基于51單片機的無線籃球計分器

1、單片機課程設(shè)計基于51單片機的無線籃球計分器設(shè)計專業(yè)年級: 2012級電氣工程及其自動化 參與成員:鄒 勇（P121813544）尚阿琪（P121813545）劉甜甜（P121813535）馬 輝（P121813517）張大為（P121813555）賈雙梅（P122113555）指導老師: 黃靖濤 摘 要目前，隨著人民生活條件的改善以及對各種比賽項目的熱愛和欣賞，采取有線機器來進行記分的中小型比賽也開始減少，取而代之的是利用無線控制進行記分。無線記分系統(tǒng)不再沿用過去的記分功能，而是利用無線發(fā)送與接收的形式工作，既節(jié)省了材料費用，也使記分器工作的時候比較不受約束，且可以任意挪動。因此為了使記分更

2、加方便并且記分設(shè)備的攜帶更加便捷，無線記分設(shè)備在國內(nèi)外的研究都變得更加廣泛和深入。本文主要設(shè)計了一個基于CC1101模塊的無線記分器，采用的是STC89C52芯片，來進一步研究射頻收發(fā)模塊與單片機的結(jié)合，并實現(xiàn)無線記分功能。本設(shè)計的無線記分器分別由記錄端和接收顯示端這兩部分構(gòu)成。記錄端由單片機最小系統(tǒng)、CC1101無線發(fā)射模塊、按鍵、指示燈等組成，單片機讀取按鍵后把數(shù)據(jù)利用CC1101無線發(fā)射模塊發(fā)送給接收顯示端進行顯示。接收顯示端由單片機最小系統(tǒng)、CC1101無線接收模塊、四位數(shù)碼顯示模塊等組成，無線接收模塊將接收的數(shù)據(jù)送單片機處理后，再將數(shù)據(jù)由數(shù)碼管顯示出來。根據(jù)該無線記分器的設(shè)計框圖，進

3、行材料的選購以及硬件的搭建，并用C語言編寫程序?qū)崿F(xiàn)記分功能，分別利用四個功能按鍵控制A、B兩隊的加分和減分，在記錄端數(shù)碼管上顯示加分或者減分，在接收端數(shù)碼管上顯示兩隊的比分情況。關(guān)鍵詞：無線； 射頻收發(fā)模塊； 記分器目錄摘 要2一、系統(tǒng)方案設(shè)計41.1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖及基本功能介紹41.2 系統(tǒng)各部分簡介4二、硬件電路設(shè)計52.1 51單片機最小系統(tǒng)52.2 無線收發(fā)部分62.2.1 CC1101模塊簡介62.2.2 無線模塊單片機接口72.3 74HC573芯片介紹72.4 觸摸按鍵介紹82.5 數(shù)碼管模塊介紹92.6 各模塊連接概述10三、軟件設(shè)計113.1 軟件設(shè)計綜述113.2 C程序設(shè)

4、計12四、硬件搭建及測試124.1 程序的編寫及燒錄124.2 硬件測試13總 結(jié)14附 錄15附錄1 C程序設(shè)計15附錄2硬件調(diào)試效果圖19一、系統(tǒng)方案設(shè)計1.1系統(tǒng)構(gòu)成框圖及基本功能介紹本設(shè)計主要采用STC89C52單片機制造而成，由無線發(fā)送模塊和無線接收模塊組成無線收發(fā)系統(tǒng)，按鍵區(qū)采用TTP226觸摸按鍵，設(shè)置四個功能按鍵，分別控制A、B兩隊的加減分情況，顯示區(qū)分為兩個部分，一部分由一組四位數(shù)碼管模塊形成，處于發(fā)送端顯示加或減的功能；另一部分由一組八位數(shù)碼管模塊形成，處于接收端顯示A、B兩隊比分情況。同時，采用74HC573鎖存控制器來控制數(shù)據(jù)在數(shù)碼管上的輸出。系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1-1所示

