籃球計(jì)時計(jì)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

常州工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文PAGE目錄第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研 31.189c51單片機(jī)簡介 31.2單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及其組成中央處理器（CPU） 3第二部分設(shè)計(jì)說明 72.1設(shè)計(jì)方案 72.2體設(shè)計(jì)框圖 82.3總體說明 82.4脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì) 82.5二十四秒倒計(jì)時電路 92.6十二分鐘倒計(jì)時設(shè)計(jì)電路 102.7譯碼器和顯示器的設(shè)計(jì) 122.8節(jié)次控制電路的設(shè)計(jì) 13第三部分設(shè)計(jì)成果 153.1產(chǎn)品特點(diǎn) 153.2程序代碼 15第四部分結(jié)束語 22第五部分致謝 23第六部分參考文獻(xiàn) 24

第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研1.189c51單片機(jī)簡介51單片機(jī)是對所有兼容Intel8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱。該系列單片機(jī)的始祖是Intel的8031單片機(jī)，后來隨著Flashrom技術(shù)的發(fā)展，8031單片機(jī)取得了長足的進(jìn)展，成為應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一，其代表型號是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。很多公司都有51系列的兼容機(jī)型推出，今后很長的一段時間內(nèi)將占有大量市場。51單片機(jī)是基礎(chǔ)入門的一個單片機(jī)，還是應(yīng)用最廣泛的一種。需要注意的是52系列的單片機(jī)一般不具備自編程能力。1.2單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及其組成

中央處理器（CPU）剛跟大家講過，需要提醒的是MCS-51的CPU能處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼。CPU單片機(jī)的主要核心部件，在CPU里面包含了運(yùn)算器、控制器以及若干寄存器等部件給成。

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）

MCS-51單片機(jī)芯片共有256個RAM單元，其中后128單元被專用寄存器占用（稍后我們詳解），能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指前128單元，簡稱內(nèi)部RAM。地址范圍為00H~FFH（256B）。是一個多用多功能數(shù)據(jù)存儲器，有數(shù)據(jù)存儲、通用工作寄存器、堆棧、位地址等空間。內(nèi)部程序存儲器（ROM）在前面也已講過，MCS-51內(nèi)部有4KB/8KB字節(jié)的ROM（51系列為4KB，51系列為8KB），用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格。因此稱之為程序存儲器，簡稱內(nèi)部RAM。地址范圍為0000H~FFFFH（64KB）。定時器/計(jì)數(shù)器51系列共有2個16位的定時器/計(jì)數(shù)器（52系列共有3個16位的定時器/計(jì)數(shù)器），以實(shí)現(xiàn)定時或計(jì)數(shù)功能，并以其定時或計(jì)數(shù)結(jié)果對計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。定時時靠內(nèi)部分頻時鐘頻率計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)，做計(jì)數(shù)器時，對P3.4（T0）或P3.5（T1）端口的低電平脈沖計(jì)數(shù)。I并行/O口MCS-51共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。具體功能在后面章節(jié)中將會詳細(xì)論述。串行口

MCS-51有一個可編程的全雙工的串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為移位器使用。RXD（P3.0）腳為接收端口，TXD（P3.1）腳為發(fā)送端口。中斷控制系統(tǒng)MCS-51單片機(jī)的中斷功能較強(qiáng)，以滿足不同控制應(yīng)用的需要。51系列有5個中斷源（52系列有6個中斷源），即外中斷2個，定時中斷2個，串行中斷1個，全部中斷分為高級和低級共二個優(yōu)先級別，優(yōu)先級別的設(shè)置我們也將在后面進(jìn)行詳細(xì)的講解。定時與控制部件MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益的反相放大器，基輸入端為XTAL1輸出端為XTAL2。MCS-51芯片的內(nèi)部有時鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時鐘脈沖序列。

