单片机课程设计(论文)篮球计时计分器.doc
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1、篮球赛计时计分器摘 要单片机自20世纪70年代问世以来,以极其高的性价比受到人们的重视和关注,所以应用很广,发展很快。由于单片机的集成度高,功能强,通用性好,特别是它具有体积小、重量轻、能耗低、价格便宜、可靠性高、抗干扰能力强和使用方便等独特的优点,使单片机迅速得到了推广应用。目前已经成为测量控制应用系统中的优选机种和新电子产品的关键部位,许多用单片机做控制的球赛计时计分系统也应运而生,如:用单片机控制液晶显示(LCD)计时计分器,用单片机控制LED七段显示器计时计分器等。篮球计时计分器以单片机为核心,由计时器、计分器、综合控制器等组成。系统采用模块化设计,主体分为计时显示模块、计分显示模块、
2、定时报警、按键控制键盘模块。每个模块的程序结构简单、任务明确,易于编写、调试和修改。程序可读性好,对程序的修改可局部进行,其他部分可保持不变。编程后利用Keil C51软件来进行编译,再将生成的HEX文件装入芯片中,采用Proteus软件仿真,检验功能是否能够正常实现,随后可用Protel99画出硬件电路图。本设计中系统硬件电路主要由以下几个部分组成:单片机AT89C51、计时电路、计分电路、报警电路和按键开关。本次设计用由AT89C51编程控制LED七段数码管作显示的球赛计时计分系统。该系统具有赛程定时设置、赛程时间暂停、及时刷新甲乙双方的成绩等功能。它具有价格低廉、性能稳定、操作方便并且易
3、于携带等特点,广泛适合各类学校或者小型团体作为赛程计时计分。关键词:单片机,计时,计分,显示器,接口AbstractSingle-ship microcomputer since its inception in the 1970s, the extremely high cost peoples attention and concern, so a very wide application, rapid development. Because of the high integration single-chip, powerful, common good, especially w
4、hen it is small, light weight, low power consumption, cheap, high reliability, strong anti-interference ability and ease of use unique advantages, the chip quickly has been widely used. Measurement and control applications has become the preferred model system, and a key component of new electronic
5、products, many made with single-chip timing control of the game scoring system have emerged, such as: with single-chip control of liquid crystal display (LCD) device timing points , LED seven-segment display with microcontroller timing control points, etc. Basketball time scoring device to the micro
6、controller as the core, by a timer, scoring devices, integrated controller and other components.The modular design, divided into the main time display module, display module scoring, timing alarm, key control keyboard module. Each module of the program structure is simple, clear tasks, easy to write
7、, debug and modify. Readable program, the program changes can be partially carried out, the rest can remain unchanged. After the programming software to use Keil C51 compiler, and then generate the HEX file into the chip, using the Proteus software simulation to test whether the normal function to a
8、chieve, then draw the hardware circuit diagram Protel99 available. The design of hardware circuit mainly consists of the following components: the microcontroller AT89C51, timing circuit, scoring circuit, alarm circuit and key switch. The design used by the AT89C51 programming control for the seven-
