課程設(shè)計(jì)--- 基于單片機(jī)的籃球賽計(jì)時(shí)計(jì)分器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于單片機(jī)的籃球賽計(jì)時(shí)計(jì)分器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　籃球計(jì)時(shí)計(jì)分器</b></p><p>　　1.2 系統(tǒng)功能要求</p>

2、<p>　　本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能如下：</p><p>　?。?）主控部分：選擇單片機(jī)為核心元件構(gòu)成系統(tǒng)。</p><p>　?。?）計(jì)時(shí)部分：能記錄整個(gè)賽程的比賽時(shí)間，并能修改時(shí)間、暫停時(shí)間。</p><p>　　（3）計(jì)分部分：能隨時(shí)刷新甲、乙兩隊(duì)在整個(gè)賽程中的比分。</p><p>　　（4）中場(chǎng)交換比賽場(chǎng)地時(shí)，能交換甲、乙兩

3、隊(duì)比分的位置。</p><p>　?。?）比賽時(shí)間結(jié)束時(shí)，能發(fā)出報(bào)警指令。</p><p>　　1.3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)由AT89C51編程控制LED七段數(shù)碼管作球賽計(jì)時(shí)計(jì)分系統(tǒng)具有賽程定時(shí)設(shè)置、賽程時(shí)間暫停、性能穩(wěn)定、操作方便且易攜帶等特點(diǎn)。</p><p>　　1.3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證</p>

4、<p>　　本設(shè)計(jì)是基于89C52單片機(jī)的鍵盤控制及顯示電路設(shè)計(jì)，從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(duì)于每一個(gè)部分都有不同的設(shè)計(jì)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(gòu)成4×4矩陣鍵盤，直接接到89C51單

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

6、是式鍵盤，每個(gè)按鍵的"接零端"均接地，每個(gè)按鍵的"測(cè)試端"各接一條輸入線，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易地判斷哪個(gè)鍵被按下了，這種方法操作速度高而且軟件結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單。這種方法比較適合按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)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(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)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(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機(jī)中CPU的開(kāi)銷小。</p><p><b>　　方案的確定：</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)要求按鍵較多，且本次設(shè)計(jì)只是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次實(shí)踐，設(shè)計(jì)要求簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，成本低。比較以上兩中設(shè)計(jì)方案，第二種成本低，占用單片機(jī)資源少，且容易實(shí)現(xiàn)，這樣的設(shè)計(jì)比較適合本次設(shè)計(jì)，故選用第二種設(shè)計(jì)方案。</p>&

8、lt;p>　　1.3.2系統(tǒng)構(gòu)成框圖</p><p>　　基于AT89S52單片機(jī)的籃球計(jì)時(shí)計(jì)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(jī)AT89C51作為本設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中共接入8個(gè)七段共陰極LED顯示器,其中4

9、個(gè)用于計(jì)錄甲、乙兩隊(duì)的分?jǐn)?shù),每隊(duì)2個(gè)LED顯示器顯示范圍可達(dá)到0～99分，足夠滿足賽程要求；另外4個(gè)LED顯示器則用來(lái)計(jì)錄賽程的時(shí)間,其中2個(gè)用于顯示分鐘,2個(gè)用于顯示秒鐘。賽程計(jì)時(shí)采用倒計(jì)時(shí)方式。即比賽前將時(shí)間設(shè)置好,比賽開(kāi)始時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí),直到計(jì)時(shí)到零為至。計(jì)時(shí)范圍可達(dá)0～99分鐘,也完全滿足實(shí)際賽程的需要。</p><p>　　其次，為了配合計(jì)時(shí)器和計(jì)分器校正、調(diào)整時(shí)間和比分，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中設(shè)立了10個(gè)按鍵。其中

