單片機(jī)籃球計(jì)時(shí)計(jì)分器報(bào)告.doc

單片機(jī)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報(bào)告籃球比賽計(jì)時(shí)計(jì)分器團(tuán)隊(duì)成員分工情況：XX：完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的總體撰寫，焊接方案設(shè)計(jì)和電路圖的繪制，程序編寫改進(jìn)XX：完成元器件采集，輔助電路焊接，電路圖修整以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完善XX：完成程序編寫燒錄，電路焊接，以及PCB版圖的繪制其中設(shè)計(jì)方案的確立由團(tuán)隊(duì)成員一起討論而成目 錄1選題背景32方案設(shè)計(jì)42.1硬件電路設(shè)計(jì)52.1.1硬件系統(tǒng)各功能模塊的電路52.1.2硬件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)92.1.3硬件系統(tǒng)的調(diào)試102.2軟件設(shè)計(jì)、編程及調(diào)試1022.1系統(tǒng)軟件的模塊程序設(shè) 102.2.2編程實(shí)現(xiàn)112.2.3軟件系統(tǒng)的調(diào)試113系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及最終實(shí)現(xiàn)結(jié)果展示114總結(jié)125 收獲與致謝136 參考文獻(xiàn)147附件151 選題背景單片機(jī)，亦稱單片微電腦或單片微型計(jì)算機(jī)。它是把中央處理器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、輸入/輸出端口（I/0）等主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)（單片機(jī)）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(gè)領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機(jī)上各種儀表的控制，從計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)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(jī)。由于單片機(jī)的集成度高，功能強(qiáng)，通用性好，特別是它具有體積小，重量輕，能耗低，價(jià)格便宜，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，使單片機(jī)迅速得到了推廣應(yīng)用，目前已經(jīng)成為測(cè)量控制應(yīng)用系統(tǒng)中的優(yōu)選機(jī)種和新電子產(chǎn)品的關(guān)鍵部位。世界各大電氣廠家、測(cè)控技術(shù)企業(yè)、機(jī)電行業(yè)，競(jìng)相把單片機(jī)應(yīng)用于產(chǎn)品更新，作為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化的核心部件。本設(shè)計(jì)由STC89C52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)?？蓮V泛適合各類學(xué)校和小團(tuán)體作為賽程計(jì)時(shí)計(jì)分。2方案設(shè)計(jì)籃球比賽計(jì)時(shí)計(jì)分器主要包括單片機(jī)控制模塊、計(jì)時(shí)計(jì)分LED顯示模塊、電源接口模塊、按鍵控制模塊、復(fù)位電路模塊和晶振模塊。通過這幾個(gè)模塊的協(xié)調(diào)工作就可以完成相應(yīng)的計(jì)時(shí)計(jì)分控制和顯示功能。模塊框圖如圖3-1所示。 STC89C52LED模塊電源接口模塊復(fù)位電路模塊按鍵控制模塊晶振模塊圖1 系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)是采用單片機(jī)STC89C52作為系統(tǒng)的核心元件，利用7段共陽(yáng)LED作為顯示器件。在此設(shè)計(jì)中共接入了6個(gè)7段共陽(yáng)數(shù)碼管，其中4個(gè)用于記錄甲、乙兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)，每隊(duì)2個(gè)LED顯示器顯示范圍為099分，足以滿足賽程需要，另外2個(gè)用來記錄賽程時(shí)間，其中1個(gè)用于顯示分鐘，1個(gè)用于顯示秒鐘。賽程計(jì)時(shí)采用順數(shù)計(jì)時(shí)方式，比賽開始時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)，計(jì)滿99即跳到0重新計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)范圍可達(dá)到099秒，可考慮選用四個(gè)數(shù)碼管讓計(jì)時(shí)范圍達(dá)到099分鐘。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4個(gè)按鍵。其中2個(gè)用于甲、乙兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)；另外2個(gè)則用于完成復(fù)位和暫停時(shí)間等功能。2.1硬件電路設(shè)計(jì)2.1.1硬件系統(tǒng)各功能模塊的電路設(shè)計(jì)1系統(tǒng)控制中心單片機(jī)STC89C52 STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)電路，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，2個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選 圖 2-1 STC89C52單片機(jī)引腳圖2.電源接口模塊在這次設(shè)計(jì)的作品中考慮到方便簡(jiǎn)潔性我們使用USB母口，提供5V電壓，因此這一模塊不再贅述。3按鍵控制模塊本作品共配置了4個(gè)獨(dú)立鍵盤來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的控制.4個(gè)獨(dú)立鍵盤分別K1、K2、K3、K4,分別連接到單片機(jī)的P2.3、P2.2、P2.1、P2.0。