自動跳繩計數(shù)器VIP

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 自動跳繩計數(shù)器 個 學(xué)生姓名 胡方偉 個 專 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) 個 學(xué) 號 200931057 發(fā)給 指導(dǎo)教師 陳慧麗 飛 鄭州科技學(xué)院電氣工程學(xué)院二一三年五月摘要摘 要隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)以其性能好，體積小，價格優(yōu)，功能齊全等突出優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用與家用電器，計算機(jī)外設(shè)，通訊，工業(yè)控制，自動化生產(chǎn)，智能化設(shè)備以及儀器儀表，家用電器等領(lǐng)域，成為科研，科學(xué)，工業(yè)技術(shù)改造最得力的工具。隨著技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)在集成度，功能，性能，體制結(jié)構(gòu)方面都有了飛速發(fā)展，已能集成一個完整的功能強(qiáng)大，性能優(yōu)良的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。本文介紹的是一種基于STC12C5A60S2單片機(jī)的

2、跳繩計數(shù)器的設(shè)計，闡述了跳繩計數(shù)器的設(shè)計思路，詳細(xì)敘述了系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計的具體實(shí)現(xiàn)過程。論文中重點(diǎn)闡述了計數(shù)顯示模塊，傳感器模塊，單片機(jī)控制模塊的設(shè)計思路。其中的計數(shù)模塊，計算消耗的卡路里模塊都是通過編程實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)跳繩計數(shù)，計算消耗的卡路里，具備復(fù)位等功能。本次設(shè)計主要采用三軸加速的傳感器將感應(yīng)MMA7260的信號送入單片機(jī)中進(jìn)行處理，完成計數(shù)功能。跳繩次數(shù)和消耗的卡路里通過單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換，并用LCD1602顯示。 向RST引腳施加一定寬度的復(fù)位脈沖來實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。關(guān)鍵字：STC12C5A60S2單片機(jī) MMA7260傳感器 LCD1602顯示器IIABSTRACTABSTRAC

3、TWith the rapid development of microelectronic technology, microcontroller with its good performance, small size, excellent prices, complete functions and advantages are widely used in household appliances, computer peripherals, communications, industrial control, automation, intelligent equipment a

4、nd instrumentation, field, household electrical appliances such as scientific research, scientific, technological transformation of industrial the tool. With the development of technology, single-chip microcomputer in the integration, function, performance, system structure has made rapid developmen

5、t, has been able to integrate a complete powerful, excellent computer application system performance.This paper introduces a design of rope-skipping counter based on STC12C5A60S2 single chip microcomputer, describes the design idea of counter for rope skipping, described in detail the realization pr

6、ocess of system hardware, software design. The paper focuses on the counting display module, sensor module, MCU control module design. Counting module, calorie counting module consumption are realized by programming. The system can realize the skip count, calculate calories consumed, with reset func

7、tion.This design mainly uses the sensor three axis acceleration induction signal into the microcontroller treatment, complete the count function. Skip frequency and calories consumed by singlechip A/D conversion, LCD1602 display. The reset pulse is applied to the RST pin of a certain width to achiev

8、e the reset function.Keywords: STC12C5A60S2 MCU MMA7260 sensor LCD1602 display目錄目錄摘 要IABSTRACTII1引言11.1 背景11.2 意義12整體設(shè)計方案22.1基本要求22.2 設(shè)計思路和方案的確定23 硬件電路設(shè)計43.1檢測模塊53.1.1MMA7260傳感器功能53.1.2 結(jié)構(gòu)與原理53.1.3 典型應(yīng)用63.1.4 MMA7260 轉(zhuǎn)接板引腳使用說明63.2 STC12C5A60S2單片機(jī)的控制模塊83.2.1 .STC12C5A60S2系列單片機(jī)簡介83.2.2 最小系統(tǒng)設(shè)計103.2.3復(fù)位

9、的實(shí)現(xiàn)方式133.2.4 A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)143.3 顯示模塊183.3.1 LCD1602介紹183.3.2 管腳功能183.3.3 1602LCD的指令說明及時序193.3.4 讀寫操作時序圖213.3.5 1602LCD的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表224 軟件設(shè)計244.1 跳繩計數(shù)器工作流程圖244.2 MMA7260檢測加速度的信號圖255 焊接調(diào)試26總結(jié)27參考文獻(xiàn)29附錄301 引言1引言1.1 背景電子計數(shù)器到目前為止已有30多年的發(fā)展史，早期，設(shè)計師們追求的目標(biāo)主要是擴(kuò)展計數(shù)范圍，再加上提高計數(shù)精度，穩(wěn)定度等，這些也是人民衡量電子計數(shù)器的技術(shù)水平，決定電子計數(shù)器價格高低的