9、segment LED display game time scoring. The system has a set time schedule, schedule time to pause, refresh and timely performance of both parties and other functions. It has low price, stable performance, easy to operate and easy to carry, which is widely suitable for all types of schools or small g
10、roups as the race time scoring.Key words: Single-chip Microcomputer,Timing, scoring, display, interface目录前言1第1章 系统方案说明21.1 方案选择21.1.1 篮球赛计时计分器设计的现状21.1.2 系统总体设计方案21.2 系统基本功能介绍3第2章 系统硬件电路设计52.1 篮球赛计时计分电路原理图52.2 篮球赛计时计分器电路工作过程52.3 系统硬件电路组成52.3.1 计时电路52.3.2 计分电路82.4 器件选择及介绍102.4.1 AT89C5110第3章 软件编程及调试1
11、43.1 总体程序设计143.2 计时系统程序设计143.3 计分系统程序设计163.4 系统调试163.4.1 软件调试16结论18参考文献19致谢20附录21前言随着单片机在各个领域的广泛应用,许多用单片机做控制的球赛计时计分系统也应运而生,如用单片机控制LCD液晶显示器1计时计分器,用单片机控制LED七段显示器计时计分器等。根据此次课题要求,这里介绍一种篮球赛计时计分器的设计方法,即单片机带外围扩展来驱动数码管工作的电路。采用这种方法可提升学生对单片机接口电路的综合运用能力。电路采用单片机作为核心元件,利用两个供阴的三位一体数码管来显示两队的分数,一个四位一体数码管显示时间的计时。显示分
12、数范围可达0999分,足够赛程计分的需要。四位一体数码管中2个用于显示分钟,2个用于显示秒钟。比赛前,将时间设置好,比赛开始时启动计时,直至倒计时到零为止。计时范围达到099分钟,能满足实际赛程计时的需要。为了配合计时器调整时间和计分器校正比分,设计了6个按键,4个用于输入甲、乙两队的分数,另2个用于启动和暂停赛程时间。另外,还设计了定时报警系统,即比赛时间到时,扬声器发出报警声提示赛程结束。该系统具有赛程定时设置,赛程时间暂停,及时刷新甲、乙双方的成绩等功能。设计分为软件设计和硬件设计两部分。主控芯片采用AT89C51,使用C语言编写软件程序,主体分为计时显示模块、计分显示模块、定时报警、按
13、键控制模块。编程后利用Keil C513软件来进行编译,再将生成的HEX文件装入芯片中,检验功能是否能够正常实现。通过本次基于单片机的篮球赛计时计分器的设计,可以了解、熟悉有关单片机开发设计实例的过程,并加深对单片机的理解和应用以及掌握单片机与外围接口的一些方法和技巧。第1章 系统方案说明1.1 方案选择1.1.1 篮球赛计时计分器设计的现状体育比赛计时计分系统是对体育比赛过程中所产生的时间,比分等数据信息进行快速采集记录、加工处理、传递和利用的系统。根据运动项目的不同,比赛规则要求也不同,体育比赛的计时计分系统包括测量类、评分类、命中类、制胜类和得分类等多种类型。 篮球比赛是根据运动队员在规
14、定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统。篮球比赛的计时计分系统由计时器、计分器等多种电子设备组成的,同时,根据目前高水平篮球比赛要求,完善的篮球比赛计时计分系统设备应能与现场成绩处理、现场大屏幕、电视转播车等多种设备相联,以便实现激烈的比赛现场感和表演娱乐等功能目标。现在,根据设计要求,介绍一下设计方案。1.1.2 系统总体设计方案根据课题要求,设计方法是单片机直接驱动数码管工作的电路,该电路成本相对较低。以单片机作为核心元件,利用两个供阴的三位一体数码管来显示两队的分数,一个四位一体数码管显示时间的计时。显示分数范围可达0999分,足够赛程计分的
15、需要。四位一体数码管中2个用于显示分钟,2个用于显示秒钟。比赛前,将时间设置好,比赛开始时启动计时,直至倒计时到零为止。计时范围达到099分钟,能满足实际赛程计时的需要。为了配合计时器调整时间和计分器校正比分,设计了6个按键,4个用于输入甲、乙两队的分数,另2个用于启动和暂停赛程时间。另外,还设计了定时报警系统,即比赛时间到时,扬声器发出报警声提示赛程结束。图1-1 系统构成图1.2 系统基本功能介绍本设计要实现的基本功能有:赛程时间设置,赛程时间启停设置,比分交换控制,计时计分显示,赛程结束报警。以下对个功能进行介绍。1、赛程时间设置在计时电路中,按键开关K6、K7用来设置赛程时间,通过程序
16、来设置不同的时间。2、赛程时间启动暂停设置当时间设置完成后,比如设置赛程时间为15分钟,则在LED显示器上显示为1500,15表示分钟,00表示秒钟。这时,如果裁判吹响开始的哨声时,则应立即按下按键K7,表示赛程开始,计时显示则由4500变成4459,4458一直计时直到计为0000时表示赛程结束。按键K7为赛程启动和暂停控制。3、比分交换控制比分交换控制由计时电路图2-5中所示的K7键完成。我们知道,因为比分交换是在上半场赛程结束后进行的,也就是说比分交换要受赛程时间控制,只有当上半场计时器指示为0000时,按K7键,则会自动交换甲、乙两队的比分。如果上半场赛程时间没有到0000时,则此时按
