【基于51單片機的籃球計時計分器的設計與實現(xiàn)10000字（論文）】

引言1.1研究背景當下智能化產(chǎn)品中，單片機的覆蓋率極高。單片機以它體積小、質(zhì)地輕巧、耗電量低、可靠性高、經(jīng)濟實惠等優(yōu)點，開始不斷發(fā)展，并廣泛應用于生活日用、儀器設備、醫(yī)療器械、交通出行、工業(yè)工程設備的管理及過程控制等領域，在很多的大中型的電氣設備以及小型的電子產(chǎn)品中也涉及了單片機進行控制REF_Ref30267\r\h[1]。人們借助單片機這一塊磚，敲進了智能化的電子領域這一扇“門”。通過應用單片機對一些比較復雜繁瑣的系統(tǒng)進行設計加工，將電路化繁為簡。智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)為經(jīng)典的電子系統(tǒng)注入“生命”REF_Ref30413\r\h[2]。在現(xiàn)下的生活當中，單片機具有高度實現(xiàn)意義而得以應用在生活的方方面面，用專業(yè)術語來說，單片機就是在一塊硅片上集成了微處理器、存儲器和各種輸入/輸出接口的芯片，這樣的芯片具有計算機的特性，因此被稱為單片機。單片機芯片，簡稱單片機。除此之外單片機的可靠性非常高，還有很好的微型以及智能型，我們可以根據(jù)不同的邏輯編寫出程序，完成我們想要實現(xiàn)的功能。現(xiàn)如今，單片機已經(jīng)在各個領域中成為普遍采用的一種控制工具，在新世紀人們的應用中占據(jù)了舉足輕重的地位。就目前對產(chǎn)品應用和影響而言，成為產(chǎn)業(yè)重要系統(tǒng)不可分離的重要組成部分，在每個產(chǎn)業(yè)的應用中都是會被優(yōu)先選擇。遍布世界各地的任何一家和電氣、機電、測控相關的大型技術企業(yè)以及廠家等，沒有一個企業(yè)不把單片機應用在產(chǎn)品的研發(fā)，使單片機成為企業(yè)的產(chǎn)品智能化的中樞。而設計的計時器是對比賽過程產(chǎn)生時間和所得分數(shù)的比較的采集、記錄、加工和處理的工具，這就需要使用單片機作為計時器的核心控制。對本次基于51單片機的籃球比賽計時器的設計中，種種需要運用到的原理都方便我們使用、操控、探索、深入了解單片機里最基礎的指令功能，以及STC89C51的組成和基本思路，熟練掌握并應用單片機的程序編程和技巧，熟悉與51單片機有關的外圍電路設計，靈活調(diào)試軟件和硬件，更有助于今后的學習和日常的工作生活。1.2研究目的籃球比賽是競技運動，在籃球比賽中有嚴格的規(guī)則限制，包括運球24s回合進攻，8s過半場等一些有嚴格時間限制的規(guī)則。同時，雙方的得分，犯規(guī)數(shù)，暫停數(shù)等都需要技術臺精準記錄。在一般的業(yè)余籃球比賽中，人工計時記分法被廣泛使用。換句話說，裁判用他/她自己的時鐘或估計記錄比賽，技術臺記錄犯規(guī)、時間和暫停次數(shù)。但是，如果手動記錄的時間、進球數(shù)、犯規(guī)次數(shù)、暫停次數(shù)等出現(xiàn)錯誤，就會影響比賽的正常進行。因此，本次設計是為減少人工計時計分帶來的誤差，提供更加靠譜準確的計時與計分系統(tǒng)。1.3國內(nèi)外發(fā)展概述1.3.1國外狀況世界新科技的發(fā)展和變化層出不窮日新月異，生活中經(jīng)常被人使用的各式各樣的電子產(chǎn)品也是如春后竹筍，幾乎很難看到不需要使用沒有單片機產(chǎn)業(yè)。例如國家研制的導彈所需要的導航裝置，任何機器上功能不同的儀表的控制，亦或是計算機或者電臺的網(wǎng)絡、通訊與數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊取ＶT如此類，所以相對于設計研究計時器，就是一個隨處可見的最基礎電子產(chǎn)品，它經(jīng)歷過歷史發(fā)展的洗禮，技術由一開始是不足已經(jīng)逐漸變得相當?shù)某墒旌屯晟?。