課程設計--- 基于單片機的籃球賽計時計分器的設計

1、<p>　　基于單片機的籃球賽計時計分器的設計</p><p><b>　　一 系統(tǒng)設計方案</b></p><p><b>　　1.1 設計題目</b></p><p><b>　　籃球計時計分器</b></p><p>　　1.2 系統(tǒng)功能要求</p>

2、<p>　　本系統(tǒng)可實現(xiàn)功能如下：</p><p>　?。?）主控部分：選擇單片機為核心元件構成系統(tǒng)。</p><p>　?。?）計時部分：能記錄整個賽程的比賽時間，并能修改時間、暫停時間。</p><p>　?。?）計分部分：能隨時刷新甲、乙兩隊在整個賽程中的比分。</p><p>　?。?）中場交換比賽場地時，能交換甲、乙兩

3、隊比分的位置。</p><p>　?。?）比賽時間結束時，能發(fā)出報警指令。</p><p>　　1.3 系統(tǒng)總體方案設計</p><p>　　本設計由AT89C51編程控制LED七段數(shù)碼管作球賽計時計分系統(tǒng)具有賽程定時設置、賽程時間暫停、性能穩(wěn)定、操作方便且易攜帶等特點。</p><p>　　1.3.1系統(tǒng)設計方案論證</p>

4、<p>　　本設計是基于89C52單片機的鍵盤控制及顯示電路設計，從系統(tǒng)的設計功能上看，系統(tǒng)可分為兩大部分，即鍵盤輸入控制部分和顯示部分，對于每一個部分都有不同的設計方案，起初我擬訂了下面兩種方案：</p><p><b>　　第一種方案：</b></p><p>　　鍵盤控制采用矩陣掃描鍵盤，可以用普通按鍵構成4×4矩陣鍵盤，直接接到89C51單

5、片機的P0口，高四位作為行，低四位作為列，通過軟件完成鍵盤的掃描和定位。顯示部分采用動態(tài)顯示，采用移位寄存器74LS164和譯碼器74LS138通過顯示驅動程序驅動七段數(shù)碼管顯示。此方案成本低，所用到的兩個外圍芯片價格都很低廉，而且單片機的I/O口占用較少，可以節(jié)約單片機接口資源。</p><p><b>　　第二種方案：</b></p><p>　　鍵盤控制采用獨立

6、是式鍵盤，每個按鍵的"接零端"均接地，每個按鍵的"測試端"各接一條輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易地判斷哪個鍵被按下了，這種方法操作速度高而且軟件結構很簡單。這種方法比較適合按鍵較少或操作速度較高的場合。顯示部分采用靜態(tài)顯示方法，所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的

7、數(shù)據(jù)時，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機中CPU的開銷小。</p><p><b>　　方案的確定：</b></p><p>　　本設計要求按鍵較多，且本次設計只是對所學知識的一次實踐，設計要求簡單，容易實現(xiàn)，成本低。比較以上兩中設計方案，第二種成本低，占用單片機資源少，且容易實現(xiàn)，這樣的設計比較適合本次設計，故選用第二種設計方案。</p>&

8、lt;p>　　1.3.2系統(tǒng)構成框圖</p><p>　　基于AT89S52單片機的籃球計時計分器的系統(tǒng)框圖如圖1所示： </p><p><b>　　圖1系統(tǒng)框圖 </b></p><p>　　本系統(tǒng)采用單片機AT89C51作為本設計的核心元件，利用七段共陰極LED數(shù)碼管作為顯示器件。在此設計中共接入8個七段共陰極LED顯示器,其中4

9、個用于計錄甲、乙兩隊的分數(shù),每隊2個LED顯示器顯示范圍可達到0～99分，足夠滿足賽程要求；另外4個LED顯示器則用來計錄賽程的時間,其中2個用于顯示分鐘,2個用于顯示秒鐘。賽程計時采用倒計時方式。即比賽前將時間設置好,比賽開始時啟動計時,直到計時到零為至。計時范圍可達0～99分鐘,也完全滿足實際賽程的需要。</p><p>　　其次，為了配合計時器和計分器校正、調整時間和比分，我們在設計中設立了10個按鍵。其中

