【基于單片機的籃球賽計時計分器設計7200字（論文）】

ⅠPAGE基于單片機的籃球賽計時計分器設計TOC\o"1-3"\u引言 21.系統(tǒng)方案說明 31.1方案選擇 31.1.1籃球計時計分器設計的現(xiàn)狀 31.1.2系統(tǒng)總體設計方案 31.2系統(tǒng)基本功能介紹 32.系統(tǒng)硬件電路設計 42.1籃球計時計分器電路原理圖 42.2籃球計時計分器電路工作過程 42.3系統(tǒng)硬件電路組成 52.3.1計時電路 52.3.2計分電路 72.4器件選擇及介紹 82.4.1AT89C51 83.軟件的編程與調試 113.1系統(tǒng)設計流程圖 113.2C語言程序設計 12結論 16參考文獻 17附錄1原理圖 19PAGE1PAGE19摘要：自從70年代單片機出現(xiàn)以來，由于其優(yōu)秀的性價比受到了人們的廣泛關注，促使其應用非常廣泛，發(fā)展極快。其集成度高，功能強大，通用性好，尤其是擁有能耗低、價格低廉、可靠性強、抗干擾能力低、使用方便等優(yōu)點，使單片機得到了迅速的推廣。目前已經其成為測量系統(tǒng)和新型電子產品關鍵部件的首選，導致許多球賽的記時計分系統(tǒng)也使用單片機來做控制，如：液晶顯示（LCD）用單片機控制計時計分器，采用單片機控制LED七段顯示的計時碼表等?；@球計時計分器由計時器，計分器和集成控制器組成，以單片機為核心。系統(tǒng)采用時間顯示模塊、成績顯示模塊、定時報警、按鍵控制鍵盤模塊來做主體的模塊設計。程序結構模塊簡單、清晰，易于編寫、調試和維修。程序可讀性好，可以對單個地方進行修改，使其他地方不會發(fā)生變動。使用KeilC51軟件進行編譯，然后生成HEX文件到芯片，使用Proteus軟件模擬測試功能否正?；?，然后使用Protel99繪圖硬件電路圖。系統(tǒng)硬件電路設計包括以下組件：單片AT89C51，計時時電路，評分電路，報警電路和按鍵開關。本文由AT89C51設計的編程控制LED七號數(shù)碼管顯示球賽計時計分系統(tǒng)。系統(tǒng)具有賽程定時設置、調度時間暫停、及時刷新成績性能等功能。本實用具有成本低、性能穩(wěn)定、使用方便、便于攜帶等優(yōu)點，廣泛適用于各種學?；蛐〗M作為賽程計時計分。關鍵詞：單片機，計時，計分，顯示器，接口前言隨著單片機應用的逐漸推廣，許多使用單片機控制的賽事計時得分系統(tǒng)也由此產生，如單片機控制LCD液晶顯示[1]的計時得分系統(tǒng)，采用單芯片控制的LED七段計時得分裝置。根據(jù)本課題要求，介紹了籃球賽事計時得分器的設計方法，就是用單片機來工作的電路。這種設計方法可以提高學生使用單片機接口電路的能力。該電路使用單片機作為核心組件，使用兩個三位一體數(shù)碼管顯示兩隊成績，使用四位一體數(shù)碼管顯示時間。得分范圍為0至999分之間，滿足了賽事的需要。在比賽開始之前，設置好比賽的時間，直到倒計時為零。為了滿足實際賽程計時的需要，將時間范圍設置為0到99分鐘。為了匹配計時器的時間和校準分數(shù)，設計了六個按鈕，另一個按鈕用于輸入和修改兩隊的成績，其余兩個設置為啟動和暫停。另外，為了在比賽時間到達時，顯示比賽結束，還設計了定時報警系統(tǒng)。該設計還有賽程定時設置、暫停比賽時間、刷新兩隊成績等功能。設計由軟件設計和硬件設計組成。主芯片采用AT89C51單片機，采用C語言編寫軟件程序，主體分為時間顯示模塊，分數(shù)顯示模塊，定時報警，鍵控模塊。使用KeilC51[3]軟件進行編程編譯，然后將生成的十六進制文件插入芯片，以查看該功能是否可用。通過這種基于單芯片籃球計時碼表的設計，可以了解并熟悉單片機開發(fā)流程設計，深化單片機及其外設接口技術的應用，了解一些方法和技巧。1.系統(tǒng)方案說明1.1方案選擇1.1.1籃球計時計分器設計的現(xiàn)狀計時計分系統(tǒng)是一個對比賽信息進行收集、記錄、處理、傳輸?shù)南到y(tǒng)，主要是利用時間、分數(shù)等數(shù)據(jù)來進行的。體育賽事的系統(tǒng)由測量類、評價類、命中類和得分類等多種類型組成的，主要是由于體育賽事的不同，導致其要求也不同?；@球比賽是得分類型的系統(tǒng)，主要原因是因為籃球比賽是由球員在比賽中的得分來確定比賽勝負的結果的?；@球比賽的計時計分系統(tǒng)的組成包括了計時器、計分器等多種設備，同時，目前的高水平的籃球比賽要求計時計分系統(tǒng)與電視轉播車、大屏幕等其他設備連接，實現(xiàn)現(xiàn)場氣氛和表演的功能?，F(xiàn)在，根據(jù)設計要求，對設計方案進行介紹。