二、主要任務(wù)：因?yàn)樵谝粓龌@球賽中，籃球計(jì)時器/計(jì)分系統(tǒng)不僅要能夠記錄整個比賽的時間，還可以根據(jù)比賽情況的任意修改和暫停比賽時間，并能隨時刷新甲、乙兩隊(duì)在整個比賽中的比分，為了加快節(jié)奏，規(guī)則還要求進(jìn)攻方在24秒內(nèi)有一次投籃動作，否則視為違例并發(fā)出警報聲，當(dāng)比賽時間剩下5秒時，能每隔1秒發(fā)出一次報警聲。所以籃球計(jì)時/積分系統(tǒng)要具備以下要求：（1）能記錄整個賽程的比賽時間；（2）可修改比賽時間和暫停比賽時間；（3）能隨時刷新甲、乙兩隊(duì)在整個比賽中的比分；（4）能顯示24秒的進(jìn)攻時間；（5）當(dāng)進(jìn)攻時間為0秒時，發(fā)出報警聲；（6）比賽時間剩下5秒時，能每隔1秒發(fā)出一次報警聲。三、設(shè)計(jì)思路：根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)置外部操作開關(guān)控制計(jì)數(shù)器的直接清零、啟動和暫停。所以此硬件設(shè)計(jì)框圖包括AT89C51芯片、顯示器、報警和按鍵四大模塊。此計(jì)時器采用的設(shè)計(jì)采用模塊化的結(jié)構(gòu)主要由以上幾個部分組成即計(jì)時模塊、控制模塊以及譯碼顯示模塊。在設(shè)計(jì)此計(jì)時模塊時采用模塊化的設(shè)計(jì)思想使設(shè)計(jì)起來更加簡單、方便、快捷。一個完整的計(jì)算機(jī)應(yīng)該由運(yùn)算器、控制器、存儲器和I/O接口組成。運(yùn)算器包括一個可進(jìn)行8位算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的單元ALU8位的暫存器1、暫存器2,8位的累加器ACC,寄存器B和程序狀態(tài)寄存器PSW等。控制器包括程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令寄存器ID、振蕩器及定時電路等。存儲器分為程序存儲器FlashROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM。另外89C51有4個與外部交換信息的8位并行接口即P0至P3。它們都是準(zhǔn)雙向端口每個端口各有8個I/O線均可輸入輸出。單片機(jī)顯示驅(qū)動按鍵顯示報警。

第二部分設(shè)計(jì)說明2.1設(shè)計(jì)方案1、理論分析：籃球計(jì)時計(jì)分系統(tǒng)的電路可以分為主體電路和節(jié)次電路。主體電路：即倒計(jì)時部分。包括12分鐘和24秒倒計(jì)時。12分鐘倒計(jì)時的基本原理：比賽處于準(zhǔn)備開始階段，扳動啟動開關(guān)G使倒計(jì)時計(jì)數(shù)器相應(yīng)的置數(shù)或清零端有效，顯示設(shè)定的時間12：00，當(dāng)主裁判拋起球，比賽開始，扳動G，倒數(shù)計(jì)時器開始工作（相應(yīng)的置數(shù)、清零端無效），計(jì)時器逐秒進(jìn)行倒計(jì)顯示。當(dāng)有球員犯規(guī)，裁判吹哨，整個計(jì)時系統(tǒng)的倒計(jì)時暫停，這個功能通過暫停開關(guān)S截斷時鐘脈沖的傳輸來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)?shù)箶?shù)計(jì)時器計(jì)數(shù)到零時，選取“00：00”這個狀態(tài)，通過組合邏輯電路給出截斷信號,讓其與時鐘脈沖在與非門中將時鐘脈沖截斷，從而計(jì)時器在計(jì)數(shù)到零時停住。24秒計(jì)數(shù)芯片的置數(shù)端和12分的置數(shù)、清零端共用一個開關(guān)，比賽開始后，24秒的置數(shù)端也無效，24秒的倒數(shù)計(jì)時器與12分的倒數(shù)計(jì)時器同時開始進(jìn)行倒計(jì)時，逐秒倒計(jì)到零。同樣也是選取“00”這個狀態(tài)，通過組合邏輯電路給出截斷信號，讓該信號與時鐘脈沖在與非門中將時鐘截斷，使計(jì)時器在計(jì)數(shù)到零時停住。節(jié)次電路：用四個D觸發(fā)器和適當(dāng)?shù)慕M合邏輯電路搭成四位的移位寄存器，四個LED分別接在這四個D觸發(fā)器的輸出Q上，當(dāng)一天和尚撞一天鐘12分鐘重置時，電路自動移位指示節(jié)次。警報提示：為了給出警報提示，可在計(jì)數(shù)器的輸出端用一個普通二極管和LED二極管。當(dāng)計(jì)數(shù)為0時，QO輸出為0，LED燈亮起。2.2體設(shè)計(jì)框圖顯示顯示驅(qū)動單片機(jī)按顯示顯示驅(qū)動單片機(jī)按鍵報警報警圖12.3總體說明24秒計(jì)時器的總體參考方案框圖如圖1所示它包括秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報警電路和輔助時序控制電路等五個模塊組成。其中計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計(jì)數(shù)器完成12分24秒計(jì)時功能而控制電路完成計(jì)數(shù)器的直接清零、啟動技術(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時時間到報警等功能。2.4脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)信號發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心。它的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時的準(zhǔn)確程度，可選用晶振的頻率為32768Hz的脈沖經(jīng)過整形、分步獲得1Hz的秒脈沖。