10、主要依據(jù)。目前這些基本技術(shù)日臻完善，成熟。引用現(xiàn)代技術(shù)可以輕松地將電子計數(shù)的計數(shù)上限擴(kuò)展到無限大。當(dāng)今，單片機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，基于單片機(jī)技術(shù)設(shè)備和產(chǎn)品廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備促進(jìn)了生產(chǎn)技術(shù)水平的提高。企業(yè)迫切需要大量熟練掌握單片機(jī)技術(shù)并能開發(fā)，應(yīng)用和維護(hù)管理這些智能化產(chǎn)品的高級工程技術(shù)人才。單片機(jī)以體積小，功能強(qiáng)，可靠性高，性能價格比高等特點(diǎn)，已成為現(xiàn)實(shí)工業(yè)進(jìn)步和開發(fā)機(jī)電一體化和智能化測控產(chǎn)品的重要手段。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或者部分實(shí)現(xiàn)，但要真正完美的實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對于設(shè)計者來說，還有許多工作要做，而不是表面看來似乎發(fā)展到頭了。電子計數(shù)器是一種多功能的電子測量儀器。自動跳繩計數(shù)器就是依據(jù)電子

11、計數(shù)器的原理制作的一個用于人們?nèi)粘ｅ憻捝眢w的小產(chǎn)品。1.2 意義隨著人們生活水平的提高，體育鍛煉淡出人們的生活。比如現(xiàn)在工作的年輕人，每天長時間坐在椅子上，缺乏鍛煉，這樣身體很容易得病。我設(shè)計的這個自動跳繩計數(shù)器，體積小，攜帶方便，能夠隨時查看你消耗的熱量，輕松運(yùn)動，收獲健康。32 整體設(shè)計方案2整體設(shè)計方案2.1基本要求 1 跳繩顯示器中的傳感器將人每跳動一次的振動以脈沖形式發(fā)出，將此脈沖整形作為基準(zhǔn)計數(shù)脈沖； 2 可以記錄跳繩的次數(shù)，最大值為999。3 假設(shè)每跳20次可消耗1卡的熱量，計算所消耗卡路里并顯示；4設(shè)置復(fù)位開關(guān)2.2 設(shè)計思路和方案的確定跟據(jù)所給題目的要求，本次電子的課程設(shè)計的

12、內(nèi)容為電子跳繩計數(shù)器，其功能是記錄跳繩所跳的個數(shù)測量，與我們平時乘出租車時的交費(fèi)表同一原理，我設(shè)計的自動跳繩計數(shù)顯示器的基本電路由5個主要部分組成分別是傳感器脈沖輸入，單片機(jī)控制，跳繩計數(shù)顯示電路，卡路里計數(shù)譯碼顯示，復(fù)位開關(guān)。將傳感器脈沖輸入單片機(jī)，通過單片機(jī)將次數(shù)計錄下來，并且顯示數(shù)字，卡路里計數(shù)譯碼顯示出消耗的卡路里，復(fù)位開關(guān)是用按鍵脈沖復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)。設(shè)計中用到了三軸加速的傳感器MMA7260QT，電子跳繩計數(shù)器只采用Z軸的脈沖數(shù)據(jù)，人子跳繩過程中加速的的變化是呈現(xiàn)波形變化，傳感器中的脈沖通過整形，作為基準(zhǔn)計數(shù)脈沖來計數(shù)，跳繩計數(shù)的最大值為999，這個高5位清零即可實(shí)現(xiàn)。設(shè)計的總體框圖如

13、圖2.1。傳感器單片機(jī)控制模塊跳繩計數(shù)顯示器卡路里顯示器電源開關(guān)圖2.1 設(shè)計總體框圖設(shè)計的顯示模塊是采用了LCD1602，STC12C5A60S2系列單片機(jī)中集成了A/D轉(zhuǎn)換器，這樣就可以實(shí)現(xiàn)計數(shù)顯示，卡路里的計數(shù)是根據(jù)跳繩的次數(shù)來顯示的，比如跳繩20次消耗熱量1卡，在卡路里顯示中就會計數(shù)加0.05，也就是一次跳繩消耗0.05熱量。復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次，本設(shè)計采用的按鈕復(fù)位。這樣我的設(shè)計方案就基本確定了，由傳感器，單片機(jī)，顯示器，復(fù)位開關(guān)電