1.1.2系統(tǒng)總體設計方案1、能修改時間和暫停時間，并對整個賽程的比賽時間進行記錄。2、能隨時對甲、乙兩隊在整個賽程中的成績進行刷新。3、場中交換比賽場地時，使比分位置與隊伍對應。4、在比賽時間結束時，能發(fā)出報警指令。圖1系統(tǒng)構成圖1.2系統(tǒng)基本功能介紹1、使用四位一體數(shù)碼管對比賽時間進行顯示，其格式如：15:00，兩個三位一體數(shù)碼管顯示兩隊的成績，評分格式如：008。2、采用倒計時模式，以每秒的頻率減少，最初默認為15:00時，在比賽之前，可以對時間進行，賽事進行時不能修改。3、兩隊得分用三位數(shù)來記錄，初始值為000，滿值為999，符合比賽的要求，不能在比賽開始前和比賽后修改得分。4、游戲開始前，進調分鐘用ADD1、DEC1鍵，進調秒鐘用ADD2、DEC2鍵。5、可隨時暫停/啟動比賽時間。6、比賽中，對甲隊得分加、減通過ADD1，DEC1鍵進行，對乙隊的得分加減用ADD2，DEC2鍵調試。每按一次鍵，加/減1分。7、游戲結束時，換場可以通過（Exchange）鍵來進行，在更換之后，開始下一場比賽時，比分加減鍵也由其進行交換。8、當比賽結束時，發(fā)出報警。圖2按鍵定義圖如圖示：鍵盤對應名稱如下：ADD1，DEC1，EXCHANGE，ADD2，DEC2，RUN/STOP其中，ADD1為甲隊比分加1鍵，（比賽開始前為調整時間加1）DEC1為甲隊比分減1鍵，（比賽開始前為調整時間減1）EXCHANGE為換場鍵，一節(jié)比賽結束后才可換場。ADD2為乙隊比分加1鍵，（比賽開始前為調整時間加1）DEC2為乙隊比分減1鍵，（比賽開始前為調整時間減1）RUN/STOP為啟動暫停鍵，比賽開始前按下啟動計時，比賽開始，比賽開始后，按下為暫停計時，比賽暫停。2.系統(tǒng)硬件電路設計2.1系統(tǒng)電路原理圖用Protel99SE設計的電路原理圖見附錄1。2.2系統(tǒng)電路工作過程1.調整比賽時間：插上電源后，系列默認比賽時間為15：00，兩隊得分默認為000，然后按ADD1鍵比賽時間加1分鐘，按DEC1鍵，可以使比賽時間減少了1分鐘，要使比賽時間加1秒可以按ADD2鍵，使比賽時間減1秒按ADD2鍵。啟動比賽：按下RUN/STOP鍵，計時開始，比賽時間以1秒的頻率倒計時。暫停比賽：要在比賽進行中，使比賽暫停，計時暫停，按RUN/STOP按鈕。比分加減：在比賽進行中可以通過按ADD1，DEC1鍵，對甲隊比分進行加、減1，通過按ADD2、DEC2鍵，對乙隊比分進行加、減1.交換場地：在比賽結束后，按交換鍵，對比賽時間進行重新設置，設置為15:00，并將左側和右側的比分進行交換。最后按下RUN/STOP鍵重新開始比賽。報警提示：在一節(jié)比賽時間倒計時到00：00時，蜂鳴器發(fā)出報警提示。2.3系統(tǒng)硬件電路組成2.3.1計時電路1．顯示器及其接口在目前的輸出設備中顯示器是最常用的，其種類多不勝數(shù)，但最多應用在單片機系統(tǒng)中的只有發(fā)光二極管（LED）和液晶（LCD）兩種顯示器。這兩種顯示器得到廣泛應用，主要是因為結構簡單、價格低廉、界面容易使用。下面對LED顯示屏（LED）的結構、工作原理和接口電路進行介紹。（1）LED結構與原理圖3為典型的數(shù)碼管。圖37段LED數(shù)碼管如圖3所示，LED顯示屏由8個發(fā)光二極管組成，又稱為數(shù)碼管。其特征在于：將7條長條形發(fā)光管顯示成“日”形，其它點形發(fā)光管作為顯示器右下角的顯示小數(shù)點。LED顯示屏由共陰極和共陽極LED顯示器兩種組成的，共陰極是將8個陰極發(fā)光二極管連接在一起；共陽極是將8個陽極發(fā)光二極管連接在一起。（2）LED顯示器顯示方式 點亮LED顯示器有兩種方式：一是靜態(tài)顯示；二是動態(tài)顯示。在本次設計中，采用的是靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示，即每個顯視器的筆劃字形代碼都要使用單獨的具有鎖存功能的I/O接口。其只要將顯示的字體代碼發(fā)送到接口電路，就可以忽略它了，需要顯示新的數(shù)據(jù)時發(fā)送新代碼給接口電路，由此，使用此方法的單片機CPU成本低。這種電路的優(yōu)點在于：在同一時間可以顯示不同的字符；但缺點就是占用端口資源較多。由圖3所示，每位LED顯示器都使用了8根端口線，因此，一般采用靜態(tài)顯示來應對數(shù)據(jù)較多的時候。本設計采用的便是此種顯示方式。圖4靜態(tài)顯示圖同一時間段只能顯示同一種字符，這是因為所有的段選碼連接在了一起。