基于51單片機的籃球計時計分器.docx

目錄摘要1Abstract2緒論31.設(shè)計原理41.1原理圖設(shè)計41.2各元器件介紹51.2.1數(shù)碼管介紹51.2.2排阻51.2.3AT89C52單片機芯片61.3各部分電路分析81.3.1振蕩電路81.3.2外部復(fù)位電路81.3.3開關(guān)電路91.3.4顯示電路91.3.5揚聲器電路103.軟件設(shè)計113.1設(shè)計思路113.2設(shè)計框圖123.3編程前的準(zhǔn)備134仿真結(jié)果146心得體會17附錄18本科生課程設(shè)計成績評定表31摘要籃球比賽計分器的設(shè)計是為了解決籃球比賽時計分與計時準(zhǔn)確方便和靈活適用的問題而提出的，我組設(shè)計的籃球比賽計分器硬件部分主要利用AT89S52單片機完成了計分與計時的功能，并通過兩個四位七段數(shù)碼管分別用來顯示比賽時間和甲、乙比賽雙方的分數(shù)，軟件部分利用Keil C51軟件來進行編譯，通過Proteus軟件進行仿真，最后將生成的HEX文件燒入到單片機芯片中。采用該系統(tǒng)可根據(jù)實際情況進行時間的準(zhǔn)確顯示和比分修改，具有低功耗、可靠性強、安全性高以及低成本等特點，主要不足之處在于計時顯示部分有時會出現(xiàn)顯示不穩(wěn)定的情況，基本滿足了本次設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：單片機；籃球賽計分；籃球賽計時；數(shù)碼管AbstractBasketball match score indicator is designed to solve the basketball game scoring and timing is accurate, convenient and flexible applicable problem, and that my 14-year-old basketball game hardware part of the group design mainly USES AT89S52 MCU to complete the scoring and timing functions, and through the two four seven segment digital tube is used to display the match time and party a and b both sides score, software part use Keil C51 software to compile, through the Proteus software simulation, finally will generate burn-in HEX file to the MCU chip. Using the system can according to the actual situation to the accurate display and modify the score of time, with low power consumption, high reliability, safety and low cost etc., the main shortcoming in the timer display part can appear sometimes unstable situation, basic meet the requirement of the design.Key words: single chip microcomputer; The basketball game scoring; The basketball game timing; Digital tube緒論體育比賽計時計分系統(tǒng)是對體育比賽過程中所產(chǎn)生的時間、比分等數(shù)據(jù)進行快速采集記錄，加工處理，傳遞數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)。根據(jù)不同運動項目的不同比賽規(guī)則要求，體育比賽的計時計分系統(tǒng)包括測量類、評分類、命中類、制勝類得分類等多種類型?；@球比賽是根據(jù)參賽隊在規(guī)定的比賽時間里得分多少來決定勝負的，因此，籃球比賽的計時計分系統(tǒng)是一種得分類型的系統(tǒng)是一個負責(zé)籃球比賽的數(shù)據(jù)采集和分配的專用系統(tǒng)，它負責(zé)對比賽結(jié)果、成績信息的采集處理、傳輸分配，即將籃球比賽比分數(shù)據(jù)通過專用的技術(shù)接口分別傳送給裁判員、教練員、計算機信息系統(tǒng)和現(xiàn)場觀眾等?；@球比賽的計時計分系統(tǒng)由計時器、計分器等多種電子設(shè)備組成，由于比賽的不可重復(fù)性，決定了籃球計時計分系統(tǒng)是一個實時性很強、可靠性要求極高的電子服務(wù)系統(tǒng)，所以計時計分設(shè)備是籃球比賽中不可缺少的電子設(shè)備，計時計分系統(tǒng)設(shè)計是否合理，關(guān)系到比賽系統(tǒng)運行的穩(wěn)定和可靠，并直接影響到比賽的順利進行。同時，根據(jù)目前高水平籃球比賽要求，完善的籃球比賽計時計分系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)能夠與現(xiàn)場成績處理、現(xiàn)場大屏幕、電視轉(zhuǎn)播車等多種設(shè)備相聯(lián)，以便實現(xiàn)高比賽現(xiàn)場感、表演娛樂觀眾等功能目標(biāo)。