14、源開關(guān)等基本結(jié)構(gòu)組成。3 硬件電路設(shè)計3 硬件電路設(shè)計本設(shè)計是基于STC12C5A60S2單片機(jī)控制的跳繩計數(shù)器。工作原理大致如下：首先由傳感器MMA7260采集人體跳動過程中的加速度變化的數(shù)據(jù)，MMA7260傳感器是三軸加速度傳感器，但我們只采集Z軸的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由P1.0輸入單片機(jī)，單片機(jī)是由P3.0，P3.1端口下載編制的控制程序來處理傳感器傳入的數(shù)據(jù)。只有當(dāng)傳感器的數(shù)據(jù)符合要求，單片機(jī)才會計數(shù)，并在LCD顯示器上顯示。LCD顯示器和單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換端口P0.0-P0.7連接。本設(shè)計的復(fù)位是上電按鈕復(fù)位，設(shè)計中還采用了一個電源保護(hù)開關(guān)，能夠避免電源的正負(fù)接反了對單片機(jī)造成損壞，提高系統(tǒng)的安

15、全性。下邊詳細(xì)介紹系統(tǒng)的檢測模塊，單片機(jī)控制模塊，顯示模塊，通信模塊，電源保護(hù)開關(guān)模塊各部分的功能原理。設(shè)計的原理圖如圖3.1所示圖3.1 設(shè)計原理圖43.1檢測模塊本設(shè)計采用的是MMA72660三軸加速度傳感器，它的功能，結(jié)構(gòu)與原理如下，和單片機(jī)的連接如原理圖3.1所示：3.1.1MMA7260傳感器功能MMA7260是美國Freescale公司的一款低成本單芯片三軸高靈敏度加速度傳感器，是一種電容式的加速度傳感器，融合了信號調(diào)理、單極低通濾波器和溫度補(bǔ)償技術(shù)，并且具有4種不同的高靈敏度選擇模式，例如當(dāng)選擇+、-1.5g的測量范圍時，靈敏度達(dá)到800mv/g。同時它體小，包含一種睡眠模式，是

16、電池充電的便攜式設(shè)備的理想之選。其XYZ三個軸能對三個方向上的加速度信號進(jìn)行檢測。其主要特點(diǎn)如下：(1)XYZ：具有三軸的感應(yīng)功能；(2)可選的加速度范圍：±1.5g、±2g、±4g和±6g；(3)低功耗：500A；(4)睡眠模式：3A5(低壓運(yùn)行2.23.6V；(6)快速啟動：1ms；(7)低噪音：達(dá)到更高的分辨率、更高的精確度；(8)超小體積：6mm×6mm×1.45mm QFN封裝。由于具有以上優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計采用MMA7260來測量人體跳動時的加速度信號。3.1.2 結(jié)構(gòu)與原理 MMA7260的功能如圖3.2所示，X、Y、Z三個相

17、互垂直方向上的加速度有G-Cell傳感器單元感知，經(jīng)過容壓變換器、增益放大、濾波器和溫度補(bǔ)償后以電壓信號輸出。圖3.2MMA7260功能圖重力感測單元G-Cell由基于半導(dǎo)體材料的微機(jī)械結(jié)構(gòu)，整個物理模型由一對橈性軸、其支撐的極板及中間極板上的檢測質(zhì)量塊組成，G-Cell的極板構(gòu)成了兩個背對背的平板電容，如圖3.3所示，圖3.3 G-Cell物理模型圖當(dāng)系統(tǒng)給定一加速度時，中間板就會漂移，中間板移動時，它到一邊的距離增加，而到另一邊的距離相應(yīng)的減少，因此電容值也會隨著極板間的距離的變化而變化，這就是對加速度的度量。電容值經(jīng)過容壓變換器轉(zhuǎn)換為電壓值，進(jìn)過增益放大器、濾波器和溫度補(bǔ)償以正比于加速度

