單片機(jī)課程設(shè)計---籃球記分牌

1、單片機(jī)課程設(shè)計 信息工程系 自動化專業(yè) 題 目：籃球電子記分牌 摘 要隨著單片機(jī)在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，許多用單片機(jī)作控制的計時記分系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生，籃球賽電子記分牌是根據(jù)籃球比賽特點(diǎn)設(shè)計的獨(dú)立的信息采集、分配、評判和顯示的系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)比賽分?jǐn)?shù)的實(shí)時、準(zhǔn)確、快捷處理和呈現(xiàn)。本設(shè)計主要采用AT89C51單片機(jī)作為微控制器，集合數(shù)碼管和LED指示燈，通過鍵盤控制記分牌的工作狀態(tài)，通過數(shù)碼管和LED指示燈來反饋信息的籃球賽記分系統(tǒng)，并仿真實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計在充分考慮了籃球比賽的實(shí)際情況基礎(chǔ)上設(shè)計，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示由兩個四位數(shù)碼來實(shí)現(xiàn)，能顯示甲乙兩隊(duì)的比分情況，具有加分、減分、甲乙切換等功能。單片機(jī)，亦稱單片微

2、電腦或單片微型計算機(jī)。它是把中央處理器（CPU）、隨機(jī)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(jī)功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機(jī)。計算機(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，從計算機(jī)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(shí)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(jī)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，AT89C51，LED數(shù)碼管，仿真，按鍵目 錄摘 要2第1章 概 述41.1

3、課程設(shè)計簡介41.2 系統(tǒng)方案的論證與設(shè)計4第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計52.1 系統(tǒng)總電路圖的設(shè)計52.2 顯示電路設(shè)計52.2.1 數(shù)碼顯示模塊52.2.2 LED指示燈模塊72.3 按鍵控制模塊72.4 最小系統(tǒng)設(shè)計82.4.1時鐘電路設(shè)計92.4.2復(fù)位電路設(shè)計9第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計103.1 主程序設(shè)計103.2 指示燈設(shè)計123.3 按鍵掃描程序133.4 顯示程序13第4章 軟件仿真154.1 Keil軟件介紹154.2 Protues軟件介紹154.3 仿真電路圖164.4 仿真結(jié)果與分析16小 結(jié)19參考文獻(xiàn)20附錄A 電路圖21附錄B 源程序22第1章 概 述1.1 課程設(shè)計簡介目

4、前球場記分牌在傳統(tǒng)操作模式下，采用記分員手動翻動記分牌記分，工作方式單一。由于種種弊端，電子記分板已經(jīng)開始在一些大型的體育場流行起來，不僅發(fā)展速度迅猛并會逐漸取代傳統(tǒng)的電子記分牌。電子記分板根據(jù)籃球比賽的特點(diǎn)，采用單片機(jī)為核心控制LED數(shù)碼管，具有亮度高、可視性好、功耗小、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)；具有性能穩(wěn)定，尺寸適中，運(yùn)輸安裝方式靈活，物美價廉等特點(diǎn)，特別適用于小型籃球體育館和露天運(yùn)動場。1.2 系統(tǒng)方案的論證與設(shè)計單片機(jī)在各種電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，很多的電子產(chǎn)品利用單片機(jī)所取得的便利便得到了人們的好評，針對基于單片機(jī)的籃球計分器的設(shè)計要求，實(shí)現(xiàn)其功能的方案有很多種，現(xiàn)列舉如下：方案（一

5、）按鍵控制每次各隊(duì)的加分值為1分或2分，如若進(jìn)3分球，則需兩鍵相加。有切換鍵和復(fù)位功能。分?jǐn)?shù)通過4位LED顯示器動態(tài)顯示。方案（二）采用三個按鍵控制每次各隊(duì)的加分值為1分、2分或3分。同樣也有切換鍵何復(fù)位功能。并通過4位LED顯示器靜態(tài)顯示分?jǐn)?shù)。這兩種方案都是基于單片機(jī)控制的，通過按鍵加分?jǐn)?shù)碼管顯示，不同的設(shè)計部分在于案件的數(shù)量和顯示方式的選取上。方案（一）的按鍵數(shù)量較少，加上交換按鍵和復(fù)位按鍵共需6個，但也能完成基本功能，不過在動態(tài)顯示，其編程比較復(fù)雜。方案（二）的按鍵雖然較多，但功能齊全，使用方便。并且電路不是太復(fù)雜，編程較為簡單。最終方案：經(jīng)過以上比較，方案（一）按鍵使用不方便，且軟件設(shè)