5、。圖1-1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖1.2系統(tǒng)各部分簡介(1)單片機數(shù)據(jù)在數(shù)碼管上的顯示。單片機的工作電壓為5V，如果直接將數(shù)碼管與單片機連接，則會導致電壓不夠，數(shù)碼管顯示不清。本設(shè)計中主要是采取在單片機與數(shù)碼管之間連接了74HC573芯片，使得數(shù)碼管上成功顯示加減分以及A、B兩隊的比分情況，該芯片起到了電流放大以及程序鎖存的作用。 (2)CC1101無線模塊的電源輸入。由于該模塊工作于1.8-3.6V電源電壓之間，故采用3.3V電源穩(wěn)壓模塊對其進行穩(wěn)壓，從而使該無線模塊可以正常工作。(3)CC1101無線發(fā)送與接收模塊之間信息的傳送。CC1101的發(fā)送器部分是基于RF頻率直接合成的，將一個晶體連接至XO

6、SC_Q1和 XOSC_Q2。由晶體振蕩器產(chǎn)生合成器的參考頻率，以及ADC和數(shù)字部件的時鐘，同時以一個四線的串行外設(shè)接口來進行配置和存取數(shù)據(jù)緩沖器。另一方面，CC1101中具有一個低功耗中頻接收機。低噪聲放大器將接收到的射頻信號放大，并在進行積分求取的過程中降壓轉(zhuǎn)換至中頻。在IF下，I/Q信號被模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，而且均以數(shù)字形式完成自動增益控制、精確信道濾波、調(diào)制解調(diào)位和數(shù)據(jù)包同步。二、硬件電路設(shè)計2.1 51單片機最小系統(tǒng)圖2-1 STC89C52單片機最小系統(tǒng)本設(shè)計主要采用的是STC89C52芯片。該芯片是由STC公司出產(chǎn)的一款性能強，功耗低，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器的八位

7、微控制器。STC89C52芯片具備了傳統(tǒng)51單片機所不具備的功能，雖然其使用的是經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但它又做了很多的改進。同時，STC89C52因其在單芯片上擁有8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，更是為那些嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供了靈活有效的解決方案。如圖2-1所示為51單片機最小系統(tǒng)圖，它由電源部分、復(fù)位電路部分、和晶振電路組成。2.2無線收發(fā)部分2.2.1 CC1101模塊簡介CC1101是一款用于極低功耗RF應(yīng)用的Sub-GHz高性能射頻收發(fā)器。其主要是針對工業(yè)方面、科技研究方面和醫(yī)療方面以及300-348MHz、387-464MHz和779-928MHz這幾個頻帶的短距離無線

8、通信設(shè)備。該無線收發(fā)模塊的最大傳輸速率可以達到500Kbps，而且在空曠的地方可達200-300米的傳輸距離，可以從軟件方面來對波特率進行修改，具有無線喚醒等功能，支持低功率電磁波激活功能 ,無線喚醒處于睡眠狀態(tài)的低功耗設(shè)備，靈敏度達到-110dBm，具有很高的可靠性，可廣泛應(yīng)用于各種場合的短距離無線通信領(lǐng)域。其通常應(yīng)用于300/779MHz ISM/SRD頻帶的超低功耗無線應(yīng)用、無線計量、無線告警、樓宇自動化和安全系統(tǒng)等11-13。 CC1101 RF收發(fā)器集成了一個高度可配置的基帶調(diào)制解調(diào)器，支持數(shù)據(jù)包的處理、突發(fā)傳輸、數(shù)據(jù)的緩沖、空閑信道的評估、指示鏈路質(zhì)量以及無線喚醒等硬件方面的處理。

9、我們還可以通過一個串行外設(shè)接口對CC1101的重要運行參數(shù)和64字節(jié)RX和TX的先入先出數(shù)據(jù)緩存器進行控制。CC1101在一個典型的系統(tǒng)中經(jīng)常會與一個微控制器以及一些額外的無源組件結(jié)合應(yīng)用14-15。其關(guān)鍵特性如下：（1）RF性能靈敏度高且電流消耗較低，在所有可用的頻率帶下，具有高達+10dBm的可編程輸出功率、1.2到500kBaud的可編程數(shù)據(jù)速率以及卓越的接收機選擇性和阻斷性能，可用頻帶有：300-348MHz、387-464MHz和779-928MHz。（2）模擬特性 支持2-FSK、GFSK、MSK以及OOK，靈活的ASK波形整形，建立時間只需90s，能夠迅速地鎖定頻率合成器，對于很