10、6個用于甲、乙兩隊的分數(shù)；另外4個則用于完成設置、調整、啟動和暫停時間等功能。</p><p>　　1.3.3 基本功能介紹</p><p>　　（1） 賽程時間設置</p><p>　　在計時電路中,先按EXCHANGE-TIME鍵，轉換到調時模式，再按鍵開關K1、K6用來設置時間。啟動時，初始時間為12分鐘。比如：當比賽時上半場時間為20分,則通過按K1鍵加分鐘

11、，直到顯示20。當想向下調時間可按k6鍵減時間。時間設置好后,等待比賽開始。</p><p>　　當比賽結束時,如果需增加比賽時間,這時增加比賽時間同樣由按鍵開關K1、K6用來設置,且方法和上面一樣。</p><p>　?。?） 賽程時間啟/停設置</p><p>　　在比賽要開始的時候按RUN/STOP鍵可開始計時，當中途要暫停時可按再按一次該鍵暫停。 </

12、p><p><b>　?。?）比分交換控制</b></p><p>　　比分交換控制由EXCHANGE鍵完成。我們知道,因為比分交換是在上半場賽程結束后進行的,此時只需要按該鍵則兩隊的分數(shù)會交換，比如上半場的比分為10：14，按了EXCHANGE鍵后，則LED分數(shù)顯示為14：10。</p><p>　?。?） 比分刷新控制</p>&

13、lt;p>　　由于在比賽中,甲、乙兩隊的比分是不斷變化的,所以需設置比分刷新控制裝置;此功能由圖3所示的計分電路中的按鍵開關K1～K6完成:</p><p>　　K1鍵: 完成TEAM1隊加1分操作；</p><p>　　K2鍵: 完成TEAM1隊加2分操作；</p><p>　　K3鍵: 完成TEAM1隊加3分操作；</p><p>

14、　　K4鍵: 完成TEAM2隊加1分操作；</p><p>　　K5鍵: 完成TEAM2隊加2分操作；</p><p>　　K6鍵: 完成TEAM2隊加3分操作。</p><p><b>　?。?）計分計時顯示</b></p><p>　　計分計時顯示器是采用七段共陰LED數(shù)碼管顯示。其中計時是用4個LED顯示器,計分用

15、4個LED顯示器;計時顯示格式為00，計分顯示格式為00.00 。</p><p><b>　?。?）賽程結束報警</b></p><p>　　當比賽結束時,系統(tǒng)會自動報警聲,提示比賽結束。</p><p>　　1.3.4籃球計時計分器的工作過程</p><p>　　整個籃球比賽計時計分器的工作過程如下：首先在比賽之前,

16、接通電源,系統(tǒng)自動復位,此時計時電路與計分電路中的共陰極數(shù)碼管顯示為0000和12.00；然后我們按計時電路中的EXCHANGE-TIME鍵，k1鍵，k6鍵，來設置比賽的時間。時間設置好時,等待比賽開始,當裁判吹響開始哨聲時,立即按下RUN/STOP鍵啟動計時,這時計時電路便開始工作,計時采用倒計時方式,即從12分00秒減到00分00秒表示結束, 一場結束時,蜂鳴器會發(fā)出響聲,通知上半場結束。在整個賽程中，按EXCHANGE鍵完成甲、乙

17、兩隊的分數(shù)交換，我們還要對兩隊比分進行及時刷新,這時我們通過計分電路中的K1～K6鍵完成此功能,K1、K2和K3鍵完成對甲隊的加分, K4、K5和K6鍵完成對乙隊的加分。</p><p>　　由于加分我們采用中斷完成,且加分的中斷優(yōu)先權小于計時電路的中斷優(yōu)先權,所以不會對計時電路造成影響。如果在比賽過程中,一方教練申請暫停時,經裁判批準,我們立即按下RUN/STOP鍵,即可以暫停計時,暫停時間到時,再按RUN/S

