论文总字数：17022字

摘 要

用于正规比赛的自动计时装置的价格普遍超过业余竞赛，或者是较小规模竞赛的承受能力。所以在这种比赛中依然使用的是传统的手动计时方式，这种方式显然不够准确可靠。本文根据实际需要，设计出能够节省经济开支，也能够缩小计时误差的基于单片机的游泳计时显示系统。

本文首先介绍了计时系统的研究背景和研究现状，其次通过硬件和软件两部分详细说明其设计，随后通过调试实现功能。在此次游泳计时显示系统中，以单片机STC15L2K60S2作为核心，除此之外还设计了电源电路、USB接口电路、按键电路以及LCD显示电路。最终通过对各个模块的软件编程实现片上按键和扩展键盘分别实现开始或暂停计时、清除数据与记录成绩的功能，以及通过LCD显示出最多八泳道的成绩。

关键词：单片机 自动计时系统 LCD显示屏

Research on Swimming Timing Display System Based on Single Chip Microcomputer

Abstract

The price of large automatic timing device for a regular race generally exceeds the capacity of amateur competitions and smaller competitions. So in this game is still using the traditional manual timing, this approach is clearly not accurate and reliable. According to the actual needs of this paper, designed to save economic expenses, but also to reduce the timing error based on the single-chip swimming time display system.

This paper first introduces the research background and research status of the timing system. Secondly, the hardware and software are described in detail, and then the function is realized by debugging. In the swimming time display system, the microcontroller STC15L2K60S2 is the core, in addition to the design of the power circuit, USB interface circuit, key circuit and LCD display circuit. And finally through the various modules of the software programming to achieve on-chip keys and extended keyboard, respectively, to start or suspend the timing, clear data and record the performance of the function, and through the LCD display up to eight lanes of the results.

Keywords: Single - chip; Automatic timing system; LCD display

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 设计内容 2

第二章 设计思路及硬件选型 4

2.1 设计说明 4

2.2 总体设计思路 4

2.3 硬件选型 5

2.3.1 单片机 5

2.3.2 USB接口 8

2.3.3 显示方式 9

第三章 硬件设计 11

3.1 单片机时钟和复位电路 11

3.2 电源稳压电路 11

3.3 USB接口电路 12

3.4 按键电路 13

3.4.1 单片机片上键盘 13

3.4.2 单片机扩展键盘 13

3.5 LCD显示电路 15

第四章 软件设计及说明 16

4.1 编程环境介绍 16

4.2 主程序设计 16

4.3 中断程序设计 17

4.3.1 中断系统介绍 17

4.3.2 定时器中断相关寄存器 18

4.3.3 定时器中断程序 20

4.4 键盘扫描程序设计 21

4.4.1 独立键盘 21

4.4.2 扩展独立键盘 22

4.5 延时程序设计 23

4.6 LCD显示屏程序设计 24

4.7 硬件电路测试 26

结语与展望 28

参考文献 29

致谢 30

第一章 绪论

1.1 研究背景

人们在逐渐探知这个世界的过程中，渐渐摸索出了“时间”这个概念，从古时候的日晷^[1]、漏壶^[1]，到如今的星载原子钟^[2]、原子喷泉钟^[3]。对时间的追求也不仅仅局限于日常生活，更是延伸到了更高更快更强的赛场上。

不论是在正式赛场上，还是在比赛之余的日常训练中，记录成绩可以说是最为频繁的工作之一。计时器作为最重要的工具，不论是在田径赛场上还是在竞技泳道之中，都扮演了至关重要的角色。

而在日常的游泳训练或是在国内一般级别比赛依然用的是手动计时方式，比如：秒表。这是一种传统而经典的计时方式，使用这种方式，记录员或者教练员需要一个秒表对应多名运动员计时，不但容易出错，而且花费的时间比较长。特别是在日常训练之中，教练员会通过运动员四组25m短道的成绩累加，来推断其在100m中的表现。这样，手动计时的精度会进一步下降^[4]。由于精度不够精确，在赛事上，这种手动计时的方式当然也就逐渐被淘汰，自动计时方式自然而然成为主流。并且，根据中国游泳协会的要求，只要是需要计时的正规赛事，都需要采用自动计时装置^[5]。

如今，在各种体育盛会当中，不论是田径还是游泳，甚至是帆船和滑雪项目都离不开计时计分系统，可以说这是最为基础也是最为核心的设备。当运动员一次次超越极限，当记录一次次被刷新，所依靠的正是背后的以计时计分系统为基础的准确可靠的判罚 ^[6]。

现在，随着科技的高速发展，，从原先的高功耗、高价格的大体积变为低功耗、价格便宜的小巧单片机。因此经由单片机来处理此类问题，可以说是一个很好的选择。

1.2 国内外研究现状

一届一届的奥运会，不仅是人类对于超越前人和超越自己追求，同时也是高精度计时器的一部发展史。从1896年的第一届奥运会的男子百米成绩，到百余年后的2008年北京赛场，计时工具从简单的怀表，进化到总重达了420吨的高科技计时设备，精度也从1/10秒飞跃到了1/1000秒^[7-8]。而在这现今为止最为激动人心体育盛会中，欧米茄是担任计时重任的常客。

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