10、多跳頻系統(tǒng)都非常適用，同時利用自動頻率補償調(diào)整頻率合成器到實際接收信號的中心頻率，并且擁有集成的模擬溫度傳感器。（3）數(shù)字特性 支持數(shù)據(jù)包導向系統(tǒng)、校驗地址、檢測同步字、靈活的數(shù)據(jù)包長度以及自動CRC處理；可用一次“突發(fā)”數(shù)據(jù)傳輸對所有寄存器進行編程，具有高效的串行外設(shè)接口，數(shù)字RSSI輸出，可編程信道濾波器帶寬，可編程載波監(jiān)聽指示器，可編程前導質(zhì)量指示器；可用于增強隨機噪聲偽同步字檢測的保護，支持發(fā)送前自動空閑信道評估，支持所有數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量指示，可選數(shù)據(jù)自動白化和去白。2.2.2無線模塊單片機接口圖2-2 無線模塊與單片機連接圖如圖2-2所示、無線模塊的SI、SO、CSN、GDO0、GD

11、O2、SCLK分別與單片機的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5相連。通過這6個I/O口與CC1101芯片SPI總線進行數(shù)據(jù)的交換，進而完成收發(fā)等功能。2.3 74HC573芯片介紹74HC573芯片是一款具有三態(tài)輸出的八路鎖存器，用于驅(qū)動電容相對較高或者阻抗相對較低的負載，實現(xiàn)緩沖寄存器、串并口以及雙向總線驅(qū)動器等。當該芯片鎖存允許端，即LE端，為高邏輯電平時，輸出端Q輸出數(shù)據(jù)跟數(shù)據(jù)輸入端D一致；當LE端為低邏輯電平時，輸出端進入鎖存狀態(tài)，無論輸入為何種電平，輸出Q均保持上一次的電平狀態(tài)，即保持預(yù)先設(shè)置好的數(shù)據(jù)。74HC573芯片的輸出使能端（低電平有效），可用來設(shè)置輸

12、出口的工作狀態(tài)。當為高電平時，無論鎖存允許端和數(shù)據(jù)輸入端為何種電平，輸出都是高阻態(tài)。在處于高阻態(tài)的狀態(tài)時，輸出端無法進行讀取也不能進行驅(qū)動總線，即芯片處于不可控狀態(tài)。其芯片引腳圖如圖2-3所示。圖2-3 74HC573芯片引腳圖2.4觸摸按鍵介紹本次無線記分器設(shè)計采用的是一款TTP226觸摸式按鍵，KEY1-KEY8接口與TTP226的D0-D7輸入接口連接，輸出接口Q0-Q7與OUT1-OUT8接口相連，將其安置在記分器的無線發(fā)射端來控制A、B兩隊的加減分。這是一種接觸板檢測IC，一共提供了八個觸摸按鍵，并且內(nèi)含八個指示燈，每個按鍵對應(yīng)一個指示燈，當按下某個按鍵時，與其對應(yīng)的指示燈就會亮起，

13、證明該按鍵在工作。在軟件編程的時候，設(shè)置1鍵為A隊的加分鍵、2鍵為A隊的減分鍵，設(shè)置3鍵為B隊的加分鍵、4鍵為B隊的減分鍵。TTP226觸摸式按鍵不再延續(xù)傳統(tǒng)固定pad尺寸的直接按鈕鍵，而且接觸鍵在交直流應(yīng)用中的特點是功耗較低、工作電壓較寬。其具體特點如下：工作電壓為2.0V5.5V；在工作電壓為3V時，工作電流典型值為80uA，最大值為160uA，輸出刷新率約為55Hz；人體接觸檢測相對比較穩(wěn)定，取代了傳統(tǒng)直接切換的按鍵；由按鍵中的選項可以分別選擇直接模式、矩陣模式和串行模式，直接模式下最多八個輸入和八個輸出。在上電之后，TTP226觸摸式按鍵有一段穩(wěn)定時間，在此期間觸碰觸摸鍵區(qū)功能無效，T