而我們在根?jù)目前高水平籃球比賽要求發(fā)現(xiàn)，良好的籃球比賽計分計時系統(tǒng)必須能夠做到最基本的成績處理和計時準確，以便實現(xiàn)比賽的準確度，計時記分系統(tǒng)設計的合理與否，是直接對一場比賽質(zhì)量的優(yōu)劣造成很大的影響。因而隨著現(xiàn)代電子技術的產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整下，在制造的不斷精良和生產(chǎn)工藝逐漸飛躍，以及體育在新時代中飛速、廣泛推廣，讓越來越多的市場對籃球計時器的需求也因上述原因而變得越來越大。1.3.2國內(nèi)狀況在全民運動的時代中，尤其是在中央提出的建設體育強國的重要指示之下，中國早已躋身成為世界中的體育大國，社會逐步形成體育事業(yè)全新的、高度的發(fā)展的新局勢，這個新的局勢刺激年輕老幼在健身和體育產(chǎn)業(yè)上消費，社會也因此靈活運用并把握體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大機遇，將體育產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展推進更高質(zhì)量的全新局面。這個局面推動了廣大群眾加入熱愛運動的行列中，首當其次的就是青少年所熱愛的籃球運動，籃球比賽必備的計分計時就是值得關注和研究的事項。關于籃球比賽計分計時器的設計，用STC89C51嵌入式單片機編程控制LCD1602液晶七段數(shù)碼管作顯示，而嵌入式單片機早已融入到我們生活當中，使用單片機為核心的籃球計分計時器也成為了必然，從而可以做到人工和智能交互的方便和快捷。1.3.3發(fā)展趨勢如今在我國的大部分地區(qū)所開展的比賽中仍然是使用傳統(tǒng)的人工手動翻分牌和人工計時的計分計時方法，不僅僅是耗費人力，還有極大導致計分計時的誤差從而影響整局比賽的可能發(fā)生，進而造成諸多負面影響，且人工手動計時會因為稍有不舍極其容易發(fā)生計時的偏差，從而導致比賽進行的不順利和隊員、觀眾的不愉快，進而導致活動的結(jié)果。以上這些問題大都是可以得到避免的，使用籃球比賽計分計時器對比賽進行實時控制，計分計時同時操作，若進攻方在規(guī)定的24秒內(nèi)沒有進攻成功蜂鳴器會發(fā)出警報聲提醒，這樣既可以在一定程度上減少人工，還可以保證比賽的準確。雖然在此之前已有各式各樣的計分計時器的生產(chǎn)，而要能做到符合比賽規(guī)則的計分計時器大都存在計時不準的問題，部分還只是做到了基本的計時功能，在比賽規(guī)則和設備應用過程中不停摸索、創(chuàng)新、相繼完善，才進一步升級了能計時計分做到同步，從長遠思考，不斷地引進和推廣新的智能技術作用在生活和體育發(fā)展中來，會使生活變得更加的便捷。1.4設計內(nèi)容本設計以STC89C51為核心元件，數(shù)碼管組成的顯示模塊構成。四位一體數(shù)碼管顯示器為計時，以倒計時的形式前兩位顯示分鐘，后兩位顯示秒數(shù)，范圍都是0~99，時間清零，按下按鍵重新計時；兩個三位一體數(shù)碼管顯示器分別為兩個隊伍的的分數(shù)，顯示0~999；兩位的數(shù)碼管顯示器以倒計時的形式計算24s違例，24s結(jié)束歸零，重新計數(shù)。