配合程序設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)初始化后，通過按下K1和K2分別顯示甲隊(duì)、乙隊(duì)的成績(jī)，按下K3復(fù)位，按下K4比賽暫停。 圖2-2 鍵盤接口4.晶振模塊晶振電路在單片機(jī)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。在一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，時(shí)鐘是保障系統(tǒng)正常工作的基準(zhǔn)振蕩定時(shí)信號(hào)，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機(jī)系統(tǒng)工作的快慢。根據(jù)不同需要可以采用不同頻率的晶振，這里采用12MHZ的晶振，另外有兩個(gè)30pF的電容，兩晶振引腳分別連到XTAL1和XTAL2振蕩脈沖輸入輸出引腳。具體連接圖如圖2-3所示。圖2-3 晶振電路5復(fù)位電路模塊復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，可以按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)，也可以通過監(jiān)視定時(shí)器來強(qiáng)迫復(fù)位。RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位電路在這里采用的是上電加按鍵復(fù)位電路形式，具體連接電路如圖2-4。 圖2-4 復(fù)位電路6. LED顯示模塊本設(shè)計(jì)采用6個(gè)共陽(yáng)數(shù)碼管顯示。通過2個(gè)74HC573鎖存實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送，四個(gè)數(shù)碼管用來計(jì)分，通過按鍵控制，分別顯示甲、乙兩隊(duì)的得分情況，兩個(gè)顯示十位，兩個(gè)各位，另外兩個(gè)數(shù)碼管分別顯示時(shí)間的十位與時(shí)間的各位。圖2-5所示為L(zhǎng)ED數(shù)碼管的電路連接圖。圖2-5 LED顯示模塊框圖2.1.2硬件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)由于有數(shù)碼管，連線較多較繁瑣，為了美觀，故主要連線都在板背面用焊錫焊接，其他連線都用排針和杜邦線組合連接。 由于電池?cái)y帶不便，且使用一段時(shí)間后會(huì)存在電量不足的情況，故采用USB母口來供電，方便簡(jiǎn)單。 關(guān)于下載，為了節(jié)約板上空間，單片機(jī)的程序是從其他板上燒錄再插到本作品上的。硬件系統(tǒng)的整體電路原理圖展示如下：圖2-6 整體電路圖2.1.3硬件系統(tǒng)的調(diào)試對(duì)照原理圖進(jìn)行焊接，應(yīng)先把硬件依次正確插到電路板上相應(yīng)的位置，然后再次檢查器件是否都正確，確定無誤后進(jìn)行焊接。在焊接的過程中要注意不要將相鄰的兩個(gè)引腳焊接在一起，防止短路影響使用。硬件連接好以后，先通過USB-ISP下載線將單片機(jī)和PC機(jī)連接，接著向單片機(jī)內(nèi)燒制已寫好的HEX程序，打開單片機(jī)，調(diào)試單片機(jī)程序。2.2軟件設(shè)計(jì)、編程及調(diào)試軟件的編程設(shè)計(jì)是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分，也是能否實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的關(guān)鍵。單片機(jī)編程常用的語(yǔ)言是C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言，最終都要轉(zhuǎn)為Intel HEX格式或二進(jìn)制格式(Binary)文件寫入單片機(jī)芯片內(nèi)。此次我組使用的是C語(yǔ)言進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。2.2.1系統(tǒng)軟件的模塊程序設(shè)計(jì)籃球比賽計(jì)時(shí)計(jì)分器軟件設(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、獨(dú)立鍵盤檢測(cè)子程序、中斷子程序、數(shù)碼管中斷刷新子程序等組成。reg52.h為51單片機(jī)庫(kù)文件，包含一些重要接口及寄存器定義?？刂奇I盤及鎖存器鎖存端均采用P2。 數(shù)據(jù)傳送均采用P0。根據(jù)共陽(yáng)極單位數(shù)碼管引腳圖可寫出0-F編碼。采用了52單片機(jī)的全部?jī)蓚€(gè)計(jì)時(shí)器，分別對(duì)數(shù)碼管刷新時(shí)間，及比賽時(shí)間進(jìn)行控制監(jiān)測(cè)。 外接晶振頻率為12M，可推算機(jī)器周期為1ns，進(jìn)而可算出相關(guān)計(jì)時(shí)器初值。 數(shù)碼管顯示為動(dòng)態(tài)顯示，1ms刷新一次，兩個(gè)鎖存器一個(gè)是段選（即控制哪個(gè)數(shù)碼管顯示）一個(gè)是位選（即控制顯示什么數(shù)字）。先送數(shù)據(jù)，再選數(shù)碼管。2.2.2編程實(shí)現(xiàn)我們這次軟件的編寫使用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的，由于以前有過C語(yǔ)言的學(xué)習(xí)，在這里用C語(yǔ)言編程也顯得輕車熟路。此外我們借鑒的參考書郭天祥著新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程都是以C語(yǔ)言為基礎(chǔ)的編程，書寫簡(jiǎn)潔明了。但是也有明顯的不足，采用C語(yǔ)言編程的執(zhí)行效率遠(yuǎn)小于用匯編語(yǔ)言。在以后的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，我們可以嘗試采用匯編語(yǔ)言編程來使效率得到提高。我們使用的軟件開發(fā)工具為Keil uVision2。Keil是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能、結(jié)構(gòu)、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。