14、TP226的是0.81.0s，而且始終進行自動校準，當任何按鍵都不被觸碰時，TTP226重新的校準周期是0.81.0s。如圖2-4所示TTP226觸摸式按鍵電路原理圖。圖2-4 TTP226觸摸式按鍵電路原理圖2.5 數(shù)碼管模塊介紹本次無線記分器設(shè)計采用一個八位數(shù)碼管顯示模塊以及一個四位數(shù)碼管顯示模塊來進行加、減分功能的顯示以及A、B兩隊的比分情況。在無線發(fā)射端設(shè)計一個四位數(shù)碼管來顯示加減功能，當按下A隊或者B隊加分鍵的時候，該數(shù)碼管模塊則顯示“Add”；當按下A隊或者B隊減分鍵的時候，該數(shù)碼管模塊則顯示“dEL”。該四位數(shù)碼管模塊的電路原理圖如圖3-4所示。在無線接收端設(shè)計一個八位數(shù)碼管來顯

15、示A、B兩隊的比分情況，初始值設(shè)置為“000-000”，分別通過A、B兩隊的加減分鍵來對比分情況進行調(diào)整，如A隊得50分，B隊得42分，則數(shù)碼管顯示為“050-042”。圖2-5 四位數(shù)碼管模塊電路原理圖 2.6各模塊連接概述對于無線發(fā)送端，采用電源穩(wěn)壓模塊對整個單片機系統(tǒng)進行穩(wěn)壓，單片機正常工作電壓為5V，本設(shè)計中穩(wěn)壓在5.35V左右，也可以供單片機小系統(tǒng)正常工作。設(shè)置單片機P2.0-P2.5接口分別與CC1101模塊的SCK、MOSI、GDO2、MISO、CSN、GDO0接口相連，由于CC1101模塊需要的是1.8-3.6V的電源輸入，故采用3.3V電源穩(wěn)壓模塊對無線發(fā)送模塊進行穩(wěn)壓。將P

16、3.0-P3.7接口與TTP226觸摸按鍵的OUT1-OUT8接口相連，P0.0-P0.7接口與74HC573芯片的D0-D7輸入引腳相連，P2.7接口與芯片LE端相連，再將74HC573芯片的Q0-Q7輸出引腳連向四位數(shù)碼顯示模塊的A-DP接口，且將單片機P1.4-P1.7接口分別與數(shù)碼顯示模塊的另外四個接口相連。無線發(fā)送端電路原理圖見附錄2。 對于無線接收端，穩(wěn)壓方面與無線發(fā)送端一致，設(shè)置單片機P1.1-P1.6接口分別與CC1101模塊的SCK、MOSI、GDO2、MISO、CSN、GDO0接口相連，同樣由于CC1101模塊需要的是1.8-3.6V的電源輸入，故采用3.3V電源穩(wěn)壓模塊對

17、無線接收模塊進行穩(wěn)壓。在無線接收端設(shè)置了兩個74HC573芯片，將P0.0-P0.7接口與其中一個74HC573芯片的D0-D7輸入引腳相連，P2.6接口與芯片LE端相連，再將74HC573芯片的Q0-Q7輸出引腳連向八位數(shù)碼顯示模塊的A-DP接口。而另外一個74HC573芯片的LE端與P2.7接口相連，輸出接口Q0-Q7與數(shù)碼顯示模塊的另外八個接口相連。三、軟件設(shè)計3.1 軟件設(shè)計綜述本設(shè)計軟件設(shè)計方面的構(gòu)思方法比較簡潔，容易理解，方法也比較新穎，沒有復(fù)雜的程序嵌套。程序開始時先進行初始化，定義各個端口，并且對各函數(shù)進行聲明，再對按鍵進行掃描，查看是否有鍵按下，若有鍵按下，判斷是哪個鍵按下，