2設計方案2.1設計需求2.1.1設計要求（1）可以記錄整個賽程，可以修改時間，可以停止比賽。（2）A隊和B隊在總賽程中的成績可以隨時刷新。（3）如果場館內(nèi)比賽場地發(fā)生變化，A隊和B隊的得分順序可能會發(fā)生變化。（4）游戲時間結(jié)束時可以發(fā)出報警指令。（5）設有24秒倒計時功能，可隨時按下按鍵重置24秒，超過24秒時蜂鳴器響起并停止游戲時間。處理完畢后，長按復位鍵24秒繼續(xù)游戲。2.1.2實現(xiàn)功能（1）四合一數(shù)碼管顯示比賽時間，時間格式為15:00，兩個三合一數(shù)碼管顯示A、B兩對分數(shù)，以及分數(shù)格式。008.（2）游戲時間采用倒計時方式減少1秒，出廠默認為開機時15:00，未開始游戲時可修改時間，但之后會修改游戲開始。（3）A隊和B隊的成績采用3位數(shù)字，開機初始值為000，最大值為999，符合常識標準。比賽結(jié)束后。（4）游戲開始前，可以用ADD1、DEC1鍵調(diào)整比較時間的分鐘，用ADD2、DEC2鍵調(diào)整比較時間的秒數(shù)。（5）游戲時間可以隨時暫停/開始。（6）游戲過程中，可以通過ADD1和DEC1鍵加減A隊的分數(shù)，也可以對ADD2和DEC2加減B隊的分數(shù)。每次按鍵都會增加或減少1分。（7）游戲結(jié)束時，可以通過（EXCHANGE）按鈕改變場地，游戲改變后會交換并顯示分數(shù)，在開始時會交換對應的分數(shù)加減鍵交換后的下一場比賽。（8）當游戲結(jié)束時，發(fā)生警報。2.1.3按鍵說明鍵盤對應名稱如下：ADD1，DEC1，EXCHANGE，ADD2，DEC2，SEC24，RUN/STOP其中， ADD1為甲隊比分加1鍵，（比賽開始前為調(diào)整時間加1） DEC1為甲隊比分減1鍵，（比賽開始前為調(diào)整時間減1） EXCHANGE為換場鍵，一節(jié)比賽結(jié)束后才可換場。 ADD2為乙隊比分加1鍵，（比賽開始前為調(diào)整時間加1） DEC2為乙隊比分減1鍵，（比賽開始前為調(diào)整時間減1） SEC24為24秒復位鍵，比賽時隨時復位24秒 RUN/STOP為啟動暫停鍵，比賽開始前按下啟動計時，比賽開始，比賽開始后，按下為暫停計時，比賽暫停。2.3.4作用說明（1）比賽時間調(diào)整：接通電源后，系列賽基本比賽時間為15:00，A隊和B隊基本得分為000分。這時候按ADD1鍵加1。輸入游戲時間分鐘，然后按DEC1按鈕調(diào)整游戲時間。小時的分鐘數(shù)減1。按ADD2鍵，游戲時間的秒加1，按DEC2鍵，游戲時間減1秒。（2）開始游戲：當按下RUN/STOP鍵時，開始計時，游戲時間以1秒為周期倒計時。（3）暫停游戲：當游戲運行時，按RUN/STOP鍵暫停游戲和計時。（4）加減分，在比賽過程中，按ADD1、DEC1鍵對A隊得分加減1，按ADD2、DEC2鍵對B隊得分加減1。（5）場地交換：比賽結(jié)束后按EXCHANGE鍵，比賽時間重置為15:00，左右數(shù)碼管的比分交換顯示。此時，按下開始按鈕開始游戲的新部分。（6）報警通知：當比賽時間倒計時到00:00時，蜂鳴器發(fā)出報警通知。（7）游戲過程中，24秒減少1秒，可隨時按下24秒重置鍵重置24秒。2.2方案選擇設計計劃決定了本文件的方向。籃球計時計分系統(tǒng)是一種快速記錄、響應、處理和傳輸籃球比賽中時間、24秒、進球數(shù)等數(shù)據(jù)的系統(tǒng)REF_Ref30528\r\h[3]。同時，依照籃球比賽的規(guī)則與模式，是根據(jù)有限時間內(nèi)的的分數(shù)來決定輸贏的，同時，教練員和場上的球員往往會根據(jù)比分與時間做出判斷與選擇，決定比賽的走勢。因此，籃球計時計分器不僅在時間上要嚴格控制，同時在比分的計數(shù)同樣重要。根據(jù)本文設計要求，大概有兩個可選方案，接下來簡單介紹一下：一種以單片機最小系統(tǒng)為主，單片機直接驅(qū)動LED數(shù)碼管顯示器工作，這種方案成本較低而且電路設計簡單；另一個方案，單片機帶外圍擴展，驅(qū)動單片機工作驅(qū)動數(shù)碼管工作。出于經(jīng)濟成本原因，我選擇第一個方案，方案具體內(nèi)容：利用一個0.36四位一體共陽數(shù)碼管和2個三位數(shù)碼管，顯示采用兩位數(shù)碼管。