6、計較為復(fù)雜，因此選用方案（二），即以8位獨(dú)立鍵盤分別實(shí)現(xiàn)加1分，加2分，加3分，交換計分和顯示復(fù)位的功能，并且4位共陰極LED顯示器以靜態(tài)顯示方式顯示分?jǐn)?shù)。設(shè)計題目：籃球賽電子記分牌  設(shè)計要求：1. 設(shè)計一款能夠顯示籃球比分的記分牌；2. 通過三個加分按鍵可以給A隊(duì)，或B隊(duì)加分（罰球得1分，近投得2分，遠(yuǎn)投得3分）；3. 計分錯誤或多加分，可通過第四個按鍵進(jìn)行減分，每按一次減1分；4. 將當(dāng)前總分值通過兩個數(shù)碼管顯示出來。第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51為控制核心，系統(tǒng)主要包括顯示模塊、按鍵控制模塊、指示模塊等。2.1 系統(tǒng)總電路圖的設(shè)計數(shù)碼管顯示控制按

7、鍵模 塊AT89C51LED顯示圖2-1總模塊結(jié)構(gòu)圖2.2 顯示電路設(shè)計顯示電路分為數(shù)碼顯示模塊和LED顯示模塊。 數(shù)碼顯示模塊采用八段碼數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的一極接到一起形成公共極，因此數(shù)碼管有共陰共陽之分。以共陽數(shù)碼管為例，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。因此每個數(shù)碼管有8個接口。根據(jù)其實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行選擇。圖2-2 8段LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及外形表2-1 段碼表 數(shù)碼管也叫LED數(shù)碼管，它是一種專門用來顯示數(shù)字的器件，led數(shù)碼管（LED Segment Displays）

8、是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。如圖2-3所示圖2-3數(shù)碼管顯示電路 LED指示燈模塊LED指示燈模塊由兩條電路R1與D1、R2與D2組成，分別接入單片機(jī)的P30、P31口，低電平有效。如圖2-4所示圖2-4 LED指示燈2.3 按鍵控制模塊采用獨(dú)立按鍵設(shè)計。每個獨(dú)立按鍵與單片機(jī)I/O連接，雖然不能節(jié)省I/O口，但電路簡單、編程容易，由于本系統(tǒng)只需要五個按鍵，因此選者獨(dú)立按鍵。按鍵控制模塊采用4個獨(dú)立按鍵，Ke1、K2、K3、K4、K5分別于單片機(jī)的P10、P11、P12、P13、P17連接，每個按鍵的另一端直接與地相連

9、接，因此是低電平有效。這四個獨(dú)立按鍵分別實(shí)現(xiàn)了比賽兩只隊(duì)伍的得分值的改變。具體標(biāo)號和功能如表2-2所示，按鍵電路如圖2-5所示表2-2 功能表序號接口功能K1P10加1分K2P11加2分K3P12加3分K4P13減1分K5P17甲乙互換圖2-5 按鍵電路2.4 最小系統(tǒng)設(shè)計 AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000

10、次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。最小系統(tǒng)模塊的晶振電路由12MHz晶振和30pF的電容構(gòu)成，復(fù)位電路由10uF的電解電容構(gòu)成。如圖2-6所示圖2-6 單片機(jī)最小系統(tǒng)時鐘電路設(shè)計單片機(jī)本身是一個復(fù)雜的同步時序系統(tǒng)，為保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)必須有時鐘信號，以使其系統(tǒng)在時鐘信號的控制下按時序協(xié)調(diào)工作。如圖2-7所示圖2-7 時鐘電路（晶振電路）復(fù)位電路設(shè)計復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其作用是使CPU中的各個部件都處于一個確定的

11、初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。如圖2-6所示 圖2-6 單片機(jī)復(fù)位電路仿真圖第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計在本設(shè)計中，系統(tǒng)的軟件設(shè)計也采用了模塊化的設(shè)計，將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子模塊的形式。3.1 主程序設(shè)計本系統(tǒng)中單片機(jī)的主要功能就是利用內(nèi)部的定時器計時，并隨時接受按鍵控制模塊的信息，將比賽的得分顯示LED數(shù)碼管上。K1、K2、K3鍵配合程序所設(shè)定的端口控制比賽的加分，開始時，當(dāng)K1按下，甲隊(duì)加一分；當(dāng)K2按下，加兩分；當(dāng)K3按下，加三分；K4鍵配合程序所設(shè)定的端口控制比賽的減分，K4按下，減一分。程序流程如圖3-1所示。開始初始化選甲？隊(duì)？YesK1按鍵是否按下？noK2按鍵是否按下？