同時由位選碼來控制不同的字符。（如果LED為共陰極則P2.0~~P2.3輸出為高電平，如果LED為共陽極則P2.0~~P2.3輸出為低電平。）2．報警器（1）報警器的工作原理報警器的種類很多，比如：揚聲器、蜂鳴器等，本設計采用電磁蜂鳴器報警。電磁蜂鳴器的制作材料主要是振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片和外殼等。當電源接通時，振蕩器產生的信號通過電磁線圈，電磁線圈由此產生磁場。由于電磁線圈和磁鐵的相互作用，振動膜片就會產生周期性的振動發(fā)聲。3．計時電路的工作原理圖圖5計時電路原理圖4．計時電路的工作原理開關K6、K7，AT89C51單片機和LED顯示器是計時電路的主要組成部分。以下是它的工作流程：賽事開始時，按K6，采用倒計時開始計時，設置15分鐘的時間，在LED上以“1500”四位數(shù)來顯示。定時T0計數(shù)60秒后，繼續(xù)計數(shù)60秒，而在LED顯示屏上顯示“4459”時，說明時間已經過去了1秒，即還剩下14分59秒。當它變成“0000”時，說明比賽結束。如果比賽暫停，點擊K7鍵，可以暫停計時器。5．振蕩電路本設計應用了時鐘振蕩功能。AT89C51使用了一個內部振蕩的高增益反相放大器，分別用引腳XTAL1和XTAL2對放大器的輸入和輸出。該放大器以石英晶體或陶瓷諧振器作為反饋元件形成自激振蕩器。振蕩電路如圖6所示，將外部石英晶體或陶瓷諧振器和電容C1，C2一同連接到放大器的反饋電路，形成并聯(lián)諧振。諧振器雖然沒有十分嚴格的要求，但其本身對外接電容C1、C2的，而且振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度以及溫度的穩(wěn)定性會受到電容的大小所影響，如果使用石英晶體，使用30pF。圖6時鐘振蕩電路2.3.2計分電路由于本次設計使用的是石英晶體諧振器，因此頻率大小采用12MHZ晶振，使用30pF的電容。計分電路8051系列單片機由2種通信口，一種是4個8位并行口，還有一種是串行發(fā)送和接收的通信端口。它可以作為同步移位寄存器使用，還能同時對數(shù)據(jù)進行發(fā)送和接收。比賽計分電路是利用8051單片機的串口，可以連接到串口輸入的并行輸出移位寄存器作為輸出實現(xiàn)比賽成績刷新顯示。2．計分電路原理圖計分電路原理圖如圖7所示。圖7計分電路原理圖3．計分電路的工作原理計分電路的主要組成部件是單片機AT89C51，LED顯示器以及按鍵開關。以下是它的工作流程：通過按鍵開關來對甲、乙兩隊加減分控制，按鍵開關由K2、K3、K5、K6組成。將按鍵一端接地，另一端輸入與單片機AT89C51的P3.5，P3.4，P0.2，P0.1。例如：現(xiàn)在以甲隊的加分為例，來對整個過程進行說明。如果在游戲開始時，比分是000:000，過了一段時間，當球隊得分，然后按下K2鍵，這時K2=0（低），k3k5k6=111（高電平）k2k3k5k6相與后結果為低，這時將低電平輸出到AT89C51單片機的P3.2引腳，中斷外部INT0，調用中斷服務程序，將要顯示的數(shù)據(jù)從程序中定義的LED顯示常數(shù)表TAB中取出數(shù)據(jù)06H（因為LED顯示常數(shù)表TAB的偏移地址為36H，36h是LED顯示器的第一個常數(shù)表標簽第一數(shù)據(jù)3fh，按下K5就等于將3H加1，然后第二數(shù)據(jù)06H，即表的字母代碼加1）。2.4器件選擇及介紹本系統(tǒng)在設計的過程中主要選取了以下一些器件：單片機：AT89C51顯示器件：7段共陰極LED顯示器2.4.1AT89C51AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，數(shù)據(jù)隨機存取存儲器Flash[17]只讀程序存儲器片內含4K字節(jié)和128字節(jié)的（RAM），采用ATMEL公司的高密度非易失性存儲器技術的裝置，與標準的MCS-51指令系統(tǒng)兼容的微型計算機，內置強大AT89C51提供具有成本效益的解決方案。AT89C51由PDIP、PQFP/TQFP、PLCC三種包裝形式組成[18]，以滿足不同產品的需求。這是一個低功耗高性能的單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2中斷口，2個全雙工串行通信，2個16位的可編程定時計數(shù)器，單片機可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。