兩支0.36四合一數(shù)碼管分別記錄A隊和B隊的成績，顯示的成績范圍為0999，足以滿足常規(guī)比賽的要求。數(shù)碼管用于記錄游戲時間并以倒計時格式設置時間，前兩位用于顯示分鐘，后兩位則顯示秒鐘；兩位的數(shù)碼管記錄的是單節(jié)進攻時間24s。在籃球賽開始之前，先檢查設備，然后接通電源，通過按鍵設置好時間。比賽開始時，啟動計時，數(shù)碼管顯示器以倒計時形式計時，直至倒計時歸零為止REF_Ref31426\r\h[4]。2.3總體設計本文的設計假設為單片機STC89C51，滿足設計要求，也是根據(jù)硬件的理論可行性和經(jīng)濟實用性進行設計的重要環(huán)節(jié)。在綜合考慮各種因素的情況下，計時記分器的總體框架設計為由按鍵模塊、單片機最小系統(tǒng)和顯示模塊系統(tǒng)控制。顯示模塊主要由計時顯示系統(tǒng)、比分顯示系統(tǒng)、24秒顯示系統(tǒng)組成，同時計時計分和24秒由按鍵控制，并且外接蜂鳴器構成定時報警系統(tǒng)，在時間清零和24s歸零時放出警報?；趩纹瑱CSTC89C51的籃球計時計分器的總體設計框架圖如圖2-1所示。圖2-1籃球計時計分器總體設計框架圖（1）比賽時間設置按鍵模塊共設計了7個按鍵，不僅能夠配合計時器計時，而且能夠配合計分器記錄分數(shù)。比賽開始前設置時間，接通電源按下開關時，默認時間15.00，通過按鍵“K2”、“K3”設置四位數(shù)碼管的前兩位顯示為“10”，按鍵“K2”實現(xiàn)加時功能，按鍵“K3”負責減時，按下“K5”、“K6”按鍵，設置四位數(shù)碼管中后兩位，按鍵“K5”負責加，按鍵“K6”實現(xiàn)減時功能。同時，當整場比賽結(jié)束，出現(xiàn)平局的情況，需要通過加時賽決定勝負，可以通過這四個按鍵來重新設置時間，增加額外比賽時間，設置方法同上?！癒7”鍵負責比賽的啟動與暫停，時間設置完畢后，裁判吹響口哨時，立即按下“K7”開始計時，這時電路便開始按照上述設置運行，計時顯示從1000變成0959，0958……直到計時顯示為0000表示單節(jié)比賽結(jié)束。單節(jié)比賽結(jié)束后，繼續(xù)按鍵設置時間，直到比賽完全結(jié)束。（2）比分交換設置比分的交換與設置由按鍵“K4”控制。半場結(jié)束，交換雙方分數(shù)，即第二節(jié)結(jié)束，按下“K4”鍵，雙方換分，交換場地，準備下半場的比賽，同時加減分也會隨之變換，接著設置時間準備。（3）比分刷新設置比賽中，雙方得分都在快速變化，得分手段的不同加分也不同，1分、2分、3分，同時，受判罰影響，有可能出現(xiàn)加分再扣除的情況，所以需要設置按鍵控制比分的刷新；比分的刷新就由按鍵“K2”“K3”“K5”“K6”來完成：按鍵“K2”為A隊加一分，按鍵“K3”為A隊減一分；按鍵“K5”為B隊加一分，按鍵“K6”為B隊減一分。（4）24s24s跟隨者總時間走，按下“K7”鍵，比賽時間暫停同時24s也停止計數(shù)，按下“K8”鍵，重新記錄24s。如果24s歸零，蜂鳴器發(fā)出報警聲，長時間鳴笛，同時比賽時間暫停，另一隊獲得球權后，立刻下“K8”鍵，復位24s，比賽繼續(xù)進行。（5）賽程結(jié)束警報倒計時歸零時，蜂鳴器發(fā)出不同于24s違例發(fā)出的警報聲，提示單節(jié)比賽結(jié)束。3系統(tǒng)硬件電路設計3.1器件選擇及介紹3.1.1單片機選擇設計選擇的單片機是STC89C51。STC89C51是美國STC公司精心研發(fā)并設計的一款低成本功耗、高性能CMOS8位微控制器。STC89C51MCU外部控制單元、時鐘控制電路和復位控制電路可以構成MCU的最小系統(tǒng)[5]。AT89C51是老式的255位微控制器，STC89C51是基于電子的AD數(shù)模轉(zhuǎn)換器，集成度更高，更先進?