單片機的籃球24秒計時器開發(fā)設(shè)計及電路圖

1、目 錄摘 要 . 11 籃球計時器概述1.1. 1籃球競賽24 秒計時器功能1.2 籃球計時器實物圖. 11.31.4. 2. 2主要參考器件單片機的概述1.4.11.4.2. 2AT89C51單片機簡介. 2AT89C51單片機引腳功能簡介2. 4硬件設(shè)計2.1 設(shè)計原理. 42.2. 4硬件設(shè)計流程圖2.2.1 功能單元模塊. 5. 72.3硬件設(shè)計電路圖3. 9軟件設(shè)計3.1 程序流程圖. 93.2 程序設(shè)計. 103.3. 13仿真及仿真結(jié)果4課程設(shè)計體會. 15. 16參考文獻(xiàn)摘 要籃球比賽中除了有總時間倒計時外，為了加快比賽的節(jié)奏，新的規(guī)則還要求進(jìn)攻方在秒內(nèi)有一次投籃動作，否則視為

2、違例。以下為一個籃球比賽計時器，該計時器采用按鍵操作、顯示，非常實用。此計時器也可作為其他球類比賽的計時器。本課程設(shè)計介紹了一個基于單片機的籃球比賽計時器硬件設(shè)計，包括 AT89C51、6個八段顯示 LED、上電復(fù)位電路、時鐘發(fā)生電路等基本模塊的設(shè)計。其功能主要有：一場籃球比賽共分四節(jié)，每節(jié) 12 分；每次進(jìn)攻為 24 秒，計時器的顯示均為倒計時方式，24 秒計時用兩位數(shù)碼管顯示；所有的計時都要具有暫停、繼續(xù)、清零；當(dāng)球員的持球時間超過 24 秒時，24 秒倒計時減為零且有聲光提示。本次課程設(shè)計是采用單片機匯編語言實現(xiàn)倒計時 24 秒籃球比賽計時器。關(guān)鍵詞:AT89C51；LED數(shù)碼管；按鍵；

3、模塊1 籃球計時器概述1.1 籃球競賽24秒計時器功能隨著信息時代的到來，電子技術(shù)在社會生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，運用模電和數(shù)電知識設(shè)計的電子產(chǎn)品成為社會生活中不可缺少的一部分。在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時間不能超過 24秒，否則就犯規(guī)了。大多數(shù)籃球計時器的主控芯片為AT89C51，采用12MHz晶振，P0.0-P0.7作鍵盤輸入。24秒計時開始，A3為24S復(fù)位開啟鍵（投籃或交換控球時按下此鍵）； A4為24為24為總計時和24S計時同時停止鍵。而此次我們設(shè)計的是一個簡易籃球比賽計時器。最簡單的籃球球計時器是24秒籃球計時器要求設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計數(shù)器的直接清零、啟動和暫停/并且

4、計時電路遞減計時，每隔1秒鐘，計時器減1，當(dāng)計時器減到0時，顯示器上顯示00，同時發(fā)出光電報警信號。1.2籃球計時器實物圖圖上述圖為籃球比賽定時器倒計時24秒實物圖，它能顯示24秒倒計時功能；系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動和暫停功能；在直接清零時，數(shù)碼管顯示滅燈；計時器為24秒遞減計時其計時間隔為1秒；計時器遞減計時到零時，數(shù)碼管顯示器不滅燈，同時發(fā)出光電報警信號等。1.3 主要參考器件AT89C51 LED 數(shù)碼管 光電報警器 開關(guān) 電阻 導(dǎo)線等1.4 單片機的概述1.4.1 AT89C51單片機簡介的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O計時器等功

5、能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。單片機的存儲器 ROM和RAM是嚴(yán)格區(qū)分的。ROM稱為程序存儲器，只存放程序，固定常數(shù)，及數(shù)據(jù)表格。 RAM則為數(shù)據(jù)存儲器，用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù)。為滿足控制需要，單片機有更強的邏輯控制能力，特別是單片機具有很強的位處理能力。1.4.2 AT89C51單片機引腳功能簡介AT89C51有40個引腳，各引腳功能如下所示：（1） 電源引腳Vcc和VssVcc(電源端)：供電電壓，為+5V。Vss（GND）：接地端。（2）輸入輸出端口P0、P1、P2和P3P0口：P0口為一個