18、TOP鍵繼續(xù)計時,直至本場比賽結束, 蜂鳴器會發(fā)出響聲,表示比賽結束。</p><p><b>　　二 系統(tǒng)硬件設計</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)硬件部分組成</p><p>　　系統(tǒng)硬件主要是由單片機AT89C51、計時顯示電路、計分顯示電路、報警電路和按鍵開關五個部分組成。</p><p>　　籃球比賽

19、積分的準確性和計時的精度是有很高要求的，而單片機在這方面有著出色的表現(xiàn)。本系統(tǒng)采用頻率為12MHz的芯片。</p><p>　　單片機是該系統(tǒng)電路的核心組成部分，系統(tǒng)的各種功能都是在單片機內通過編程來實現(xiàn)的。它包含了作為微型計算機所必需的基本功能部件, 各功能部件通過片內單一總線連成一個整體,集成在一塊芯片上。單片機主要包括1個8位CPU、1個片內振蕩器及時鐘電路、128B RAM、 4KB ROM、2個16位定

20、時器/計數(shù)器、32條可編程的I/O線和一個可編程的全雙工串行接口。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)定時控制部件設計</p><p>　　定時控制部件是在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的全部內部和外部控制信號，使個功能元件協(xié)調工作，完成指令所規(guī)定的內容。主要任務時產生一個工作時序，其工作需要時鐘電路一共一個工作頻率。</p><p>　　秒信號經秒、分計數(shù)器后分別得到“

21、秒”個位、十位，“分”個位、十位的計時輸出信號，然后輸出到譯碼顯示電路?！懊搿庇嫈?shù)器應為60進制，而“時”計數(shù)器可為大于等于40的任意進制。</p><p>　　本系統(tǒng)采用的是內部時鐘產生方式，與內部反相器構成穩(wěn)定的自激振蕩器。其發(fā)出的脈沖直接送入片內的定時控制部件。</p><p><b>　　圖2時鐘電路</b></p><p>　　2.3

22、系統(tǒng)的復位電路設計</p><p>　　單片機通常采用上電復位、按鈕電平復位、外部脈沖復位、上電加按鈕電平復位等方式。本設計采用按鍵電平復位方式控制單片機的運行。</p><p><b>　　圖3復位電路</b></p><p>　　2.4顯示系統(tǒng)的設計</p><p>　　為了顯示字符，要為LED顯示器提供顯示段碼（或

23、字形代碼），組成一個“8”字形字符的7段，再加上1個小數(shù)點位，共8段，因此提供給LED顯示器的顯示段碼為1的字符。本設計采用共陰極接法，把所有組成八段數(shù)碼管的發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常接地，通過控制每一只發(fā)光二極管的陽極電平來使其發(fā)光或熄滅，陽極為高電平則發(fā)光，陽極為低電平則熄滅。</p><p>　　為了顯示字符，要為LED顯示器提供顯示段碼（或字形代碼)，組成一個“8”字形字符的7段，再加上1個小數(shù)點位，

24、共8段，因此提供給LED顯示器的顯示段碼為1的字符，各段碼的對應關系如圖4所示：</p><p>　　圖4 數(shù)碼管的引腳結構圖</p><p>　　共陰極數(shù)碼管內部發(fā)光二極管的陰極(負極)都聯(lián)在一起,此數(shù)碼管陰極(負極)在外部只有一個引腳。</p><p><b>　　2.5報警電路設計</b></p><p>　　當比