，F(xiàn)在將STC89C51與AT89C51進行比較。（1）AT89C51需要編程器編程，而STC89C51支持在線編程。也就是說，它具有ISP功能。（2）STC89C51的6T模式比AT89C51的12T模式快。（3）與STC89C51不同，AT89C51包含512或1280字節(jié)的RAM。（4）STC89C51有三個16位定時器，比AT89C51多一個。（5）工作電壓區(qū)間不同：STC89C51的正常工作電壓為5.5V~3.3v;AT89C51的正常工作電壓為5.25v~4.75v。（6）與AT89C51用戶程序空間相比，STC89C51用戶程序空間提供了較大的選擇空間，存儲空間從4K到64K不等。3.1.2STC89C51的特點(1)增強型1T流水線/精簡指令集結(jié)構8051CPUREF_Ref31573\r\h[6]。(2)時鐘頻率0~35MHz，相當于普通8051的0～420MHz，實際工作頻率可達48MHzREF_Ref31609\r\h[7]。(3)有3個16位定時器/計數(shù)器(4)用戶允許指定用戶的每個應用程序存儲空間4K~64K，片上集成512字節(jié)RAM(5)（5V單片機）/2.0V-3.8V。3.2系統(tǒng)硬件電路組成3.2.1顯示模塊顯示器有史以來都是最常見的一種數(shù)字輸出控制裝置，其輸出產(chǎn)品種類繁多，然而，當今各種微控制器可編程控制輸出系統(tǒng)中最常見的產(chǎn)品是發(fā)光二極管顯示器（LED）和液晶顯示器（LCD）。這兩類顯示器由于硬件結(jié)構簡單、成本低、接口實現(xiàn)容易等特點，具有非常高的市場覆蓋率。本文展示的模塊由4位數(shù)碼管、3位數(shù)碼管和2位數(shù)碼管組成。LED顯示屏又稱數(shù)碼管，由排列成陣列的八個發(fā)光二極管組成。因為是“日”字排列，所以0到9各種數(shù)字都可以表示出來，兩位一體數(shù)碼管也足以記錄0~99數(shù)字，甚至一部分英文字母也可以表示出來REF_Ref31690\r\h[8]。因為選擇的是共陽極數(shù)碼管，所以LED顯示器的陽極全都連接一起。3.2.2報警器蜂鳴器分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型，后者是本文所選擇的報警器。報警器的工作原理如下所述：接通電源，振蕩器發(fā)出的音頻信號切割電磁線圈，產(chǎn)生一個磁場。在電磁線圈產(chǎn)生得磁場和磁鐵的相互作用下，振動膜片按照一定頻率振動發(fā)聲REF_Ref31716\r\h[9]。3.2.3計時電路(1)定時電路的工作過程如下。定時電路主要由按鍵“K3”、“K6”和“K7”、單片機STC89C51、晶振電路、復位控制電路和常用的正數(shù)位組成。管顯示。比賽開始時，按“K7”鍵開始計時，計時開始倒計時，單場比賽時間設置為10分鐘，LED顯示屏顯示四位數(shù)字“1000”后跟0959、0958,0957.當它到達“0000”時，它會繼續(xù)倒計時，直到一個分支結(jié)束。場地瞬息萬變，當球隊請求暫停或出現(xiàn)特殊情況時，當裁判請求暫停時，按“K7”鍵暫停計時，暫停時間結(jié)束時，按“K7”繼續(xù)比賽。(2)計時電路的工作原理圖計時電路工作原理圖見3-1。按鍵一端接地，另一端輸入連接STC89C51的P2.4，P2.5，P2.6引腳。