10、6個(gè)用于甲、乙兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)；另外4個(gè)則用于完成設(shè)置、調(diào)整、啟動(dòng)和暫停時(shí)間等功能。</p><p>　　1.3.3 基本功能介紹</p><p>　?。?） 賽程時(shí)間設(shè)置</p><p>　　在計(jì)時(shí)電路中,先按EXCHANGE-TIME鍵，轉(zhuǎn)換到調(diào)時(shí)模式，再按鍵開(kāi)關(guān)K1、K6用來(lái)設(shè)置時(shí)間。啟動(dòng)時(shí)，初始時(shí)間為12分鐘。比如：當(dāng)比賽時(shí)上半場(chǎng)時(shí)間為20分,則通過(guò)按K1鍵加分鐘

11、，直到顯示20。當(dāng)想向下調(diào)時(shí)間可按k6鍵減時(shí)間。時(shí)間設(shè)置好后,等待比賽開(kāi)始。</p><p>　　當(dāng)比賽結(jié)束時(shí),如果需增加比賽時(shí)間,這時(shí)增加比賽時(shí)間同樣由按鍵開(kāi)關(guān)K1、K6用來(lái)設(shè)置,且方法和上面一樣。</p><p>　?。?） 賽程時(shí)間啟/停設(shè)置</p><p>　　在比賽要開(kāi)始的時(shí)候按RUN/STOP鍵可開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)中途要暫停時(shí)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?yàn)楸确纸粨Q是在上半場(chǎng)賽程結(jié)束后進(jìn)行的,此時(shí)只需要按該鍵則兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)會(huì)交換，比如上半場(chǎng)的比分為10：14，按了EXCHANGE鍵后，則LED分?jǐn)?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(duì)的比分是不斷變化的,所以需設(shè)置比分刷新控制裝置;此功能由圖3所示的計(jì)分電路中的按鍵開(kāi)關(guān)K1～K6完成:</p><p>　　K1鍵: 完成TEAM1隊(duì)加1分操作；</p><p>　　K2鍵: 完成TEAM1隊(duì)加2分操作；</p><p>　　K3鍵: 完成TEAM1隊(duì)加3分操作；</p><p>

14、　　K4鍵: 完成TEAM2隊(duì)加1分操作；</p><p>　　K5鍵: 完成TEAM2隊(duì)加2分操作；</p><p>　　K6鍵: 完成TEAM2隊(duì)加3分操作。</p><p><b>　?。?）計(jì)分計(jì)時(shí)顯示</b></p><p>　　計(jì)分計(jì)時(shí)顯示器是采用七段共陰LED數(shù)碼管顯示。其中計(jì)時(shí)是用4個(gè)LED顯示器,計(jì)分用

15、4個(gè)LED顯示器;計(jì)時(shí)顯示格式為00，計(jì)分顯示格式為00.00 。</p><p><b>　?。?）賽程結(jié)束報(bào)警</b></p><p>　　當(dāng)比賽結(jié)束時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警聲,提示比賽結(jié)束。</p><p>　　1.3.4籃球計(jì)時(shí)計(jì)分器的工作過(guò)程</p><p>　　整個(gè)籃球比賽計(jì)時(shí)計(jì)分器的工作過(guò)程如下：首先在比賽之前,

16、接通電源,系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位,此時(shí)計(jì)時(shí)電路與計(jì)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(jì)時(shí)電路中的EXCHANGE-TIME鍵，k1鍵，k6鍵，來(lái)設(shè)置比賽的時(shí)間。時(shí)間設(shè)置好時(shí),等待比賽開(kāi)始,當(dāng)裁判吹響開(kāi)始哨聲時(shí),立即按下RUN/STOP鍵啟動(dòng)計(jì)時(shí),這時(shí)計(jì)時(shí)電路便開(kāi)始工作,計(jì)時(shí)采用倒計(jì)時(shí)方式,即從12分00秒減到00分00秒表示結(jié)束, 一場(chǎng)結(jié)束時(shí),蜂鳴器會(huì)發(fā)出響聲,通知上半場(chǎng)結(jié)束。在整個(gè)賽程中，按EXCHANGE鍵完成甲、乙

