全部数码管共用一套段码驱动电路，各位数码管的同段引脚短接后再接到对应段码的驱动线上。显示时通过位控制信号采用扫描的方法逐位地循环点亮各位数码管。动态显示虽然在任一时刻只有一位数码管被点亮，但是由于人眼具有的视觉残留效应，看起来与全部数码管持续点亮的效果完全一样。
与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。单片机引脚图如图1.2所示。
1.2
LED数码管的显示电路中采用动态数码管显示，在其中P0端口控制段码，低电平有效，P2.0~P2.3端口控制位码，高电平有效。P2.3端口控制第1个数码管，P2.2端口控制第2个数码管，P2.1端口控制第3个数码管，P2.0端口控制第4个数码管。
各个数码管的段码都是P0端口的输出，即各个数码管输入的段码都是一样的，为了使其分别显示不同的数字，可采用动态扫描的方式，即先只让最低位显示0，经过一段延时，再只让次低位显示1，以此类推。由于视觉暂留，只要延时时间足够短，就能够使得数码的显示看起来非常稳定清楚。
图1.1单片机引脚图
1.1硬件结构设计
1.1.1 AT89S52单片机的介绍
单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器、计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8位微控制器8K字节在系统可编程Flash AT89S52。
图1.4单片机最小系统图
2.按键和指示灯设计
本设计的方案是通过人体去按下按键，由人体按下与松开按键的时间开判断人体反应速度的，所以设计中必须设计按键电路，为了操作者操作更明了，设计中增加了一个LED发光二极管作为按键指示。设计电路如图1.5所示。
本项目中的店铺单片机采用目前使用最广泛、成本最低廉的AT89S52，其性能在本设计中完全足够。
为了焊接上的方便，本设计中的LED数码管显示器采用四位共阳数码管。数码管的共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点），如下图所示。图中的8个LED分别与上面那个图中的A~DP各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。数码管的内部示意图如图1.3所示。
Keywords:Single chip microcomputer; Reaction Speed;AT89S52;LED; Digital tube
3.1软件测试8
1
本项目以AT89S52单片机为核心，实现对人体反应速度的测试，主要控制测试灯的状态，通过测试按键的状态来间接计算人体反应速度。正常情况下系统一直处于空闲等待状态，直到测试者按下按键后，LED测试灯立即点亮。AT89S52单片机在LED测试灯亮的同时开始计算一个随机时间，在一段随机时间结束后，AT89S52单片机把LED测试灯熄灭，并开始计时灯灭与测试者放开按键的时间差，此计时时间用于纪录被测试者的反应时间，并以毫秒为时间单位在4位数码管上显示。如果在LED测试灯灭之前提前放开测试按键，则显示9999作为出错信息。整体系统框图如图1.1所示。