圖3-1計時電路工作原理圖(3)振蕩電路STC89C51的時鐘振蕩功能在本次設計中也啟動至關重要的作用。STC89C51有一個用于形成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器。放大器和片外晶體諧振器組成一個自激振蕩器REF_Ref31752\r\h[10]。本設計使用一個30pF的電容和一個晶振諧振器，晶振頻率為12MHZ。諧振器和電容器C3和C4連接到放大器的反饋電路以形成并聯(lián)諧振電路REF_Ref31795\r\h[11]。電容容量的大小對振蕩頻率的大小、振蕩器能否穩(wěn)定工作、是否容易起振等影響不大。振蕩器電路如圖3-2所示。引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入、輸出端。圖3-2時鐘震蕩電路3.2.4計分電路(1)計分電路原理計分電路工作過程如下：按鍵開關“K2”、“K3”、“K5”、“K6”負責A、B兩隊的加減分。以A隊為例簡單闡述一下計分電路的工作原理。裁判哨響，比賽開始，兩個三位數(shù)碼管顯示比分000:000，A隊選手得分，需要為其加分時，按下“K2”鍵，“K2”連接端輸入低電平，其余三個按鍵皆為高電平，K2K3K5K6相與之后的仍為低電平，P3.2引腳輸出低電平，中斷外部中斷INT0[16]，調(diào)用中斷服務程序，從06H程序指定的TAB固定表中取出要顯示的數(shù)據(jù)REF_Ref31841\r\h[12]。(2)計分電路原理圖計分電路原理圖如圖3-3所示。按鍵一端接地，另一端輸入連接STC89C51的P3.5，P3.4，P0.2，P0.1引腳。圖3-3計分電路原理圖本設計總體電路原理如圖3-4所示圖3-4籃球計時計分器原理圖4軟件設計因為在這次設計中，不僅僅是硬件部分需要有規(guī)劃的處理，單片機控制各個系統(tǒng)的指令離不開軟件語言的編寫，因而我們更加需要謹慎小心的處理軟件語言。我們寫的合適系統(tǒng)實現(xiàn)功能正常運行的匯編語言源程序，要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，分別是手工匯編和機器匯編，所以在本次設計中我們設計和處理程序而主要使用的語言軟件便是通用的Keil，俗稱C語言。它包括有簡單的結(jié)構和強大的處理能力，具有跑得快、收集效率高、耐受力強、可讀性強的強大優(yōu)點。使得語言發(fā)開的系統(tǒng)得以直接而舒適地運行。（1）設計方案和規(guī)模越大，C語言的使用越多。（2）如果您不需要為特定的設備完成一套完整的說明書，我們可以編寫一個符合真正專業(yè)設備要求的程序。（3）實現(xiàn)本設計方案的結(jié)構化方案，使設計方案的邏輯結(jié)構更加清晰有序。（4）只要在使用C語言后公布代碼的變體類型，翻譯者就可以自動分配相關資源，無需人工干預任務處理，有效避免精確控制的人工分配錯誤。資源；（5）如果設備專用代碼經(jīng)過適當調(diào)整，C語言可以很容易地轉(zhuǎn)換為其他類型的精度控制。（6）不同函數(shù)的數(shù)據(jù)實行覆蓋，有效利用片上有限的RAM空間；（7）能自動為變量合理地分配地址4.1系統(tǒng)軟件總設計流程所設計的系統(tǒng)采用STC89C51單片機，所有編寫的程序都固定在寄存器中，用于存儲和存儲記錄。需要另外設置一個按鈕來減分，避免加分出錯，軟件部分需要的功能有：(1)當所有顯示屏顯示0時；(2)有提前設定游戲時間的功能。(3)有為每支AB隊分別計分的功能。(4)具有汽笛報警功能；設置好預設時間后，按開始鍵，定時器開始計時，計時開始之后可以對teamA/B比分進行加減，在快到達設定時間值時才會鳴笛報警，達到設定時間值時計時器停止計時工作，此時不能再給teamA/B進行加減分操作。結(jié)合LCD1602的顯示和51單片機計數(shù)器、接口應用、中斷控制等操作的實現(xiàn)，程序流程圖可設計如下圖。圖551單片機計數(shù)器流程圖4.2系統(tǒng)軟件子設計流程系統(tǒng)上電初始化是系統(tǒng)初始化模塊最重要的主要功能之一，其次是建立系統(tǒng)的運行狀態(tài)。初始化部分包括以下幾個方面：(1)MCU初始化及各種管腳定義；(2)復位LCD1602液晶顯示和工作模式。