6、8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在Flash 口作為原碼輸入口，當(dāng)Flash進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口緩沖器能接收輸出4TTL口管腳寫入1口被外部下拉口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口在Flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信

7、號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。（3）振蕩器特性XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。（4）芯片擦除：在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，

8、該操作必須被執(zhí)行。如圖1.3所示為AT89C51組成部分。以下即為上述的AT89C51芯片圖2 硬件設(shè)計2.1 設(shè)計原理24秒計時器的總體參考方案框圖如圖 2.1所示，它包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、報警電路和輔助時序控制電路等五個模塊組成。其中計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計數(shù)器完成 24秒計時功能，而控制電路完成計數(shù)器的直接清零、啟動技術(shù)、暫停 /連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時時間到報警等功能。按鍵單片機圖 2.2硬件電路圖設(shè)計：所以，硬件設(shè)計框圖包括AT89C51芯片、顯示器、報警和按鍵四大模塊。系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖如圖2.2所示此計時器采用的設(shè)計采用模塊化的結(jié)構(gòu)，主

9、要由以上幾個部分組成，即計時模塊、控制模塊以及譯碼顯示模塊。在設(shè)計此計時模塊時，采用模塊化的設(shè)計思想，使設(shè)計起來更加簡單、方便、快捷。一個完整的計算機應(yīng)該由運算器、控制器、存儲器和I/O接口組成。運算器包括一個可進(jìn)行8位算術(shù)運算和邏輯運算的單元位的暫存器2,8位的累加器ACC,寄存器B和程序狀態(tài)寄存器PSW等?？刂破靼ǔ绦蛴嫈?shù)器PC、指令寄存器IR、指令寄存器ID、振蕩器及定時電路等。存儲器分為程序存儲器（Flash ROM）和數(shù)據(jù)存有4個與外部交換信息的8位并行接口，即P0至P3。它們都是準(zhǔn)雙向端口，每個端口各有8個I/O線，均可輸入輸出。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率

10、的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。2.2.1 功能單元模塊（1）鍵盤控制模塊是由鍵盤輸入，鍵盤是一組按鍵的集合，它是最常見的單片機輸入設(shè)備，是一種常開型按鈕開關(guān)。常態(tài)時，按鍵的兩個觸點處于斷開狀態(tài)，如圖2.3所示，鍵盤分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤，鍵盤上閉合鍵的識別由專門的硬件譯碼器實現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編號或鍵值的稱為編碼鍵盤，如BCD碼鍵盤、ASCII碼鍵盤等；靠軟件識別的稱為非編碼鍵盤。圖（2）LED顯示器單片機中通常

11、用7段LED構(gòu)成字型“8”，另外，還有一個小數(shù)點發(fā)光二極管，以顯示數(shù)字、符號及小數(shù)點。這種顯示器有共陰極和共陽極兩種，此課程設(shè)計采用的是共陽極。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。一位顯示器由8ag，另一個小數(shù)點為dp發(fā)光二極管。圖另外，將多個LED顯示塊組合在一起就構(gòu)成了多位LED顯示器。每個LED顯示器的段引腳稱為段選線，公共端稱為位選線。段選線控制顯示的字符，位選線控制該LED的亮和滅。按照顯示器的工作方式不同，位選線和段選線的連接方法也不同。LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式。（2） 光電報警器圖 報警探測器是由傳感器和信號處理組成的，用來

12、探測信號的，由電子和機械部件組成的裝置，是報警系統(tǒng)的關(guān)鍵，而傳感器又是報警探測器的核心元件。采用不同原理的傳感器件，可以構(gòu)成不同種類、不同用途、達(dá)到不同探測目的的報警探測裝置。報警探測器界干擾的措施，可以提高報警探測器性能。采用不同的抗干擾措施，決定了報警探測器在不同環(huán)境下的使用性能。了解各種報警探測器的性能和特點，根據(jù)不同使用環(huán)境，合理配置不同的報警探測器是防盜報警系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它有報警主機、紅外報警器、門磁探測器、煙霧探測器、燃?xì)馓綔y器、紅外對射、遙控器、緊急按鈕等組成。探測器通過自己對周邊物體的探測，和感應(yīng)以及探測器自身的分離和接摸，自身產(chǎn)生一種感應(yīng)信號，探測器把信號傳給報警主機，報警