18、的電壓的形式作為輸出信號。3.1.3 典型應(yīng)用三軸加速度傳感器是一種可以對物體運(yùn)動過程中的加速度進(jìn)行測量的電子設(shè)備， 典型互動應(yīng)用中的加速度傳感器可以用來對物體的姿態(tài)或者運(yùn)動方向進(jìn)行檢測，比  如其中 WII 和iPhone 中的經(jīng)典應(yīng)用。Nokia 最新推出的手機(jī) N95 利用內(nèi)置的加速度傳感器，讓用戶可以通過機(jī)身的擺動進(jìn)行各種操作，包括主菜單操  作、圖片瀏覽、切歌操作甚至進(jìn)行游戲的控制等，非常全面，甚至超越了蘋果  iPhone 的動作感應(yīng)功能的應(yīng)用范疇。 基于 Freescale 公司 MMA7260 的這個三軸加速度傳感器，對于普通的互動應(yīng)用來

19、講應(yīng)該是一個不錯的選擇，  可以用于摩托車和汽車防盜報警器，遙控航模，游戲手柄，跌倒探測，硬盤沖擊保護(hù)，傾斜角度測量，電梯安全監(jiān)控等需要測試加速度的地方。3.1.4 MMA7260 轉(zhuǎn)接板引腳使用說明1MMA7260傳感器的功能圖解如圖3.4所示，圖3.4傳感器功能詳解圖2 MMA7260引腳使用如表3.1所示表3.1 MMA7260引腳圖引腳號符號：注解：Pin-01ZZ 模擬輸出；Pin-02YY 模擬輸出；Pin-03XX 模擬輸出；Pin-04 G1量程選擇控制 GS1(mma7260的 pin1)；Pin-05 G2量程選擇控制 GS2(mma7260的 pin2)；Pin

20、-06 5V5V 供電源的正極(只選其一,5v/3.3v)；Pin-07 EN懸空；Pin-083.3V3.3V 供電源的正極(只選其一,5v/3.3v)；Pin-09GND供電源的負(fù)極；Pin-10SL休眠模式控制(mma7260的 pin12:sleep mode)3 MMA7260 加速度傳感器測量范圍的檔位選擇如表3.2所示表3.2傳感器測量范圍檔位選擇G2 選擇G1 選擇G 的量程選擇范圍G 的重量靈敏度001.5G800mV./G012G600mV/G104G300mV/G116G200mV3.2 STC12C5A60S2單片機(jī)的控制模塊本設(shè)計采用的是STC12C5A60S2單片機(jī)

21、，單片機(jī)通過P0口采集傳感器的信號，對傳感器檢測到的加速度信號進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)過微控制器相關(guān)算法得到跳繩次數(shù)和消耗的卡路里，并通過LCD顯示出來。下面詳細(xì)介紹一下STC12C5A60S2系列單片機(jī)包括單片機(jī)的簡介，單片機(jī)的最小工作模式，單片機(jī)的復(fù)位功能，單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換功能：3.2.1 .STC12C5A60S2系列單片機(jī)簡介STC12C5A60S2/AD/PWM 系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/

22、D轉(zhuǎn)換(250K/S，即25萬次/秒),對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。11.增強(qiáng)型8051CPU，1T，單時鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)80512.工作電壓：STC12C5A60S2系列工作電壓：5.5V - 3.5V（5V單片機(jī)）STC12LE5A60S2系列工作電壓：3.6V - 2.2V（3V單片機(jī)）3.工作頻率范圍：035MHz，相當(dāng)于普通8051的0420MHz4.用戶應(yīng)用程序空間 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字節(jié)5.片上集成1280字節(jié)RAM6.通用I/O口（36/40/44個），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普

23、通8051傳統(tǒng)I/O口），可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向上/弱上拉，強(qiáng)推挽強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏。每個I/O口驅(qū)動能力均可達(dá)到20mA，但整個芯片最大不要超過120mA7.ISP（在系統(tǒng)可編程）/ IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無內(nèi)部EEPROM)9.看門狗10.內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）11.外部掉電檢測電路: 在P4.6口有一個低壓門檻比較器，5V單片機(jī)為1.33V，誤差為±

24、5%,3.3V單片機(jī)為1.31V，誤差為±3%12.時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為±5%到±10%以內(nèi))用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體時鐘，常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：5.0V單片機(jī)為：11MHz 17MHz3.3V單片機(jī)為：8MHz 12MHz精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測試為準(zhǔn)13.共4個16位定時器，兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器,16位定時器T0和T1，沒有定時器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器,再加上2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個16位定時