17、下K7键,只会暂停比赛,不能交换分数。如果要继续比赛,再按一次K7即可。因此,K7键完成三重功能,即:启动,暂停,比分交换。4、比分刷新控制由于在比赛中,甲、乙两队的比分是不断在变化的,所以需要设置比分刷新控制装置;此部分功能由计分电路图2-9中的所示的按键开关K5、 K5、 K5、K6来完成的:K5键:完成甲队加1分操作K5键:完成甲队减1分操作K5键:完成乙队加1分操作K6键:完成乙队减1分操作5、计时计分显示计时计分显示器是采用七段共阴极LED显示器来显示的。其中计分是用三位一体数码管来显示。计时采用四位一体数码管来显示;显示格式为000000和0000。6、赛程结束报警当比赛结束时,系
18、统会自动发出报警声,提示赛程结束。第2章 系统硬件电路设计2.1 篮球赛计时计分电路原理图用Protel99 SE设计的电路原理图见附录3,PCB版图见附录1。2.2 篮球赛计时计分器电路工作过程整个篮球计时计分器的工作过程如下:首先在比赛之前,接通电源,系统自动复位,此时计时电路与计分电路中的共阴极数码管分别显示为1500和000000;然后我们按下计时电路图中的K7键,启动计时,这时计时电路便开始工作,计时采用倒计时方式,即从15分钟减为0分钟表示上半场结束。上半场结束时,蜂鸣器会发出响声,通知时间到,这时按下K7键,便完成了甲、乙两队的分数交换。在整个赛程中,我们还要对两队比分进行及时刷
19、新,这时我们通过计分电路图中的K5K6键完成此功能,K5和K5键完成甲队加分、减分,K5和K6键完成乙队加分、减分。按键每按一下,表示加上或者减去1分。由于加分、减分我们采用中断完成,且加、减分的中断优先权小于计时电路中的中断优先权,所以不会对计时电路造成影响。如果在赛程过程中,一方的教练申请暂停时,经裁判批准,我们立即按下K7键,即可以暂停计时,暂停时间到时,再按下K7键继续计时,直至时间结束,蜂鸣器会发出响声。2.3 系统硬件电路组成2.3.1 计时电路1显示器及其接口显示器是最常用的输出设备,其种类繁多,但在单片机系统设计中最常用的是发光二极管显示器(LED)和液晶显示器(LCD)两种。
20、由于这两种显示器结构简单,价格便宜,接口容易实现,因而得到广泛的应用。下面介绍发光二极管显示器(LED)的结构、工作原理及其接口电路。(1)LED结构与原理图2-1为典型的数码管。图2-1 7段LED数码管如图2-1,LED显示器又称为数码管,LED显示器由8个发光二极管组成。中7个长条形的发光管排列成“日”字形,另一个点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用,它能显示各种数字及部份英文字母。LED显示器有两种不同的形式:一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的,称之为共阳极LED显示器;另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的,称之为共阴极LED显示器。(2)LED显示器显示方式点亮LED
21、显示器有两种方式:一是静态显示;二是动态显示。在本次设计中,采用的是静态显示。所谓静态显示,就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路,就不用管它了,直到要显示新的数据时,再发送新的字形码,因此,使用这种方法单片机中CPU的开销小。这种电路的优点在于:在同一时间可以显示不同的字符;但缺点就是占用端口资源较多。从图2-2以看出,每位LED显示器需要单独占用8根端口线,因此,在数据较多的时候,往往不采用这种设计,而是采用动态显示方式。本设计采用的便是此种显示方式。图2-2静态显示图由于所有的段选码连在一起,所以同一瞬间只
22、能显示同一种字符。但如果要显示不同字符,则要由位选码来控制。(如果LED为共阴极则P2.0P2.3输出为高电平,如果LED为共阳极则P2.0P2.3输出为低电平。)2报警器(1)报警器的工作原理报警器的种类很多,比如:扬声器,蜂鸣器等,本次设计采用的是电磁式蜂鸣器作为报警器。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、震动膜片以及外壳等组成。接通电源后,振荡器产生的音频信号通过电磁线圈,使得电磁线圈产生了一个磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下,周期性的振动发声。3计时电路的工作原理图如图2-3示。图2-3计时电路原理图4计时电路的工作原理计时电路主要由开关K6、K7,单片机AT89C51以及
23、LED显示器构成。其工作过程如下:当比赛准备开始的时候,按下K6即可,计时开始,计时采用倒计时,比如:设置的时间为15分钟,则在LED上显示“1500”四位数。定时T0计数60秒后中断返回,继续定时计数下一个60秒;同时则在4位LED显示器上显示“4459”四位数,表示时间已过去1秒钟,即为14分59秒。这样一直持续下去,直到变为“0000”时表示赛程结束。如果比赛中,裁判叫暂停,则只要按一下K7键,即可暂停计时。5振荡电路本次设计要使用到AT89C51单片机的时钟振荡功能。AT89C51中有一个用于构成内部震荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入和输出端。这个
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