通用微處理器和閃存結合在一起，特別是閃存可以有效降低開發(fā)成本。如圖所示，圖8為AT89C51單片機基本構造，其基本性能介紹如下：圖8AT89C51引腳圖AT89C51的主要特性如下表8所示。下面介紹各個管腳：P0口：P0口是一個8位漏極開路雙向I/O口，每個引腳可吸收8TTL門電流。當P1端口引腳為第一次寫入1，由高電阻的定義[19]。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為第八位數(shù)據(jù)/地址。在FIASH編程時，P0口作為輸入的原代碼，當FIASH進行檢查，P0輸出原碼，P0必須外部拉高。P1口：P1口是一個8位雙向I/O端口內部上拉電阻，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口寫的引腳1，內部拉高，可作為輸入，P1口為外部下拉為低，輸出電流，這是由于內部拉動的原因。在Flash編程和驗證中，P1口為第八位地址。P2口：P2端口是一個內部上拉電阻8位雙向I/O端口，P2端口緩沖區(qū)可以接收到，輸出的TTL門電流，當P2端口寫“1”，該引腳是由內部拉上電阻，并作為輸入。作為輸入的結果，P2端口引腳被外部拉低，輸出電流。這是由于內部拉力。P2口為外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器訪問，P2端口地址輸出值為八。地址是“1”，它使用強大的內部上拉時，外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器的讀和寫，P2口輸出其特殊功能登記內容，P2口在flash編程和校驗接收高八位地址信號和控制信號。表1AT89C51主要功能描述兼容MCS—51指令系統(tǒng)4k可反復擦寫(>1000次）FlashROM32個雙向I/O口可編程UARL通道兩個16位可編程定時/計數(shù)器全靜態(tài)操作0-24MHz1個串行中斷128x8bit內部RAM兩個外部中斷源共6個中斷源可直接驅動LED3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設置睡眠和喚醒功能P3口：P3端口引腳是8個I/O端口上拉式電阻，它可以接收和輸出4TTL門電流。當P3口被寫入“1”時，它們被內部拉得很高，用作輸入。作為輸入，外部下拉是低電平。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如表6所示。P3口同時為閃爍編程[20]和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存器允許輸出電平用于鎖存地址的狀態(tài)字節(jié)。此引腳用于在Flash編程時輸入程序脈沖。在平時，ALE方以恒定頻率周期輸出正脈沖信號，振蕩器頻率為1/6。因此，它可以用于外部輸出脈沖或用于計時目的。表2AT89C51特殊功能表端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）/PSEN：用于外部程序存儲器的選通信號。在讀取外部程序存儲器，每個機器周期兩/PSEN倍。然而，訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩個有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA電平低時，外部程序存儲器（0000h-ffffh）在這段時期內，不管是否有內部程序存儲器。請注意，加密方法1，/EA將被鎖定內部重置；當/EA仍然高，內部程序存儲器。該引腳還用于12V編程電源（VPP）在Flash編程。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。