隨著比賽規(guī)則的進一步完善，相應(yīng)的計時計分系統(tǒng)也必須隨之改進。單片機，亦稱單片微電腦或單片微型計算機。它是把中央處理器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入/輸出端口（I/0）等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。計算機的產(chǎn)生加快了人類改造世界的步伐，但是它畢竟體積大。微計算機（單片機）在這種情況下誕生了，它為我們改變了什么？縱觀我們現(xiàn)在生活的各個領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機上各種儀表的控制，從計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等，這些都離不開單片機。由于單片機的集成度高，功能強，通用性好，特別是它具有體積小，重量輕，能耗低，價格便宜，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特的優(yōu)點，使單片機迅速得到了推廣應(yīng)用，目前已經(jīng)成為測量控制應(yīng)用系統(tǒng)中的優(yōu)選機種和新電子產(chǎn)品的關(guān)鍵部位。世界各大電氣廠家、測控技術(shù)企業(yè)、機電行業(yè)，競相把單片機應(yīng)用于產(chǎn)品更新，作為實現(xiàn)數(shù)字化、智能化的核心部件。本篇設(shè)計籃球比賽計時計分器就是以單片機為核心的計時計分系統(tǒng)。1.設(shè)計原理1.1原理圖設(shè)計由課設(shè)要求知，籃球計時計分器要實現(xiàn)計時和計分的功能，計時設(shè)計到定時器，故要涉及到定時器中斷。因為有暫停，換場等功能，故要設(shè)計到外部中斷。對于計分的加減，可對鍵盤進行查詢得到。由于此次要用到8個數(shù)碼管，我選擇的是共陰數(shù)碼管，選擇動態(tài)顯示比較節(jié)約資源。設(shè)計從P0口輸出8位數(shù)據(jù)，作為數(shù)碼管的位信號，控制數(shù)碼管顯示什么數(shù)字，從P2輸出8位數(shù)據(jù)作為數(shù)碼管的片選信號，控制是那一片數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。我們此次設(shè)計中，設(shè)計了加一、加二、加三、減一按鍵，方便計分，另外還有三個按鍵，分別用來控制調(diào)整計時，換場，暫停繼續(xù)，八個計分鍵接在P1口。暫停繼續(xù)接在P3.0口，換場接在P3.2口，設(shè)置時間調(diào)整的鍵接在P3.3。因為涉及到了多個中斷，所以要涉及到中斷的優(yōu)先級，我們小組設(shè)置的是換場和時間設(shè)置的中斷優(yōu)先級高，暫停繼續(xù)和定時器0中斷較低。我們選擇的晶振頻率為12MHz，故機器周期為1us。設(shè)計的整體電路如下：圖1.1總體設(shè)計電路1.2各元器件介紹1.2.1數(shù)碼管介紹此次設(shè)計用到的是共陰數(shù)碼管。計分選擇的是四位共陰數(shù)碼管，即當(dāng)位選信號為低電平時，該數(shù)碼管被選中有效。圖1.2四位共陰數(shù)碼管管腳圖詳解圖1.3四位共陰數(shù)碼管實物引腳圖1.2.2排阻圖中的RESPACK-8是9腳排阻。最左邊為8個電阻的公共端，接在高電平上，另外8個引腳分別與P0口的引腳接在一起，使P0口各位不是輸出低電平時，成高電平。圖1.4排阻引腳圖1.2.3AT89C52單片機芯片P0 口：P0 口是一個8 位漏極開路的雙向I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8 個TTL邏輯電平。對P0 端口寫“1”時，引腳用做高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0 口也被作為低8 位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0 具有內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。在程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TT 邏輯電平。當(dāng)對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此 外，P1.0 和P1.2 分別作為定時器/計數(shù)器2 的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如表1-1 所示。在Flash編程和校驗時，P1口接收低8 位地址字節(jié)。