17、兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)交換，我們還要對(duì)兩隊(duì)比分進(jìn)行及時(shí)刷新,這時(shí)我們通過(guò)計(jì)分電路中的K1～K6鍵完成此功能,K1、K2和K3鍵完成對(duì)甲隊(duì)的加分, K4、K5和K6鍵完成對(duì)乙隊(duì)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(quán)小于計(jì)時(shí)電路的中斷優(yōu)先權(quán),所以不會(huì)對(duì)計(jì)時(shí)電路造成影響。如果在比賽過(guò)程中,一方教練申請(qǐng)暫停時(shí),經(jīng)裁判批準(zhǔn),我們立即按下RUN/STOP鍵,即可以暫停計(jì)時(shí),暫停時(shí)間到時(shí),再按RUN/S

18、TOP鍵繼續(xù)計(jì)時(shí),直至本場(chǎng)比賽結(jié)束, 蜂鳴器會(huì)發(fā)出響聲,表示比賽結(jié)束。</p><p><b>　　二 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</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(jī)AT89C51、計(jì)時(shí)顯示電路、計(jì)分顯示電路、報(bào)警電路和按鍵開(kāi)關(guān)五個(gè)部分組成。</p><p>　　籃球比賽

19、積分的準(zhǔn)確性和計(jì)時(shí)的精度是有很高要求的，而單片機(jī)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(jī)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(jī)內(nèi)通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它包含了作為微型計(jì)算機(jī)所必需的基本功能部件, 各功能部件通過(guò)片內(nèi)單一總線連成一個(gè)整體,集成在一塊芯片上。單片機(jī)主要包括1個(gè)8位CPU、1個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路、128B RAM、 4KB ROM、2個(gè)16位定

20、時(shí)器/計(jì)數(shù)器、32條可編程的I/O線和一個(gè)可編程的全雙工串行接口。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)定時(shí)控制部件設(shè)計(jì)</p><p>　　定時(shí)控制部件是在規(guī)定的時(shí)刻發(fā)出各種操作所需的全部?jī)?nèi)部和外部控制信號(hào)，使個(gè)功能元件協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的內(nèi)容。主要任務(wù)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)工作時(shí)序，其工作需要時(shí)鐘電路一共一個(gè)工作頻率。</p><p>　　秒信號(hào)經(jīng)秒、分計(jì)數(shù)器后分別得到“

21、秒”個(gè)位、十位，“分”個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)輸出信號(hào)，然后輸出到譯碼顯示電路?！懊搿庇?jì)數(shù)器應(yīng)為60進(jìn)制，而“時(shí)”計(jì)數(shù)器可為大于等于40的任意進(jìn)制。</p><p>　　本系統(tǒng)采用的是內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生方式，與內(nèi)部反相器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。其發(fā)出的脈沖直接送入片內(nèi)的定時(shí)控制部件。</p><p><b>　　圖2時(shí)鐘電路</b></p><p>　　2.3

22、系統(tǒng)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)通常采用上電復(fù)位、按鈕電平復(fù)位、外部脈沖復(fù)位、上電加按鈕電平復(fù)位等方式。本設(shè)計(jì)采用按鍵電平復(fù)位方式控制單片機(jī)的運(yùn)行。</p><p><b>　　圖3復(fù)位電路</b></p><p>　　2.4顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了顯示字符，要為L(zhǎng)ED顯示器提供顯示段碼（或

23、字形代碼），組成一個(gè)“8”字形字符的7段，再加上1個(gè)小數(shù)點(diǎn)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(shè)計(jì)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(guò)控制每一只發(fā)光二極管的陽(yáng)極電平來(lái)使其發(fā)光或熄滅，陽(yáng)極為高電平則發(fā)光，陽(yáng)極為低電平則熄滅。</p><p>　　為了顯示字符，要為L(zhǎng)ED顯示器提供顯示段碼（或字形代碼)，組成一個(gè)“8”字形字符的7段，再加上1個(gè)小數(shù)點(diǎn)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(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4所示：</p><p>　　圖4 數(shù)碼管的引腳結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　共陰極數(shù)碼管內(nèi)部發(fā)光二極管的陰極(負(fù)極)都聯(lián)在一起,此數(shù)碼管陰極(負(fù)極)在外部只有一個(gè)引腳。</p><p><b>　　2.5報(bào)警電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　當(dāng)比