2.5二十四秒倒計(jì)時電路計(jì)數(shù)器的倒計(jì)時功能。用兩片74LS192分別做個位（低位）和十位（高位）的倒計(jì)時計(jì)數(shù)器，由于本系統(tǒng)只需要從開始時的“24”倒計(jì)到“00”然后停止，所以可以直接運(yùn)用十進(jìn)制的74LS192進(jìn)行減計(jì)數(shù)。因?yàn)轭A(yù)置的數(shù)不是“00”，所以我選用置+數(shù)端LOAD來進(jìn)行預(yù)置數(shù)。低位的借位輸出信號用作高位的時鐘脈沖。24秒倒計(jì)時電路如圖：2.6十二分鐘倒計(jì)時設(shè)計(jì)電路12分鐘倒計(jì)時秒部分。運(yùn)用兩片可逆計(jì)數(shù)器74LS192來構(gòu)成60進(jìn)制的減計(jì)數(shù)器。這個計(jì)數(shù)器的低位即個位，不需要搭接任何反饋電路而直接運(yùn)用74LS192芯片的減計(jì)數(shù)功能：時鐘脈沖接到down端，置數(shù)、清零端無效，即可以實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制的倒計(jì)時計(jì)數(shù)功能。而最低位的計(jì)數(shù)變化應(yīng)當(dāng)與時鐘脈沖的變化同步。所以，原則上應(yīng)當(dāng)將時鐘脈沖直接引到這片192計(jì)數(shù)器的減計(jì)數(shù)時鐘脈沖輸入端down。該計(jì)數(shù)器的高位即十位，與低位的計(jì)數(shù)進(jìn)制不相同。由于時間的分和秒都是60進(jìn)制，所以這里的計(jì)數(shù)芯片74LS192必須要接成六進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。這里，我選用反饋置數(shù)的方法來實(shí)現(xiàn)這個功能。反饋方案：直接從QD引出高電平信號，通過非門作用后形成低電平反饋信號，送入74LS192芯片的置數(shù)端LOAD使之實(shí)現(xiàn)置數(shù)動作。置數(shù)時，輸出的數(shù)是與輸入的數(shù)是一樣的，所以我設(shè)置的數(shù)是5（二進(jìn)制0101），這樣，當(dāng)計(jì)數(shù)器從0變到9時，由于進(jìn)行了異步置數(shù)，9就在瞬間變成了5，計(jì)數(shù)輸出的結(jié)果就變?yōu)?→5→4→3→2→1→0，實(shí)現(xiàn)了六進(jìn)制的功能。②12分鐘倒計(jì)時分部分。也是運(yùn)用兩片可逆計(jì)數(shù)器74LS192來構(gòu)成減計(jì)數(shù)器。在兩片計(jì)數(shù)器的連接上，與秒部分一樣。也是把低位的借位信號作為高位的時鐘脈沖進(jìn)行連接。而低位計(jì)數(shù)器的時鐘脈沖則是用秒部分高位計(jì)數(shù)器的借位輸出信號來充當(dāng)?shù)摹＿\(yùn)用以上兩個計(jì)數(shù)器組合，就在低位計(jì)數(shù)器從0變到9或從0變到5的瞬間，在它的借位輸出端出現(xiàn)一個電平的上升脈沖沿，從而使高位的計(jì)數(shù)器倒倒計(jì)一個數(shù)。實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時功能。12分鐘倒計(jì)時電路如下：2.7譯碼器和顯示器的設(shè)計(jì)譯碼電路的功能是將“秒”、“分”計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。本次驅(qū)動LED七段數(shù)碼管的譯碼器，我們選用了CC4511.相應(yīng)的，與LED七段共陰極顯示數(shù)碼管相互連接。2.8節(jié)次控制電路的設(shè)計(jì)節(jié)次控制電路圖將這四個D觸發(fā)器依次命名為D1、D2、D3、D4。四個D觸發(fā)器級連，前一個輸出送入下一個輸入，用一個共同的時鐘脈沖，形成同步動作。為了保證每次輸出只有一位是高電平，用個或門把Q2、Q3進(jìn)行或運(yùn)算后，送入或非門與Q1進(jìn)行運(yùn)算后送回D1。當(dāng)電源剛接通、開關(guān)G沒有接地，整個計(jì)時系統(tǒng)沒有進(jìn)行工作，Q1-Q4為低電平（0000狀態(tài)），D=1，四個LED都不亮。合上G，接高電平，這樣，當(dāng)G接通時就有了一個電平的上升沿跳變，Q1=D1=1；1000狀態(tài)，LED1亮，指示第一節(jié)比賽。電路進(jìn)入循環(huán)狀態(tài)，倒計(jì)時電路重置一次，該電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換一次，實(shí)現(xiàn)節(jié)次自動指示。3、總電路圖簡要說明：右起第一個開關(guān)的作用是對12分鐘進(jìn)行清零和置數(shù)。右起第二個開關(guān)是暫停、繼續(xù)開關(guān)。右起第三個開關(guān)對24秒進(jìn)行清零和置數(shù)。最左邊的開關(guān)是整個系統(tǒng)的啟動開關(guān)。