P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TT邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2 口送出高8 位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8 位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在Flash編程和校驗時，P2 口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TT邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3 口也作為AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如表1-2所示。在Flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。表1.1P3口的第二功能表端口引腳第二功能P3.0RXD（串行數(shù)據(jù)接收端）P3.1TXD（串行數(shù)據(jù)發(fā)送端）P3.2/INT0（外部中斷0申請輸入端）P3.3/INT1（外部中斷1申請輸入端）P3.4T0（記時器0計數(shù)輸入端）P3.5 T1（記時器1計數(shù)輸入端）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）1.3各部分電路分析1.3.1振蕩電路圖1.5外部振蕩電路圖石英晶體的振蕩頻率為12MHz，故機器周期為1us。本次設(shè)計要使用到AT89C51單片機的時鐘振蕩功能。AT89C51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入和輸出端。這個放大器與作為反饋元件與片外石英晶體或者陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。1.3.2外部復(fù)位電路TU圖1.6外部復(fù)位電路圖1.6外部復(fù)位電路1.3.3開關(guān)電路圖1.7鍵盤電路鍵盤按鍵在沒有按下時，連接的為高電平，當(dāng)有按鍵按下時，對應(yīng)按鍵所連接的連接線拉低為低電平1.3.4顯示電路圖1.8顯示電路其中A B C D E F G DP為每片數(shù)碼管的內(nèi)部LED燈的段選線，1,2,3,4（下面的是1,2）是位選線。低電平有效。1.3.5揚聲器電路圖1.9揚聲器電路當(dāng)P3.6口輸出高電平時，揚聲器響，P3.6口輸出低電平時，揚聲器不響。3.軟件設(shè)計3.1設(shè)計思路系統(tǒng)開始運行后，計時和計分的數(shù)碼管被點亮。首先將定時器和A、B兩隊分數(shù)清零，然后設(shè)置定時，即設(shè)置一節(jié)比賽的時間，初始值為20分鐘。按下啟動/暫停鍵，計時器開始倒計時，當(dāng)計時到時，蜂鳴器響2秒。在計時到之前，可按啟動/暫停鍵可暫停計時，按動與單片機P1相連的8個按鈕可實現(xiàn)A、B兩隊分數(shù)的加減，即罰球加1分，兩分球加2分，三分球加3分，如果在比賽期間有計分錯誤的話，可以按下對應(yīng)隊伍的減1按鈕進行調(diào)整?；@球比賽在打完半場（即兩節(jié)）后，A、B兩隊需要交換場地，因此兩邊計分器的計分值需要進行交換，則在半場比賽結(jié)束后，需要按下比分交換鍵來交換比分，之后開始下半場的比賽，計時器和計分器開始工作。要實現(xiàn)上述功能，需要設(shè)計以下程序模塊來實現(xiàn)：主程序、時間中斷子程序、鳴音子程序、時間顯示子程序、比分顯示子程序、調(diào)時時間子程序、調(diào)時子程序、交換場地子程序。主程序用來實現(xiàn)系統(tǒng)初始化以及按鍵的控制、子程序的調(diào)用；時間中斷子程序用來實現(xiàn)倒計時功能，即完成指定的計時后停止計時并復(fù)位至設(shè)定的計時值；時間顯示子程序用來控制4輸入七段共陰LED數(shù)碼管的顯示；比分顯示程序控制2個2輸入七段共陰LED數(shù)碼管的顯示；調(diào)時時間顯示程序用來切換4輸入七段共陰LED數(shù)碼管的顯示狀態(tài)，在計時狀態(tài)時，數(shù)碼管的四位全部顯示，前兩位為分，后兩位為秒，在調(diào)時狀態(tài)時，只有后兩位顯示分鐘數(shù)；調(diào)時子程序則完成初始計時時間的設(shè)置功能；交換場地程序用來調(diào)整交換兩個2輸入七段共陰LED數(shù)碼管的顯示值；鳴音子程序用來在計時時間到時使單片機P3.6輸出高電平，與驅(qū)動電路共同作用使蜂鳴器發(fā)聲報警。開始3.2設(shè)計框圖定時器清零；甲、乙兩隊比分清零N設(shè)置定時啟動鍵是否按下Y開始倒計時Y定時間時到否蜂鳴器響2秒YN是否結(jié)束比賽是否暫停NN是否改變比分交換鍵是否按下NNYY甲乙兩隊對應(yīng)加減比分甲乙兩隊交換比分顯示位置結(jié)束3.3編程前的準(zhǔn)備編程前，必須設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)以及控制信號。編程單元的地址加在P0口和P1口的P2.0口以及P3.0，P3.2，P3.3，數(shù)據(jù)從P0口輸入， 為低電平，RST保持高電平，/Vpp引腳是編程電源的輸入端，按要求加上編程電壓。 編程時，可采用420MHZ的時鐘振蕩器，本次設(shè)計采用12MHZ的石英晶體振蕩器。具體過程是：（1）給時鐘顯示分配地址，分鐘存在21H,秒鐘存在20H，24H存放修改時間的分鐘低位，25H存放分鐘低位。30H到33H為時間緩沖區(qū)。34H到37H為分數(shù)緩沖區(qū)。