18、首先判斷是A隊評分區(qū)的按鍵按下，還是B隊評分區(qū)的按鍵按下。若判定為A隊評分區(qū)的按鍵按下，再判斷是加分鍵，還是減分鍵，若為加分鍵，則給A隊進行加分處理；若為減分鍵，則給A隊進行減分處理。若判定為B隊評分區(qū)的按鍵按下，再判斷是加分鍵，還是減分鍵，若為加分鍵，則給B隊進行加分處理；若為減分鍵，則給B隊進行減分處理。然后再對數(shù)碼管進行掃描，加以顯示；若無鍵按下，則不執(zhí)行任何程序，直接結(jié)束。主程序流程圖如圖4-1所示。圖3-1 主程序流程圖3.2 C程序設(shè)計該無線記分器設(shè)計一共設(shè)置了四個功能按鍵分別實現(xiàn)A、B兩隊加減分功能，1號鍵實現(xiàn)A隊加分功能，連續(xù)觸摸即可對A隊進行連續(xù)加分，為防止出現(xiàn)加分錯誤，設(shè)置

19、2號鍵對A隊進行減分控制；3號鍵實現(xiàn)B隊加分功能，連續(xù)觸摸即可對B隊進行連續(xù)加分，同樣，為防止出現(xiàn)加分錯誤，設(shè)置4號鍵對B隊進行減分控制。當按下A隊或者B隊加分鍵的時候，無線發(fā)射端上的四位數(shù)碼管模塊則顯示“Add”；當按下A隊或者B隊減分鍵的時候，該數(shù)碼管模塊則顯示“dEL”。而無線接收端設(shè)計的顯示A、B兩隊比分情況的八位數(shù)碼管，初始值設(shè)置為“000-000”，分別通過A、B兩隊的加減分鍵來對比分情況進行調(diào)整，如A隊得57分，B隊得42分，則數(shù)碼管顯示為“057-042”，中間兩位數(shù)碼管用于顯示“-”來區(qū)分A、B兩隊的比分。程序見附錄1。四、硬件搭建及測試4.1 程序的編寫及燒錄本次設(shè)計采用C

20、語言進行程序編寫，并使用Keil軟件進行程序的編譯，而軟件調(diào)試主要就是根據(jù)編譯時產(chǎn)生的錯誤進行查找和修改。編寫界面如4-1所示。圖4-1 編寫界面程序編譯操作步驟：1、為該工程建立一個文件夾“無線發(fā)送”；2、新建一個project文件“無線發(fā)送.uv4”，將其保存在文件夾“無線發(fā)送”中，并設(shè)置單片機型號，即目標器件為STC89C52；3、編輯源程序，建立源文件“無線發(fā)送.c”，再保存在文件夾“無線發(fā)送”中；4、在工程項目組中添加源文件“無線發(fā)送.c；5、設(shè)置調(diào)試環(huán)境，選擇調(diào)試模式為硬件仿真，將實物與計算機的USB連接，選擇串口為COM1，設(shè)置串行口波特率為115200bps，燒錄界面如圖4-2

21、所示；圖4-2 燒錄界面4.2 硬件測試程序編譯成功之后，啟動專門用于STC系列單片機的STC-ISP軟件，選擇正確的單片機型號，即STC89C52，再選擇編譯產(chǎn)生的.HEX文件，設(shè)置串口為COM1，最高波特率為115200bps。之后，使目標板處于斷電狀態(tài)，點擊下載按鈕，該軟件將與單片機進行握手，此時給目標板上電，將目標程序燒錄到單片機中。然后，對實物進行檢測調(diào)試。單片機工作電壓為5V左右，故用電源穩(wěn)壓模塊對電源電壓進行手動調(diào)整，并用萬用表對電壓進行測量，確保電源電壓限定在單片機工作電壓范圍內(nèi)。首先，打開無線發(fā)送和接收兩端的電源開關(guān)，初始值設(shè)置為“000-000”，顯示效果圖見附錄2。如果此