(3)系統(tǒng)進入正常運行狀態(tài)。4.2.1按鍵顯示子程序獨立式鍵盤的接口電路及編程（1）設計獨立式鍵盤的接口電路，可以手動按鍵向系統(tǒng)輸入信息，將每個按鍵直接連接到I/O接口線，形成一個獨立的鍵盤。每個獨立按鍵都有單獨的I/O接口線，每條I/O接口線相互獨立，不影響其他I/O接口線的操作。核心接口電路配置靈活，硬件結(jié)構簡單。唯一的缺點是每個按鍵都要占用一條I/O線，浪費了I/O接口線。因此，該按鍵電路僅在按鍵數(shù)量較少時使用。（2）在本電路中，按鍵輸入為低電平有效。上拉電阻保證按鈕松開時I/O接口線有一定的高電平。如果I/O接口內(nèi)部有上拉電阻，則外部電路可能沒有上拉電阻。（3）獨立鍵盤編程：獨立鍵盤編程常采用查詢結(jié)構。逐一查詢每條I/O接口線的輸入狀態(tài)，如果I/O接口線輸入為低電平，證明與I/O接口線相連的按鈕被按下，然后處理按鍵功能程序。所示電路程序的清單如下：4.2.2報警子程序在此系統(tǒng)中警報燈只是一個蜂鳴器，它由STC89C51單片機控制。要實現(xiàn)的功能當系統(tǒng)上電后，當時間還剩最后三秒時時,系統(tǒng)會自動發(fā)出報警聲,提示時間到，之后報警結(jié)束。4.2.3計時計分子程序在單片機中，時間和脈沖計數(shù)密切相關，密不可分，在系統(tǒng)中，計數(shù)器值受脈沖影響，所以要使計數(shù)器值加1，需要輸入一個脈沖。如果相鄰計數(shù)脈沖之間的時間間隔相等，那么這個計數(shù)值就能代表了時間的流逝。而外接的晶振就能做到使計數(shù)器穩(wěn)定，可以作定時器來使用，通過引腳P3.4或者P3.5，造成外部脈沖信號發(fā)生從1到0的負跳變時，計數(shù)器的值就自動。5系統(tǒng)調(diào)試5.1系統(tǒng)仿真在設計籃球比賽計時器中，為了編寫功能和指令完善的程序，設計硬件電路部分的仿真和運行，需要我們使用到Keil和Proteus7.8這兩個軟件美國的Keil軟件公司專門為51系列兼容的單片機設置了一款C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，此系統(tǒng)就是Keil軟件。由于此系統(tǒng)的編程語言容易能讓我們進行簡單的使用和學習，編譯軟件與該軟件相比，功能結(jié)構更為復雜，在可讀性方面更難以理解，在維護方面與則需要更高級的維護方法。所以，Keil軟件公司專門為該軟件在這些問題上提供了一套相當完整的解決方案。為了設計版圖原理圖和PCB版圖，運用調(diào)試器和模擬微控制器外部電路的仿真，就需要用到現(xiàn)在世界上最常用的EDA工具，即Proteus。該設計平臺都是目前國際上僅有的一款能夠集仿真、PCB設計和虛擬模型仿真軟件于一體的EDA工具軟件。系統(tǒng)仿真主要有以下幾個步驟：（1）運用Keil軟件將能夠?qū)崿F(xiàn)該灌溉系統(tǒng)所需要達到的要求并進行程序編寫，編寫完成后點擊保存生成hex.格式的文件；（2）Keil程序編輯軟件可以檢測程序下狀態(tài)欄是否有寫入錯誤，如果狀態(tài)欄沒有程序錯誤提示，可以打開Proteus軟件搭建模擬電路進行仿真；（3）根據(jù)設計需要，結(jié)合數(shù)據(jù)庫現(xiàn)有功能，選擇合適的元器件繪制整體原理圖。（4）為使布局美觀，可將電路按適當位置合理布置，形成簡單、實用、高效的整體電路圖。（5）雙擊STC89C51單片機組件，頁面彈出對話框。（6）此時，在“ProgramFiles”欄中，選擇并導入之前完成的hex文件。（7）電路未上電時，點擊軟件左下角的播放按鈕，激活電路系統(tǒng)，開始仿真。5.2系統(tǒng)調(diào)試調(diào)試系統(tǒng)是發(fā)現(xiàn)錯誤以及創(chuàng)建和改進調(diào)試的過程。