（2）P2口設(shè)置一個引腳為低電平，其他都為高電平，循環(huán)左移或循環(huán)右移依次顯示各數(shù)據(jù)，應(yīng)為要顯示的數(shù)據(jù)存儲空間也是連續(xù)的，可以通過同步移動實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸出。（3）通過外部鍵盤控制開始計時和停止計時，可通過查詢法查看鍵盤狀態(tài)，要消抖。通過多IT0取反，實現(xiàn)計時工作的進行還是暫停。每次中斷或者轉(zhuǎn)移子程序要進行現(xiàn)場保護。（4）設(shè)置中斷優(yōu)先級，此次設(shè)置的是改變定時優(yōu)先級高，定時中斷換場中斷優(yōu)先級低。4仿真結(jié)果初始狀態(tài)顯示設(shè)置定時為40分鐘開始計時 ，并進行相應(yīng)計分交換比分顯示位置（交換場地）6心得體會在本次畢業(yè)設(shè)計，我通過基于典型單片機AT89C51的設(shè)計和應(yīng)用，對于單片機工作原理，功能有了宏觀的了解，并對單片機匯編程序的應(yīng)用有了新的、進一步的認識。在本次設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，給我的感覺就是下手很難，很不順手，看似很簡單的電路，要動手把它給設(shè)計出來，是很難的一件事，主要原因是我們沒有經(jīng)常動手設(shè)計過電路。另外單片機系統(tǒng)的知識似懂非懂，而且很多知識當(dāng)時弄明白了，現(xiàn)在要用的時候又不記得，造成我用了大量的時間去查閱各種資料和程序命令，因此整個過程時間安排不合理。由于設(shè)計的計劃沒有安排好，設(shè)計的時間極為倉促，尤其是在硬件調(diào)試的過程中出現(xiàn)了很大的問題。另外資料的查找也是一大難題，這就要求我們在以后的學(xué)習(xí)中，應(yīng)該注意到這一點，更重要的是我們要學(xué)會把從書本中學(xué)到的知識和實際的電路聯(lián)系起來，這不論是對我們以后的就業(yè)還是學(xué)習(xí)，都會起到很大的促進和幫助。在用keil編譯過程中，對與語法錯誤檢查得非常仔細，對我們設(shè)計程序有很大的幫助。用proteus進行仿真時，對所設(shè)計的程序的邏輯檢查起到了很好的效果，根據(jù)仿真結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)了很多問題并做了修正。使用這兩個軟件對我們這次課程設(shè)計的成功完成起到了很大的促進作用。在此次實物制作過程中，使用開發(fā)板連接電路做出來的實物與仿真效果相同沒有問題，但是自己買的元器件回來自己焊的實物出了一些問題，我們設(shè)計使用的是共陰數(shù)碼管，但由于開的清單上字寫得比較含糊，老板發(fā)成了共陽數(shù)碼管，故不能正常顯示數(shù)字。但是直接使用開發(fā)板連接電路進行調(diào)試的時候，可以實現(xiàn)此次設(shè)計所要完成的功能?？傮w上來說此次設(shè)計是成功的，完成了籃球計時計分器的設(shè)計與制作。附錄此次設(shè)計的匯編程序ORG 0000HLJMP MAINORG 0003HLJMP CHANGEORG 000BHLJMP TIMEORG 0013HLJMP TIAOSHIORG 001BHLJMP YANSHIMAIN: MOV SP,#50HMOV TCON,#04HMOV 20H,#00H ;秒 MOV 21H,#0CH ;分 MOV 22H,#00H ;A隊分數(shù) MOV 23H,#00H ;B隊分數(shù)MOV 24H,#02H MOV 25H,#01H MOV 26H,#0CH ;分鐘定時區(qū)MOV 30H,#00H MOV 31H,#00H ;時間緩沖區(qū)MOV 32H,#02H MOV 33H,#01H MOV 34H,#00H MOV 35H,#00H ;分數(shù)顯示緩沖區(qū)MOV 36H,#00H MOV 37H,#00H MOV TMOD,#11HMOV TH0,#0D8HMOV TL0,#0F0HMOV TH1,#0D8HMOV TH1,#0F0HMOV IE,#10001111BMOV IP,#05HMOV R2,#64HCLR P3.6START:LCALL DISPT LCALL DISPF JNB P1.0,PP1 ;A隊加一分 JNB P1.1,PP2 ;A隊加兩分 JNB P1.2,PP3 ;A隊加三分JNB P1.3,PP4 ;A隊減一分 JNB P1.4,PP55 ;B隊加一分 JNB P1.5,PP66 ;B隊加兩分 JNB P1.6,PP77 ;B隊加三分JNB P1.7,PP88 ;B隊減一分 JB P3.0,STARTLCALL DELAYJB P3.0,STARTSTOP1:JNB P3.0,STOP1LCALL DELAY JNB P3.0,STOP1 CPL TR0 ;按鍵奇數(shù)次開始，偶數(shù)次暫停 LJMPSTARTPP55: LJMP PP5PP66: LJMP PP6PP77: LJMP PP7PP88: LJMPPP8PP1: LCALL DELAY JBP1.0,PPBSTOP11:JNBP1.0,STOP11LCALL DELAY JNB P1.0,STOP11 INC 22H MOV A,22H LJMP STOREAPP2:LCALL DELAYJB P1.1,PPBSTOP22:JNB 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