3.軟件的編程與調試3.1系統(tǒng)設計流程圖系統(tǒng)程序設計流程圖如圖所示。定時中斷初始化按下調試開關，產生低電平開放定時中斷定時中斷初始化按下調試開關，產生低電平開放定時中斷立即數(shù)OOH取出，LE輸出高電平經過P1.0發(fā)送代碼，然后將LE清零啟動定時器，T0開始定時調用中斷定時程序按下計分鍵輸出低電平，外部中斷產生調用中斷程序串行數(shù)據(jù)輸出，移位脈沖輸出顯示數(shù)據(jù)，兩隊相應比分變化串行口發(fā)送完畢，標志清零圖9計分部分程序流程圖圖10計時部分程序流程圖3.2C語言程序設計程序源代碼#include<reg51.h>#defineLEDDataP0unsignedcharcodeLEDCode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};unsignedcharminit,second,count,count1; sbitadd1=P1^0; sbitdec1=P1^1; sbitexchange=P1^2; sbitadd2=P1^3; sbitdec2=P1^4; sbitsecondpoint=P0^7;sbitled1=P2^7;sbitled2=P2^6;sbitled3=P2^5;sbitled4=P2^4;sbitled5=P2^3;sbitled6=P2^2;sbitled7=P2^1;sbitled8=P2^0;sbitled9=P3^7;sbitled10=P3^6;sbitled11=P3^5;sbitalam=P1^7;bitplayon=0;bittimeover=0; bitAorB=0; bithalfsecond=0; unsignedintscoreA; unsignedintscoreB; voidDelay5ms(void){ unsignedinti; for(i=100;i>0;i--);}//**************************主函數(shù)*************************************************voidmain(void){TMOD=0x11;TL0=0xb0;TH0=0x3c;TL1=0xb0; TH1=0x3c;minit=15; second=0;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=0;TR1=0;EX0=1;IT0=1;IT1=1;EX1=1;PX0=1;PX1=1;PT0=0;P1=0xFF;P3=0xFF;while(1){keyscan();display();}}//============外部中斷0中斷程序=================voidPxInt0(void)interrupt0{ Delay5ms(); EX0=0; alam=1; TR1=0; if(timeover==1) { timeover=0} if(playon==0) { playon=1; TR0=1; } else { playon=0; TR0=0; } EX0=1;}//===================定時器0中斷服務函數(shù)======================voidtime0_int(void)interrupt1{ TL0=0xb0; TH0=0x3c; TR0=1; count++; if(count==10) { halfsecond=0; } if(count==20) { count=0; halfsecond=1; if(second==0) { if(minit>0) { second=59; minit--; } else { timeover=1; playon=0; TR0=0; TR1=1; } } else second--; }}//==============定時器1中斷服務函數(shù)==========================voidtime1_int(void)interrupt3{ TL1=0xb0; TH1=0x3c; TR1=1; count1++; if(count1==10) {alam=0; } if(count1==20) {count1=0; alam=1; }}

結論在本次設計中，我通過基于典型單片機AT89C51的設計和應用，對于單片機工作原理，功能有了宏觀的了解，并對單片機C程序的應用有了新的、進一步的認識。在設計過程中，我發(fā)現(xiàn)了很多問題，給我的感覺是很難啟動的，很方便，看似很簡單的電路，要想得到它的設計，是一件很困難的事情，主要的原因是我們不經常開始設計電路。另外單片機系統(tǒng)和很多知識、知識都想通了，不記得現(xiàn)在什么時候使用，導致我花了很多時間檢查所有的數(shù)據(jù)和程序命令，所以整個時間安排的過程都是不合理的。由于程序的設計沒有安排，設計的時間非常倉促，特別是在硬件調試過程中出現(xiàn)了很多問題。在信息搜索是一個重要的問題，這就要求我們在以后的學習中，我們應該注意這一點，我們從中學習到的知識和實際電路連接學習更重要的是，不論是對我們未來的工作或學習，將起到促進作用和很大的幫助。本次設計測試結果以及不足之處：計時電路可完成倒計時、暫停、繼續(xù)等