12、將甲乙隊(duì)分?jǐn)?shù)顯K3按鍵是否按下？no結(jié)束K4按鍵是否按下？no甲加1分YesYes甲加2分Yes甲加3分甲減1分K1按鍵是否按下？K2按鍵是否下？K3按鍵是否按下？K4按鍵是否按下？nonono乙加1分YesYes乙加2分Yes乙加3分乙減1分nonoYesYes3.2 指示燈設(shè)計開始運(yùn)行時，黃燈亮，表示選中了甲隊(duì)記分牌，當(dāng)K5按下，綠燈亮，表示選中了乙隊(duì)記分牌。程序流程如圖所示YesNo開始清零D1亮選中甲隊(duì)K5是否按下？D2亮選中乙隊(duì)顯示結(jié)束圖3-2 指示燈設(shè)計流程圖子程序如下：JB P1.7，JIAYIDUIJNB P1.7，$3.3 按鍵掃描程序流程圖見圖3-3圖3-3 按鍵掃描程序流

13、程圖子程序如下：JB P1.7，JIAYIDUIJNB P1.7，$3.4 顯示程序流程圖見圖3-4，圖3-4 顯示程序流程圖子程序如下：甲隊(duì)顯示子程序：XIANSHIMOV A,R2MOV B,#10DIV ABLCALL DELAYMOV P2，#OOH乙隊(duì)顯示子程序：XIANSHIMOV A,R1MOV B,#10DIV ABLCALL DELAYMOV P2，#OOH詳細(xì)程序見附錄B第4章 軟件仿真4.1 Keil軟件介紹Keil C51是美國Keil Software公司（ARM公司之一）出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性

14、上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起4.2 Protues軟件介紹Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA

15、工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多種編譯器。4.3 仿真電路圖圖4-1 仿真電路圖4.4 仿真結(jié)果與分析軟件調(diào)試采用Keil軟件完成。在打開后，建新工程，選擇

16、AT89C51處理器，接著新建文檔編輯程序，編輯完存為.ASM，把保存的.ASM文件加入到工程里。檢查無語法錯誤后生成.HEX文件。程序清單查看附錄B。打開仿真軟件ISIS，找到與系統(tǒng)相關(guān)的元器件，將各個元器件的引腳連接，保存到程序所在文件夾，將程序加載到AT89C51單片機(jī)上，開始運(yùn)行仿真。本次系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)較好，單片機(jī)最小系統(tǒng)能正常工作，經(jīng)過調(diào)試發(fā)現(xiàn)問題并將問題解決后，按鍵模塊能實(shí)現(xiàn)控制功能，LED數(shù)碼管顯示模塊能根據(jù)按鍵模塊輸入的控制信息進(jìn)行顯示，指示燈模塊能按按鍵模塊輸入控制信息和程序設(shè)定的要求顯示。仿真結(jié)果全圖如附錄一所示。 圖4-2 初始化狀態(tài)圖初始化時，甲隊(duì)乙隊(duì)顯示都是00，00。

17、D2燈亮，默認(rèn)的是對什么隊(duì)進(jìn)行加分。圖4-3 甲隊(duì)加一分仿真圖當(dāng)按下按鍵什么，甲隊(duì)加一分，顯示效果圖如圖4-3所示。圖4-4 甲隊(duì)加三分仿真圖 通過按減一分按鍵甲隊(duì)減一分，再按交換鍵切換到乙隊(duì)圖4-5乙隊(duì)加一分仿真圖小 結(jié)本次基于單片機(jī)的籃球比賽電子記分牌是針對傳統(tǒng)籃球比賽人工翻動比分牌的改進(jìn)，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。系統(tǒng)總體電路由單片機(jī)最小系統(tǒng)、LED數(shù)碼管顯示模塊、5個獨(dú)立按鍵控制模塊LED指示燈模塊構(gòu)成。四個模塊分別完成信息的處理、顯示、控制等籃球比賽記分牌的基本功能。通過軟件的仿真調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了本次設(shè)計的基本功能，左邊的數(shù)碼管顯示甲隊(duì)比賽的得分，右邊數(shù)碼管顯示乙