25、賽結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的程序帶動(dòng)蜂鳴器發(fā)出響聲，實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示功能，以便讓賽會(huì)組織者做出相應(yīng)的行為活動(dòng)，使得比賽有秩序的進(jìn)行下去。</p><p><b>　　圖5報(bào)警電路</b></p><p><b>　　三 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1軟件設(shè)計(jì)總流程圖</p><p>　　本

26、設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)部分采用模塊化程序設(shè)計(jì)，程序部分由主程序、延時(shí)子程序、T0中斷服務(wù)程序、按鍵掃描子程序、數(shù)碼管顯示子程序、定時(shí)設(shè)置子程序、結(jié)束報(bào)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(jì)時(shí)程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　主程序采用

27、方式0計(jì)時(shí)，中斷的方式執(zhí)行。設(shè)定初值開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，一秒一秒地減少與零進(jìn)行比較?？词欠駷榱悖粸榱銊t循環(huán)執(zhí)行直到為零后執(zhí)行相應(yīng)的操作。為零后分鐘減少1，秒位置重新賦初值，以便重新開(kāi)始計(jì)時(shí)。循環(huán)以上才操作直到計(jì)時(shí)分秒都為零時(shí)比賽結(jié)束。</p><p><b>　　3.3加分程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　查詢方式判斷鍵盤是否按下，有按下則執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，以便顯示可

28、以判斷執(zhí)行按鍵操作了沒(méi)，程序見(jiàn)附錄。</p><p><b>　　3.4顯示設(shè)計(jì)</b></p><p>　　顯示部分通過(guò)P0口外加上拉電阻進(jìn)行顯示，數(shù)碼管采用七段共陰極數(shù)碼管，通過(guò)查表指令進(jìn)行顯示，首先將要現(xiàn)實(shí)的緩存單元送入累加器中，通過(guò)累加器進(jìn)行查表，將要顯示的數(shù)值存儲(chǔ)起來(lái)，然后通過(guò)位選型號(hào)，將要顯示的位數(shù)碼管代開(kāi)，進(jìn)行顯示。并通過(guò)延時(shí)子程序進(jìn)行延時(shí)，使其顯示的數(shù)

29、值穩(wěn)定下來(lái)。然后再通過(guò)位選信號(hào)，將顯示的數(shù)值關(guān)斷，從而顯示下一個(gè)數(shù)值。但當(dāng)顯示完一圈后程序跳出，等待下一個(gè)跳進(jìn)來(lái)的指令，再次進(jìn)行顯示。</p><p><b>　　3.5報(bào)時(shí)程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　當(dāng)比賽結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的程序帶動(dòng)蜂鳴器發(fā)出響聲，實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示功能，以便讓賽會(huì)組織者做出相應(yīng)的行活動(dòng)，使得比賽有秩序地進(jìn)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(diào)試分析及所用器件</p><p><b>　　4.1 調(diào)試環(huán)境</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)使用仿真軟件Proteus和Keil 進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。原理圖在Proteus提供的

31、模板中選擇恰當(dāng)?shù)脑骷M(jìn)行設(shè)計(jì)繪圖，完成電路的搭建，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤及時(shí)改正。所有c語(yǔ)言源程序都在Keil 下編寫，對(duì)仿真軟件進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置后，Keil 和Proteus能進(jìn)行通信，即在Keil 中全速運(yùn)行程序時(shí)，Proteus中的單片機(jī)系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。系統(tǒng)的軟件調(diào)試借助于TKS仿真器，在進(jìn)行系統(tǒng)軟件的連續(xù)調(diào)試之前要先進(jìn)行軟件的初調(diào)，就是要使各個(gè)子程序模塊運(yùn)行正確，程序的運(yùn)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(diào)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(jié)果可知，本設(shè)計(jì)已經(jīng)圓滿完成了設(shè)計(jì)要求，并且在原要求的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了一些使用的功能，例如自動(dòng)換場(chǎng)地、按鍵聲音、加速調(diào)時(shí)，采用了倒計(jì)時(shí)等?？蓾M足各種規(guī)模籃球及其它相關(guān)比賽賽程需要。</p><p><b>　　4.2元件清單</b></p