2.2.3軟件系統(tǒng)的調(diào)試這次軟件方面的調(diào)試主要是延時(shí)的調(diào)試。通過使用Keil軟件對(duì)時(shí)間進(jìn)行多次斷點(diǎn)調(diào)試，通過與硬件晶振進(jìn)行統(tǒng)一，最終調(diào)試出正確的時(shí)間。3.系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及最終實(shí)現(xiàn)結(jié)果展示系統(tǒng)聯(lián)調(diào)系統(tǒng)調(diào)試分為軟件調(diào)試和硬件調(diào)試，硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開的，許多硬件錯(cuò)誤是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)和糾正的，通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來調(diào)試以進(jìn)一步排除故障。最終實(shí)現(xiàn)結(jié)果： 按鍵1 實(shí)現(xiàn)對(duì)甲隊(duì)（前兩數(shù)碼管）分?jǐn)?shù)的加按鍵2 實(shí)現(xiàn)對(duì)乙隊(duì)（中間兩數(shù)碼管）分?jǐn)?shù)的加 按鍵3 實(shí)現(xiàn)對(duì)兩隊(duì)分?jǐn)?shù)的清零。按鍵4 暫停/恢復(fù)比賽。其中，比賽處于暫停時(shí)，甲隊(duì)乙隊(duì)分?jǐn)?shù)不可加，按鍵1、2無效。 4.總結(jié)這個(gè)程序是修改以后的版本。之前的版本中，數(shù)碼管顯示沒有采用中斷刷新，而是循環(huán)查詢刷新。故導(dǎo)致按鍵不松開的時(shí)候，整個(gè)單片機(jī)都在等待按鍵松開語(yǔ)句而不工作，浪費(fèi)CPU資源。delayms延時(shí)函數(shù)本來可以用中斷來替換，但是覺得對(duì)整體功能影響不大，而編寫中斷又相對(duì)麻煩，故沒有采用。鍵盤消抖可以用硬件來實(shí)現(xiàn)，即并聯(lián)電容濾波，但是未經(jīng)測(cè)試，而且板上空間有限，故采用軟件消抖，當(dāng)然也可以用中斷替換，宏觀上表現(xiàn)為多任務(wù)處理。由于課業(yè)等其它原因，程序修改較為倉(cāng)促。后來想到程序整體可以用狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)系統(tǒng)現(xiàn)態(tài)及狀態(tài)改變來控制實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。而由于main只查詢狀態(tài)，故可提高代碼質(zhì)量和執(zhí)行速度。但由于狀態(tài)機(jī)需要狀態(tài)變量較多，且編寫較為麻煩，故沒有采用。總的來說，本次課程設(shè)計(jì)還是比較成功的，但是由于時(shí)間和能力的限制，設(shè)計(jì)中也難免存在不足之處，很多軟件和程序方面的設(shè)計(jì)有待進(jìn)一步改善，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。5.收獲與致謝在本次課程設(shè)計(jì)中，我通過基于典型單片機(jī)STC89C52的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，對(duì)單片機(jī)的工作原理及功能有了更加深刻的了解，并對(duì)單片機(jī)程序語(yǔ)言設(shè)計(jì)有了新的、進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。在本次設(shè)計(jì)的過程中，我們也發(fā)現(xiàn)很多的問題，看似很簡(jiǎn)單的電路，要?jiǎng)邮职阉o設(shè)計(jì)出來，卻不是一件容易的事，主要原因是我們沒有經(jīng)常去動(dòng)手設(shè)計(jì)電路，對(duì)畫圖的一些技巧不夠熟悉。另外由于是本學(xué)期才自學(xué)的單片機(jī)課程，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的知識(shí)似懂非懂，以致于我們又不得不用大量的時(shí)間去圖書館查閱各種資料和程序命令，在這個(gè)模塊用去了不少時(shí)間，但由于我們暑假便已經(jīng)著手準(zhǔn)備，因此時(shí)間方面還比較充裕，在我們?nèi)齻€(gè)不同分工配合下，我們的作品在11月初便已完成。后在跟老師交流學(xué)習(xí)的過程中將作品得到了進(jìn)一步的改進(jìn)。在這里我們要感謝吳自力老師對(duì)我們孜孜不倦的輔導(dǎo)與幫助，讓我們受益匪淺。通過此次課程設(shè)計(jì)，我們發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，充分意識(shí)到了“應(yīng)該把功夫放在平時(shí)”這句話的真諦，意識(shí)到只有跟同伴一起商量、合作，才能提高效率，或許還會(huì)收到事半功倍的效果。在以后不論學(xué)什么，我們都會(huì)做到打好基礎(chǔ)，并通過不斷地練習(xí)將其學(xué)好、學(xué)精，多動(dòng)手操作，做好以后課程教學(xué)安排中的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)，提高自己理論聯(lián)系實(shí)際的能力，著重培養(yǎng)自己的獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)能力，樹立自己可以熟練應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的信心。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的不是很完美，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的和得到的東西卻是歷次實(shí)習(xí)都無法比擬的，使我終身受益，相信它不論對(duì)我們以后的就業(yè)還是學(xué)習(xí)，都會(huì)起到很大的促進(jìn)和幫助作用。6.參考文獻(xiàn)新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程郭天