18、隊(duì)比賽的得分。五個按鍵能完成程序的要求對比分的調(diào)整進(jìn)行控制，指示燈在記分牌切換時發(fā)生變化，給予球員和觀眾指示。雖然調(diào)試成功，但是該記分牌功能過于單一，只能夠記分，不能滿足現(xiàn)代人們的需求，有待改進(jìn)。為了使一個系統(tǒng)能夠具備多種功能，以后可以將其進(jìn)一步改進(jìn)，根據(jù)籃球比賽的特點(diǎn)，讓這個系統(tǒng)能夠記分，也可以計時，蜂鳴器在規(guī)定的時間段鳴叫，給球員和觀眾提示。 本次的題目是籃球計分計時器，雖然我這次順利的完成了設(shè)計任務(wù)，但考慮到產(chǎn)品的實(shí)用性，我所做的功能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因?yàn)槲业膼酆镁褪谴蚧@球，從這一點(diǎn)上來說對產(chǎn)品的設(shè)計的實(shí)用性還是有一點(diǎn)幫助的。本來打你呢個算做一個功能齊全的籃球計時計分器的，但是由于各

19、方面的原因（硬件成本，時間倉促，基本功不足等），只能做一個簡單的。但對其功能設(shè)計還是有一點(diǎn)想法的。如要實(shí)現(xiàn)加兩分：加一顆按鍵 ADD A,#02H MOV A,Direct . 實(shí)現(xiàn)時間調(diào)時功能（加時賽時需調(diào)時）：用外部中斷實(shí)現(xiàn)：對相應(yīng)時間儲存的單元進(jìn)行加減操作。 實(shí)現(xiàn)犯規(guī)次數(shù)統(tǒng)計，籃板個數(shù)，搶斷個數(shù)，蓋帽個數(shù)，助攻個數(shù)等可以類同與計分的設(shè)計。 在調(diào)試程序的過程中也是受益匪淺。不僅考驗(yàn)細(xì)心，而且還得耐心，更要思考，只有這樣才能調(diào)試好。 最后還得謝謝老師給我們耐心的指導(dǎo)！參考文獻(xiàn)1 張毅剛，劉杰.

20、 MCS-51系列單片機(jī)原理及應(yīng)用M. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004. 2 蔡美琴，張為民等.MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用M. 北京：高等教育出版社，1992.3 張毅剛.單片機(jī)原理與接口應(yīng)用M.北京：高等教育出版社.2010.4王幸之.AT89C51系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2004.5陳粵初.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)踐M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1991.6M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1990.7李華.MCS-51系列單片機(jī)使用接口技術(shù)M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1993.附錄A 電路圖附錄B 源程序

21、ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0030H;*;P0口接數(shù)碼管的段選（低電平有效）;P2.0-P2.3接數(shù)碼管的位選（高電平有效）;*MAIN: MOV P2,#0FFH MOV P0,#0C0H MOV R2,#00 MOV R1,#00;* ;鍵盤掃描程序;*;=判斷甲乙間的轉(zhuǎn)換=CHENGXU: JB P1.7,JIAYIDUI JNB P1.7,$JIAYIDUI:JB P3.0,YIDUILJMP JIADUIJB P3.1,JIADUI LJMP YIDUI;* ;甲 乙隊(duì)加減分判斷;*;=甲隊(duì)加1分程序=JIADUI: JB P1.0,LOOP1 JNB P1.0

22、,$ LJMP JIA1;=甲隊(duì)加2分程序=LOOP1: JB P1.1,LOOP2 JNB P1.1,$ LJMP JIA2;=甲隊(duì)加3分程序=LOOP2: JB P1.2,LOOP3 JNB P1.2,$ INC R2 JIA2:INC R2JIA1:INC R2 CJNE R2,#200,LP3 LJMP MAINLP3: CJNE R2,#201,LP4 LJMP MAINLP4: CJNE R2,#202,LOOP3 LJMP MAIN;=甲隊(duì)減1分程序=LOOP3: JB P1.3,XIANSHI JNB P1.3,$ DEC R2 CJNE R2,#0FFH,XIANSHI LJ

23、MP MAIN;=乙隊(duì)加1分程序=YIDUI: JB P1.0,LOOP4 JNB P1.0,$ LJMP JIA3;=乙隊(duì)加2分程序=LOOP4: JB P1.1,LOOP5 JNB P1.1,$ LJMP JIA4;=乙隊(duì)加3分程序=LOOP5: JB P1.2,LOOP6 JNB P1.2,$ INC R1 JIA4:INC R1JIA3:INC R1 CJNE R1,#200,LP5 LJMP MAINLP5: CJNE R1,#201,LP6 LJMP MAINLP6: CJNE R1,#202,LOOP6 LJMP MAIN;=乙隊(duì)減1分程序=LOOP6: JB P1.3,XIANSHI JNB P1.3,$ DEC R1 CJNE R2,