25、賽結束時，系統(tǒng)執(zhí)行相應的程序帶動蜂鳴器發(fā)出響聲，實現(xiàn)報警提示功能，以便讓賽會組織者做出相應的行為活動，使得比賽有秩序的進行下去。</p><p><b>　　圖5報警電路</b></p><p><b>　　三 系統(tǒng)軟件設計</b></p><p>　　3.1軟件設計總流程圖</p><p>　　本

26、設計軟件設計部分采用模塊化程序設計，程序部分由主程序、延時子程序、T0中斷服務程序、按鍵掃描子程序、數(shù)碼管顯示子程序、定時設置子程序、結束報警顯示子程序。程序的總流程圖如圖6所示： </p><p><b>　　圖6 程序流程圖</b></p><p><b>　　3.2計時程序設計</b></p><p>　　主程序采用

27、方式0計時，中斷的方式執(zhí)行。設定初值開始倒計時，一秒一秒地減少與零進行比較?？词欠駷榱?，不為零則循環(huán)執(zhí)行直到為零后執(zhí)行相應的操作。為零后分鐘減少1，秒位置重新賦初值，以便重新開始計時。循環(huán)以上才操作直到計時分秒都為零時比賽結束。</p><p><b>　　3.3加分程序設計</b></p><p>　　查詢方式判斷鍵盤是否按下，有按下則執(zhí)行相應的處理程序，以便顯示可

28、以判斷執(zhí)行按鍵操作了沒，程序見附錄。</p><p><b>　　3.4顯示設計</b></p><p>　　顯示部分通過P0口外加上拉電阻進行顯示，數(shù)碼管采用七段共陰極數(shù)碼管，通過查表指令進行顯示，首先將要現(xiàn)實的緩存單元送入累加器中，通過累加器進行查表，將要顯示的數(shù)值存儲起來，然后通過位選型號，將要顯示的位數(shù)碼管代開，進行顯示。并通過延時子程序進行延時，使其顯示的數(shù)

29、值穩(wěn)定下來。然后再通過位選信號，將顯示的數(shù)值關斷，從而顯示下一個數(shù)值。但當顯示完一圈后程序跳出，等待下一個跳進來的指令，再次進行顯示。</p><p><b>　　3.5報時程序設計</b></p><p>　　當比賽結束時，系統(tǒng)執(zhí)行相應的程序帶動蜂鳴器發(fā)出響聲，實現(xiàn)報警提示功能，以便讓賽會組織者做出相應的行活動，使得比賽有秩序地進行下去。</p>&l

30、t;p><b>　　3.6主程序流程圖</b></p><p>　　圖7主程序流程圖 </p><p>　　四 調試分析及所用器件</p><p><b>　　4.1 調試環(huán)境</b></p><p>　　本設計使用仿真軟件Proteus和Keil 進行聯(lián)合調試。原理圖在Proteus提供的

31、模板中選擇恰當?shù)脑骷M行設計繪圖，完成電路的搭建，發(fā)現(xiàn)設計中的錯誤及時改正。所有c語言源程序都在Keil 下編寫，對仿真軟件進行相應的設置后，Keil 和Proteus能進行通信，即在Keil 中全速運行程序時，Proteus中的單片機系統(tǒng)也會自動運行。系統(tǒng)的軟件調試借助于TKS仿真器，在進行系統(tǒng)軟件的連續(xù)調試之前要先進行軟件的初調，就是要使各個子程序模塊運行正確，程序的運行流程正確。</p><p>　　利用

32、PROTEUS軟件仿真，性能穩(wěn)定，功能齊全，調節(jié)靈活，顯示范圍寬，且方便易行，不需要硬件的支持。</p><p>　　由以上的仿真結果可知，本設計已經圓滿完成了設計要求，并且在原要求的基礎上擴展了一些使用的功能，例如自動換場地、按鍵聲音、加速調時，采用了倒計時等?？蓾M足各種規(guī)?；@球及其它相關比賽賽程需要。</p><p><b>　　4.2元件清單</b></p