13、主機通過自己的分析執(zhí)行相應(yīng)的報警功能。在課程設(shè)計中，用到的是實驗室的光電報警器。光電報警器的驅(qū)動器的輸入端接AT89C51的P1.0，當(dāng)P1.0輸出高電平時，會產(chǎn)生光電，實現(xiàn)報警。（4）AT89C51芯片芯片的的40個引腳及其功能在上述中已經(jīng)介紹，以下是Proteus中的AT89C51芯片的示意圖圖2.3 硬件設(shè)計電路圖RP1RP2RESPACK-7C1123456781U1器示顯位十秒X119183938373635343332C392122232425262728R4器示顯位個秒1k293031D1R5123456781011121314151617P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4

14、P1.5P1.6P1.7P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD200R1 R2 R310k10k10kAT89C51圖設(shè)計思路：選用AT89C51作為主控芯片，晶振是6KHz，機械周期為1ms，所以循環(huán)10次為作為位控，高電平有效。數(shù)碼管是液晶顯示，采用動態(tài)顯示，兩個串行口作為中斷入口，高電平有效，啟動T0定時器/計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，低電平有效。圖2.2.1是系統(tǒng)硬件設(shè)計電路圖一。時間設(shè)置完后，啟動定時器T0開始定時計數(shù)。計時采用倒計時，比如：設(shè)置的時間為24秒鐘，則在LED上顯示24兩位數(shù)。定時T0計數(shù)24秒后

15、中斷返回，繼續(xù)定時計數(shù)下一個 24 秒；同時則在 2 位 LED 顯示器上顯示，表示時間已經(jīng)過去 1 秒鐘，即為 23要按下鍵，即可暫停計時。3 軟件設(shè)計3.1 程序流程圖根據(jù)設(shè)計要求，可分析并設(shè)計圖 3.2.1 程序流程圖，采用 24 秒倒計時，所以復(fù)位值為 24 秒，倒計時到0 顯示為 00，開始判斷，并報警。開關(guān)A1 控制暫停，A3 控制啟動。以下是籃球計時器 24 秒倒計時的程序流程圖。NYYNNY圖 3.2 程序設(shè)計根據(jù)以上流程圖，可以用匯編語言編寫出籃球計時器 24 秒倒計時程序，該程序包括主程序，中斷程序，延時程序以及顯示程序。程序清單：ORG 0000HSJMP MAINORG

16、 000BHLJMP T0_ISRORG 0030HMAIN: MOV P0,#3FHMOV P1,#0FFHMOV P2,#3FH;初始化賦值MOV R0,#00HMOV R1,#24MOV DPTR,#TABKEY: JB P3.0,$;判斷啟動鍵是否按下ACALL DELAY30MSJNB P3.0,$ACALL STARTSJMP KEY ;START: MOV TMOD,#01H;啟動程序MOV TH0,#0D8HMOV TL0,#0EFHSETB ET0SETB EASETB TR0STOP: JB P3.2,ZTJX;判斷復(fù)位鍵是否程序ACALL DELAY30MSJNB P3.

17、2,$SJMP MAIN;復(fù)位程序ZTJX : JB P3.1,XS;判斷暫停鍵是否按下;K2 按下后暫停計數(shù)，并關(guān)中斷;K2 再次按下繼續(xù)計數(shù)ACALL DELAY30MSJNB P3.1,$CLR TR0CLR ET0CLR EAZT:JB P3.1,$ACALL DELAY30MSJNB P3.1,$JX: SETB ET0啟動）;SETB EASETB TR0XS: MOV A,R1MOV B,#10DIV AB;顯示子程序MOVC A, A+DPTRMOV P0,AMOV A,B; 顯示秒十位;顯示秒個位MOVC A, A+DPTRMOV P2,ACJNE R0,#100,STOP