25、器14.3個時鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時鐘獨(dú)立波特率發(fā)生器可以在P1.0口輸出時鐘15.外部中斷I/O口7路,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊， Power Down模式可由外部中斷喚醒， ，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0, CCP0/P1.3(也可通過寄存器設(shè)置到P4.2), CCP1/P1.4(也可通過寄存器設(shè)置到P4.316.PWM(2路）/ PCA（可編程計數(shù)器陣列,2路）-也可用來當(dāng)2路D/A使用-也可用來再實(shí)現(xiàn)2個定時器-也可用

26、來再實(shí)現(xiàn)2個外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時支持)17.A/D轉(zhuǎn)換,10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S18.通用全雙工異步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時器或PCA軟件，可再用定時器或PCA軟件，可再用定時器或PCA軟件實(shí)現(xiàn)多串口19.STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標(biāo)志的才有雙串口，RxD2/P1.2(可通過寄存器設(shè)，置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通過寄存器設(shè)置到P4.3)20.工作溫度范圍：-40 +85(工業(yè)級)/0 75(商業(yè)級)21.封裝：LQFP-48, LQFP-44, PDIP-40, PL

27、CC-44, QFN-40I/O口不夠時，可用2到3根普通I/O口線外接74HC164/165/595（均可級聯(lián)）來擴(kuò)展I/O口。3.2.2 最小系統(tǒng)設(shè)計單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由電源、復(fù)位、晶振、/EA=1組成，下面介紹一下每一個組成部分2。如圖3.5所示圖3.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1，電源引腳Vcc為40引腳是電源端，GND為20引腳是接地端，工作電壓為5V，另有AT89LV51工作電壓則是2.7-6V,引腳功能一樣。2，外接晶體引腳 引腳連接如圖3.6所示圖3.6晶振連接的內(nèi)部、外部方式圖40其中XTAL1為19引腳 XTAL2為18引腳，XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL

28、2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響震

29、蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22F。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作3。3，輸入輸出引腳(1) P0端口P0.0-P0.7 P0是一個8位漏極開路型雙向I/O端口，端口置1（對端口寫1）時作高阻抗輸入端。作為輸出口時能驅(qū)動8個TTL。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收指令字節(jié);校驗(yàn)程序時輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P0口是分時轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，

30、訪問期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。(2) P1端口P1.0P1.7 P1是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收低8位地址信息。(3) P2端口P2.0P2.7 P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收高8位地址和控制信息。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。(4) P3端

31、口P3.0P3.7P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用3.2.3復(fù)位的實(shí)現(xiàn)方式1，復(fù)位的實(shí)現(xiàn)方式STC12C5A60S2系列單片機(jī)有5種復(fù)位方式：外部RST引腳復(fù)位，外部低壓檢測復(fù)位(新增第二復(fù)位功能腳RST2復(fù)位，實(shí)現(xiàn)外部可調(diào)復(fù)位門檻電壓復(fù)位)，軟件復(fù)位，掉電復(fù)位/上電復(fù)位(并可選擇增加額外的復(fù)位延時200mS，也叫MAX810專用復(fù)位電路，其實(shí)就是在上電復(fù)位后增加一個200mS復(fù)位延時)，看門狗復(fù)位。外部RST引腳復(fù)位(第一復(fù)位功能腳)外部RST引腳復(fù)位就是從外部向RST引腳施一定寬度的復(fù)位脈沖，從實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的

32、復(fù)位。P4.7/RST管腳出廠時被配置為RST復(fù)位管腳，要將其配置為I/O口，需在STC-ISP編程器中設(shè)置。如果P4.7/RST未在STC-ISP編程器中被設(shè)置I/O口，那P4.7/RST就是芯片復(fù)位的輸入腳。將RST復(fù)位管腳拉高并維持至少24個時鐘10us后,單片機(jī)會進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，將RST復(fù)位管腳拉回低電平后，單片機(jī)結(jié)束復(fù)位狀態(tài)并從用戶程序區(qū)的0000H處開始正常工作。2，復(fù)位原理在振蕩器運(yùn)行時，有兩個機(jī)器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P0P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清

33、零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開始運(yùn)行程序。復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路。當(dāng)時鐘頻率選用6MHz時，C取22F，Rs約為200，Rk約為1K。復(fù)位操作不會對內(nèi)部RAM有所影響。常用的復(fù)位電路如圖3.7所示：圖3.7 常用復(fù)位電路圖3.2.4 A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)1，A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)STC12C5A60AD/S2系列帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)的A/D