22、時比賽開始A隊得一分，觸摸一下1號按鍵，發(fā)送端數(shù)碼管顯示“Add”，此時接收端數(shù)碼管顯示比分為“001-000”；如果之后B隊又得兩分，長觸3號按鍵，發(fā)送端數(shù)碼管依然顯示“Add”，B隊分數(shù)跳動兩下，松開按鍵，此時接收端數(shù)碼管顯示比分為“001-002”。無線記分器顯示效果圖見附錄2?？?結(jié)本次設(shè)計過程中也遇到了不少問題，并得到了解決，以下對其中的幾個問題加以總結(jié)。 （1）CC1101無線模塊在發(fā)送以及接收信號時可能受到干擾而導致不能及時向單片機系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)，編寫程序時采用一定的延時，來避免這種干擾。 （2）最初采購了四個共陽的二位數(shù)碼管和兩個共陽的四位數(shù)碼管，利用這些數(shù)碼管焊接之后，記分器表

23、面布線復(fù)雜，而且由于焊接的問題導致接觸不良，顯示亂碼，故改用焊接好的八位數(shù)碼管顯示模塊以及四位數(shù)碼管顯示模塊。 （3）在向數(shù)碼管發(fā)送程序時，LED顯示有時候會出現(xiàn)重影，可以在改變段的輸出內(nèi)容之前，先令所有的位都停止顯示，即開位、送段碼、延時15ms、關(guān)位，再下一位，就可進行消隱。當然這次的設(shè)計中也還存在著一定的不足，比如說設(shè)計中使用的觸摸按鍵在工作時，用手觸摸A組加分按鈕，就容易觸碰到A組的減分按鈕，導致A組的加分鍵和減分鍵指示燈同時亮起，所以如果條件允許的話，可以采用設(shè)計更好的按鍵模塊來代替這次使用的觸摸按鍵。附 錄附錄1 C程序設(shè)計#include <reg52.h> #def

24、ine DataPort P0 /定義數(shù)據(jù)端口 程序中遇到DataPort 則用P0 替換#define a 1#define b 0sbit LATCH1=P27;/定義鎖存使能端口 段鎖存sbit LATCH2=P26;/位鎖存unsigned char code dofly_DuanMa10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/ 顯示段碼值09unsigned char code dofly_WeiMa=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;/分別對應(yīng)相應(yīng)的數(shù)碼管點亮,即位碼uns

25、igned char TempDataA3; /A隊存儲顯示值的全局變量unsigned char TempDataB3; /B隊存儲顯示值的全局變量unsigned int numA=0; /A隊要顯示的數(shù)unsigned int numB=0; /B隊要顯示的數(shù)void Delaysmg(unsigned int t) while(-t);void Display_flag() unsigned char i; for(i=3;i<=4;i+) DataPort=0; /清空數(shù)據(jù)，避免交替重影 LATCH1=1; /段鎖存 LATCH1=0; DataPort=dofly_WeiMa

26、i; /取位碼 LATCH2=1; /位鎖存 LATCH2=0; DataPort=0xBF; /取顯示數(shù)據(jù)，段碼 LATCH1=1; /段鎖存 LATCH1=0; Delaysmg(200); /掃描間隙延時 void Display(unsigned char FirstBit,unsigned char Num, unsigned char name ) unsigned char i; for(i=0;i<Num;i+) DataPort=0; /清空數(shù)據(jù)，避免交替重影 LATCH1=1; /段鎖存 LATCH1=0; DataPort=dofly_WeiMai+FirstBit

27、-1; /取位碼 LATCH2=1; /位鎖存 LATCH2=0; if(name) DataPort=TempDataAi; /取顯示數(shù)據(jù)，段碼 else DataPort=TempDataBi; /取顯示數(shù)據(jù)，段碼 LATCH1=1; /段鎖存 LATCH1=0; Delaysmg(200); / 掃描間隙延時 void Display_A() TempDataA0=dofly_DuanManumA/1000;/分解顯示信息，如要顯示57，則57/10=5 57%10=7 TempDataA1=dofly_DuanMa(numA%1000)/100; TempDataA2=dofly_DuanMa(numA%1000)%100)/10; Display(1,3,a); /A隊 Display_flag(); /顯示”-“void Display_B() TempDataB0=dofly_DuanManumB/1000;/分解顯示信息，如要顯示57，則57/10=5 57%10=7 TempDataB1=dofly_DuanMa(numB%1000)/100; TempDataB2=dofly_DuanMa(numB%1000)%100)/10; Display(6,3,b)