18、;1S 時間到否，未到直接轉(zhuǎn)數(shù)碼管顯示MOV R0,#00HMOV A,R1;1S 時間到，R0 重賦初值;R1 減 為 0 0 則重新開始CLR CSUBB A,#1MOV R1,AJNC STOPMOV R1,#24;計數(shù)未到 0 繼續(xù)判斷暫停鍵和停止鍵;計數(shù)到0停止計數(shù)并關(guān)中斷，CLR ET0CLR EACLR TR0SJMP SNDSJMP KEYRET;跳到報警程序; 跳回開始檢測啟動鍵DELAY30MS: MOV R6,#150AAA: MOV R7,#100DJNZ R7,$;延時程序子程序DJNZ R6,AAARETT0_ISR: CLR TR0MOV TH0,#0D8HMOV

19、 TL0,#0EFHINC R0;中斷程序子程序SETB TR0RETISND: CLR P1.0;就滅）MOV R7,#0FFHDL: MOV R6,#0FFHDL1: DJNZ R6,DL1DJNZ R7,DLSETB P1.0RETTAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FHEND3.3 仿真及仿真結(jié)果RP1RP2RESPACK-7RESPACK-7C1123456781U1器示顯位十秒X120pFC219183938373635343332XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5

20、/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7CRYSTALXTAL2RST20pFC392122232425262728R4P2.0/A8P2.1/A922uF器示顯位個秒1kP2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15293031PSENALEEAD1R5123456781011121314151617P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7200LED-RED報警燈R1 R2 R310k10k10kAT89C51圖 與Proteus的整合調(diào)試可以實現(xiàn)系統(tǒng)的總調(diào)，在該系統(tǒng)中，Keil作為軟件調(diào)試界面，Proteus作為硬

21、件仿真和調(diào)試界面。24秒籃球計時器設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計數(shù)器的直接清零、啟動和暫停/并且計時電路遞減計時，每隔1秒鐘，計時器減1，當(dāng)計時器減到0時，顯示器上顯示00，同時發(fā)出光電報警信號。編好程序，并對其進(jìn)行編譯連接之后，按照上面的步驟，通過Proteus進(jìn)行仿真，能夠進(jìn)行24秒的倒計時，復(fù)位值是24，然后顯示17、09、08、01、00。顯示00后，暫停后復(fù)位。3.4仿真結(jié)果分析通過在Protues中仿真，按下復(fù)位鍵（開啟鍵），顯示器顯示24，然后自動顯示23、22，當(dāng)計時到21秒時，按下暫停，顯示器鎖定在21，當(dāng)再按啟動鍵時，又開始倒計時，直到顯示00，開始報警，按下復(fù)位鍵，又回到了24

22、。整個仿真過程按要求顯示，以下為仿真結(jié)果圖RP1RP2RESPACK-7RESPACK-7C1123456781U1器示顯位十秒X120pFC219183938373635343332XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7CRYSTALXTAL2RST20pFC392122232425262728R4P2.0/A8P2.1/A922uF器示顯位個秒1kP2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15293031PSENALEEAD1R5123456

23、781011121314151617P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7200LED-RED報警燈R1 R2 R310k10k10kAT89C51圖 RP1RP2C1時鐘發(fā)生器123456781U1器示顯位十秒X120pFC219183938373635343332XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7CRYSTALXTAL2RST20pF92122232425262728P2.0/A8P2.1/A922uF器示顯位個秒復(fù)位電路1kP2.2/A10P2.3/A11P2

24、.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15293031PSENALEEA123456781011121314151617P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7LED-RED報警燈復(fù)位AT89C51圖 4 課程設(shè)計體會苦也有甜。身為電氣工程系的學(xué)生，設(shè)計是我們將來必須的技能。而這次課程設(shè)計恰恰給我們提供了一個應(yīng)用自己所學(xué)知識的平臺。從通過理論設(shè)計，到確定具體方案，再到仿真軟件仿真，最后到調(diào)試電路、顯示結(jié)果。整個過程都需要我充分利用所學(xué)的知識進(jìn)行思考、借鑒。可以說，本次課程設(shè)計是針對前面所學(xué)知識進(jìn)行的一次比較綜合的檢驗?？偟膩碚f，這次課程設(shè)計雖然很累，但非常充實。在這次實習(xí)中，正確的思路是很重要的，只要設(shè)計思路是正確的，那么才有可能成功。因此我們在設(shè)計前必須做好充分的準(zhǔn)備，認(rèn)真查找詳細(xì)的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。如果說前面的電路的理論設(shè)計是多么令