34、轉(zhuǎn)換口在P1( (P1.7-P1.0)，有8路10位 ，有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器,速度可達(dá)到 ,速度可達(dá)到 速度可達(dá)到250KHz。8路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。上電復(fù)位后P1口為弱上拉型I/O口，用戶可以通過軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A/D使用的口可繼續(xù)作為I/O口使用。STC12C5A60S2系列單片機(jī)ADC(A/D轉(zhuǎn)換器)的結(jié)構(gòu)如圖3.8所示。圖3.8單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)圖當(dāng)AUXR.1/ADRJ = 0時，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器格式如下： ADC-RES7:0ADC-B8ADC-B7ADC-B6ADC-B5ADC-B

35、4ADC-B3ADC-B2ADC-B9 ADC-B1ADC-B0 ADC-RESL1:0當(dāng)AUXR.1/ADRJ = 1時，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器格式如下：ADC-B9ADC-B8ADC-B7ADC-B6AD C-B 5ADC-B4ADC-B3ADC-B2ADC-B1ADC-B0STC12C5A60S2系列單片機(jī)ADC由多路選擇開關(guān)、比較器、逐次比較寄存器、10位DAC、轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器(ADC_RES和ADC_RESL)以及ADC_CONTR構(gòu)成。STC12C5A60S2系列單片機(jī)的ADC是逐次比較型ADC。逐次比較型ADC由一個比較器和D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，通過逐次比較邏輯，從最高位(MSB)開始

36、，順序地對每一輸入電壓與內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)過多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量逐次逼近輸入模擬量對應(yīng)值。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器具有速度高，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。從上圖可以看出，通過模擬多路開關(guān)，將通過ADC07的模擬量輸入送給比較器。用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)轉(zhuǎn)換的模擬量與本次輸入的模擬量通過比較器進(jìn)行比較，將比較結(jié)果保存到逐次比較器，并通過逐次比較寄存器輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，最終的轉(zhuǎn)換結(jié)果保存到ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_RES和ADC_RESL，同時，置位ADC控制寄存器ADC_CONTR中的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位ADC_FLAG,以供程序查詢或發(fā)出中斷申請。模擬通道的選擇控制由ADC

37、控制寄存器ADC_CONTR中的CHS2 CHS0確定。ADC的轉(zhuǎn)換速度由ADC控制寄存器中的SPEED1和SPEED0確定。在使用ADC之前，應(yīng)先給ADC上電，也就是置位ADC控制寄存器中的ADC_POWER位4。2，ADC控制寄存器ADC_CONTRADC_CONTR寄存器的格式如表3.3所示表3.3寄存器格式SFR nameAddressbitB7B6B5B4B3B2B1B0ADC_CONTRBCHnameADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS1CHS0對ADC_CONTR寄存器進(jìn)行操作，建議直接用MOV賦值語句，不要用與和或語句。 A

38、DC_POWER:ADC電源控制位。0：關(guān)閉A/D轉(zhuǎn)換器電源；1：打開A/D轉(zhuǎn)換器電源.；建議進(jìn)入空閑模式前，將ADC電源關(guān)閉，即 即ADC_POWER =0。啟動 啟動A/D轉(zhuǎn)換前一定要確認(rèn)A/D電源已打開，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后關(guān)閉A/D電源可降低功耗，也可不關(guān)閉。初次打開內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換模擬電源，需適當(dāng)延時，等內(nèi)部模擬電源穩(wěn)定后，再啟動A/D轉(zhuǎn)換。建議啟動A/D轉(zhuǎn)換后，在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束之前，不改變?nèi)魏蜪/O口的狀態(tài)，有利于高精度A/D轉(zhuǎn)換，若能將定時器/串行口/中斷系統(tǒng)關(guān)閉更好，若能將定時器/串行口/中斷系統(tǒng)關(guān)閉更好。3，SPEED1，SPEED0：模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度控制位如表3.4所示表3.4

39、模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度控制位SPEED1SPEED0A/D轉(zhuǎn)換所需時間1190個時鐘周期轉(zhuǎn)換一，CPU工作頻率21MHz時，A/D轉(zhuǎn)換速度約250KHz10180個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次01360個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次00720個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次STC12C5A60S2系列單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換模塊說使用的時鐘是內(nèi)部R/C振蕩器所產(chǎn)生的系統(tǒng)時鐘,不使用時鐘分頻寄存器CLK_DIV對系統(tǒng)時鐘分頻后所產(chǎn)生的供給CPU工作所使用的時鐘.好處:這樣可以讓ADC用較高的頻率工作,提高A/D的轉(zhuǎn)換速度這樣可以讓CPU用較低的頻率工作,降低系統(tǒng)的功ADC_FLAG:模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLA

40、G=1，要由軟件清0。 ，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG=1，要由軟件清0。 當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG=1，要由軟件清0。不管是A/D轉(zhuǎn)換完成后由該位申請產(chǎn)生中斷，還是由軟件查詢該標(biāo)志位A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG = 1，一定要軟件清0。 當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG = 1，一定要軟件清0。 當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG=1，一定要軟件清0。ADC_START:模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換啟動控制位，設(shè)置為“1”時，開始轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換結(jié)束后為0。4，CHS2/CHS1/CHS0：模擬輸入通道選擇，CHS2/CHS1/CHS0如表3.5所

41、示表3.5模擬輸入通道選擇圖CHS2CHS1CHS0模擬輸入通道選擇000P1.0作為A/D輸入來用001P1.1作為A/D輸入來用010P1.2作為A/D輸入來用 0 1 1 P1.3 作為A/D輸入來用 1 0 0 P1.4作為A/D輸入來用 1 0 1 P1.5作為A/D輸入來用 1 1 0 P1.6作為A/D輸入來用 1 1 1 P1.7作為A/D輸入來用由于是2套時鐘,所以,設(shè)置ADC_CONTR控制寄存器后,要加4個空操作延時才可以正確讀到ADC_CONTR寄存器的值,原因是設(shè)置ADC_CONTR控制寄存器的語句執(zhí)行后,要經(jīng)過4個CPU時鐘的延時,其值才能夠保證被設(shè)置進(jìn)ADC_CO

42、NTR控制寄存器。MOV ADC_CONTR, #DATANOPNOPNOPNOPMOV A, ADC_CONTR 經(jīng)過4個時鐘延時后,才能夠正確讀到ADC_CONTR控制寄存器的值5。3.3 顯示模塊本設(shè)計采用的顯示器是LCD1602液晶顯示，在LCD模塊上有固化的字模存儲器。就是CGROM和CGRAM.要顯示一個字符就在相應(yīng)的選定的地址輸入代碼即可，比如在LCD第一行第一列顯示“A”，在DDRAM的00H地址寫入“A”字的代碼41H就可以了6。下邊詳細(xì)介紹一下LCD1602顯示器的結(jié)構(gòu)，功能，管腳，指令控制及顯示原理：3.3.1 LCD1602介紹LCD1602為工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯

43、示16x02即32個字符。注：為了表示的方便 ，后文皆以1表示高電平，0表示低電平。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。市面上字符液晶大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫

44、的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶7。3.3.2 管腳功能LCD1602管腳如圖3.10所示，1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：圖3.10 LCD1602引腳圖第1腳：VSS為電源地第2腳：VCC接5V電源正極第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進(jìn)行讀操作，低電平(0)時進(jìn)行寫操作。第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（

45、1）時讀取信息，負(fù)跳變時執(zhí)行指令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。3.3.3 1602LCD的指令說明及時序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表3.6所示表3.6 1602控制指令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯

46、器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有

47、光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時顯示5x10的點(diǎn)陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。3.3.4 讀寫操作時序圖如圖3.11和3.12所示：圖3.11讀

48、操作時序圖3.12 寫操作時序圖3.3.5 1602LCD的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖3.7是1602的內(nèi)部顯示地址。圖3.7 1602LCD內(nèi)部顯示地址例如第二行第一個字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因?yàn)閷懭腼@示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000B（40H+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在

49、對液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標(biāo)是自動右移的，無需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)8。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點(diǎn)陣字符圖形，如圖10-58所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。CGROM和CGRAM中字符代碼和字符圖形對應(yīng)如表3.8所示表3.8字符代碼和字符圖形對應(yīng)關(guān)系表4 軟件設(shè)計4 軟件設(shè)