需要謹慎對待。第一個是測試，在組裝電路后，測量整個電路的運行情況，以驗證每個設備是否正常工作。我們知道，物理生產(chǎn)過程的一個關鍵部分是電路的檢查。如果硬件電路出現(xiàn)問題，整個系統(tǒng)無法調(diào)試，元器件也會損壞，硬件電路的正常運行是本設計要達到的目標。如果上電后電路出現(xiàn)問題，則應使用萬用表等工具檢測電路中的某些故障電路，然后進行修復，以使設計更加完整并記錄任何變化。完成這個畢業(yè)設計的一個關鍵步驟是系統(tǒng)硬件和軟件的調(diào)試。調(diào)試是設計中必不可少的一步，一旦系統(tǒng)的預想目標基本實現(xiàn)，就很難設計硬件電路和編寫代碼。我們將繼續(xù)進行實驗，并在設計好電路板的走線后需要仔細的進行元器件的焊接，下面就是具體步驟：（1）硬件焊接第一步：采購最新的元器件，并對該設計所用的元器件進行檢查，以此來確定每個元件的能否在設計中能夠正常工作；第二步：將設計并且連接好的原理圖轉(zhuǎn)化為PCB原理圖，排版美觀，為腐蝕到覆銅板上做好準備，將要焊接的元器件清點一遍，以保證不會有漏焊的情況，潔覆銅板和用于促進焊接的組件。第三步：當烙鐵達到一定溫度時，放置零件，將焊錫絲放在引腳上，給電烙鐵通電，加熱電烙鐵并熔化焊料，等待熱錫放涼使元器件固定在電路板上；第四步：將焊好的元器件上過長的引腳剪去。（2）硬件調(diào)試僅僅因為所有子單元電路都是完全自由的，并不意味著由它們組成的系統(tǒng)沒有問題。要觀察和測量電路的動態(tài)性能，必須對系統(tǒng)進行最后的聯(lián)調(diào)，以隔離電路中的問題，并嘗試排除問題，直到電路調(diào)試完全清楚為止。在該計分計時系統(tǒng)的硬件調(diào)試中，當焊接完全部硬件并檢查無問題后再將編寫好的程序燒入主控制器芯片中，接通電源后發(fā)現(xiàn)整個系統(tǒng)都沒有反應，在經(jīng)過萬用表測試后發(fā)現(xiàn)所焊接的電源接口是沒有電的，極有可能是元器件本身就損壞了或是在焊接時不小心損壞了，之后便只能購買了另一個電源接口。因此，我們需要在對待任何事情的處理上都做到謹慎細微，盡自己最大努力使設計的東西不出現(xiàn)一丁點的的錯誤，否則要浪費很多的時間和精力。軟件調(diào)試軟件調(diào)試是在開發(fā)功能時使用開發(fā)板進行功能測試，最后將程序移植到生產(chǎn)的對象上。寫代碼的時候有很多問題，有時候忘記輸入符號，改錯字或者語法錯誤的時候會收到很多通知。通過提供信息和向?qū)W生尋求幫助，解決方案逐漸得到解決。軟件調(diào)試基于硬件設置，需要100%的準確度。只有在確定整個硬件電路工作正常且沒有短路的情況下，才能進行所有的代碼測試，以保證功能的實現(xiàn)。在確認整個硬件電路正常后，我們通過串口下載單片機中設置的可執(zhí)行程序進行綜合調(diào)試處理，整個過程需要對程序進行反復調(diào)試和修改，才能實現(xiàn)所需的功能。在調(diào)試的時候，我們可以先將編寫無誤的程序燒入單片機，并啟動運行程序，當我們所預想的功能都能一一被實現(xiàn)的時候，則說明程序調(diào)試無誤；如果我們預想的功能有一小塊地方?jīng)]被實現(xiàn)，則說明程序有錯誤。然后我們應該試著找出這個程序的錯誤在哪里導致它無法正常工作，仔細調(diào)整和糾正錯誤，確定邏輯是否錯誤，然后進行測試，從而完成本次設計工作。6總結(jié)在本次設計中，我對于單片機STC89C51運用有了進一步的認識，同時，對于單片機的認識與運用不僅局限于書本上的知識，更從實踐中對于單片機的功能以及C語言的設計應用方面有了更加深刻的認識，紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。經(jīng)過反復調(diào)試，由51單片機控制的籃球計時計分器，基本上能適應籃