第三部分設(shè)計(jì)成果3.1產(chǎn)品特點(diǎn)4秒和12分鐘同時置零和啟動，也可在暫停的狀態(tài)下對24秒單獨(dú)置零，并重新置數(shù)啟動。2、可以同時使兩個時鐘置零。3、當(dāng)兩個時鐘中任意一個時鐘置零時，兩個時鐘都停止調(diào)動，并且LED燈亮。3.2程序代碼ORG0000HSJMPMAINORG000BHLJMPTOISRORG0030HMAIN：MOVP0，#3FH;賦初值MOVP1,#0FFHMOVP2,#3FHMOVP3,#3FHMOVP4,#3FHMOVP5,#3FHMOVP6,#3FHMOVR0,#00HMOVR1,#24HMOVR3，#12HMOVR4，#00HMOVDPTR,#TABKEY：JBP3.0,$;判斷P3（啟動鍵）是否按下ACALLDELAY30MSJNBP3.0,$ACALLSTARTSJMPKEYSTART：MOVTMOD,#01H;啟動程序MOVTHO,#03CHMOVTLO,#0B0HSETBET0SETBEASETBTR0STOP:JBP3.2,ZTJX； 判斷總復(fù)位鍵是否程序ACALLDELAY30msJNBP3.2,$SJMPMAIN;跳復(fù)位程序ZTJX：JBP3.3,TT:判斷24秒復(fù)位鍵是否按下ACALLDELAY30MSJNBP3.3,$MOVR1,#24HSJMPXSTT：JBP3.1,XS:判斷總暫停鍵是否按下ACALLDELAY30MSJNBP3.1,$ZT：CLRTR0；暫停鍵按下后暫停計(jì)數(shù)，關(guān)中斷CLRET0CLREAJBP3.1,$；暫停鍵再次按下繼續(xù)計(jì)數(shù)ACALLDELAY30MSJNBP3.1,$JX:SETBET0;第二次按下后繼續(xù)啟動SETBEASETBTR0 XS：MOVA,R1;顯示子程序MOVB,#10DIVABMOVCA,@A+DPTRMOVP0,A；顯示24秒的十位MOVA,BMOVCA,@A+DPTRMOVP2,A;顯示24秒的個位MOVA,R4;MOVB,#10DIVABMOVCA,@A+DPTRMOVP4,A；顯示12分鐘中的秒的十位MOVA,BMOVCA,@A+DPTRMOVP6,A;顯示12分鐘的秒的個位MOVA,R3MOVB,#10DIVABMOVCA,@A+DPTRMOVP5,A；顯示12分鐘分的十位MOVA,BMOVCA,@A+DPTRMOVP2,A;顯示12分鐘分的個位CJNER0,#10H,STOP;1S時間到否，未到直接轉(zhuǎn)數(shù)碼管顯示MOVR0，#00H;1秒到后重賦初值CJNER4，#00H，L3；判斷12分鐘的秒是否等于0CJNER3，#00H，L6；秒等于0再判斷分等于0否SJMPL5；秒、分都等于0就跳L5L3：DECR4；12分的秒自減1DECR1；24秒減一CJNER1，#00H，STOP；判斷24秒等于0否，不等于0就都跳顯示SJMPL4；24秒到了就跳L4L5：MOVR0,#00HMOVR1,#24HMOVR3，#12HMOVR4，#00HCLRTR0CLREACLRET0SJMPSND；跳報警程序SJMPKEYRETL6:MOVR4，#59H；給12分的秒賦值DECR3；12分的分減一SJMPSTOP；轉(zhuǎn)顯示L4MOVR1，#24；24秒到后暫停比賽，跳報警程序等待P3.4按下繼續(xù)倒計(jì)時CLRTR0CLREACLRET0JBP3.4，$ACLALLDELAY30MSSETBET0SETBEASETBTR0SJMPXSDELAY30MS：MOVR6，#150延時子程序AAA:MOVR7，#100DJNZR7,$DJNZR6,AAARETT0ISR：CLRTR0;中斷程序子程序MOVTH0，#3CHMOVTL0，#0B0HINCR0SETBTR0RETISED:CLRP1.0；報警程序子程序MOVR7,#0FFHDL:MOVR6,#0FFHDL1：DJNZR6，DL1DJNZR7,DLSETBP1.0RETTAB：DB3FH,06H,5BHDB4FH,66H,6DHDB7DH,07H,7FH,6FHEND

第四部分結(jié)束語本設(shè)計(jì)主要通過模塊化思想，逐步實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所需達(dá)到的功能要求：1、時鐘模塊為減計(jì)數(shù)提供一個頻率為1Hz的脈沖信號，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)間隔