50、計系統(tǒng)的軟件設(shè)計也是工具系統(tǒng)功能的設(shè)計。單片機(jī)軟件的設(shè)計主要包括執(zhí)行軟件（完成各種實(shí)質(zhì)性功能）的設(shè)計和監(jiān)控軟件的設(shè)計。單片機(jī)的軟件設(shè)計通常要考慮以下幾個方面的問題：（1）根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件劃分為若干個相對獨(dú)立的部分，設(shè)計出合理的總體結(jié)構(gòu)，使軟件開發(fā)清晰、簡潔和流程合理；（2）培養(yǎng)良好的編程風(fēng)格，如考慮結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計、實(shí)行模塊化、子程序化。既便于調(diào)試、鏈接，又便于移植和修改，繪制程序流程圖；（3）為程序加入注釋，提高可讀性，實(shí)施軟件工程；（4）注意軟件的抗干擾設(shè)計，提高系統(tǒng)的可靠性。4.1 跳繩計數(shù)器工作流程圖跳繩計數(shù)器的工作流程如圖4.1所示開始單片機(jī)端口初始化LCD初始化檢測按鍵獲

51、取采樣值A(chǔ)/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換完畢讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果讀取按鍵執(zhí)行按鍵復(fù)位LCD顯示/清零結(jié)束圖4.1流程圖4.2 MMA7260檢測加速度的信號圖加速度傳感器檢測信號的流程如圖4.2所示開始端口初始化對加速度信號采樣采樣傳送型號圖4.2 MMA7260檢測加速度信號流程圖5 焊接調(diào)試5 焊接調(diào)試傳感器的靈敏度設(shè)置在1.5G，上下擺動加速度傳感器，測量感應(yīng)電壓的變化，只有當(dāng)次電壓的變化在一定的范圍內(nèi)時計數(shù)才會加1。用手動擺動傳感器來模擬人體跳繩過程中傳感器受力變化，確定傳感器的靈敏度，完成計數(shù)器計數(shù)的設(shè)置。調(diào)試過程中有時候擺動傳感器了，但是不會計數(shù)，通常都是傳感器的靈敏度沒有設(shè)置好，傳感器的電壓變化不符

52、合要求。傳感器傳入的數(shù)據(jù)要通過單片機(jī)處理，單片機(jī)要通過外部下載特定的程序來處理傳感器導(dǎo)入的數(shù)據(jù)，傳感器的輸出電壓符合一點(diǎn)的范圍時才會完成計數(shù)，否則就不會計數(shù)。單片機(jī)的程序下載是通過P3.0，P3.1連接上位機(jī)下載的，主要的程序設(shè)置見附錄?？偨Y(jié)總結(jié)這次我的設(shè)計題目是自動跳繩計數(shù)器。剛拿到這個題目時自己腦子里沒有什么頭緒，只是知道要用計數(shù)器。后來通過在圖書館查找資料和小組的討論，跳繩計數(shù)顯示器的功能實(shí)現(xiàn)設(shè)計框圖總算是有了。但要把框圖變成電路圖又遇到了很多的困難。首先就要求對各個器件的功能和原理有所了解，現(xiàn)在的集成器件種類很多，我所要考慮的不僅僅是器件能夠?qū)崿F(xiàn)我所要設(shè)計的跳繩計數(shù)顯示器的功能，還要考

53、慮實(shí)用問題和經(jīng)濟(jì)問題。因?yàn)樵S多多功能的新產(chǎn)品的價格很貴，而且應(yīng)用到我的設(shè)計中會有很多功能用不到，如果把我的設(shè)計真的制造成成品的話，就會添加很多不必要的投入。尋找適合的器件對于我們這些接觸電子技術(shù)時間不長的人來說是一件很辛苦的事，那些日子我翻閱了很多電子技術(shù)方面的書，雖然過程是辛苦的，而我得到的結(jié)果是收獲了很多有用的知識。選擇元器件也花了我好長一段時間，主要就是傳感器，當(dāng)時找了好多。有一次偶爾看見有種計步器上用的加速傳感器來技術(shù)，這次找到MMA7260三軸加速度傳感器。把器件選好后就要畫原理圖了，這是我初次使用VISIO制圖工具，它與我以前所接觸過的CAD不同，所以剛用起來比較陌生，進(jìn)展的也很慢，但等到熟悉了畫圖的技巧以后畫起來也是很得心應(yīng)手。而且我又掌握了一種畫圖工具的使用。在畫實(shí)際接線圖時問題又來了，因?yàn)閷?shí)際的器件管腳排列是由順序的，所以要把器件連到一起就比畫原理圖時難了很多，但有了畫原理圖的經(jīng)驗(yàn)，在畫實(shí)際接線圖時也就沒有想象的那么困難了。最后看到自己畫好的圖紙