籃球比賽記分器.doc

I 目目 錄錄 摘 要 1 第 1 章 緒論 2 第 2 章 方案設計 3 2 1 系統(tǒng)功能要求 3 2 2 整體方案 3 第 3 章 硬件設計 5 3 1 單片機系統(tǒng)電路設計 5 3 1 1 時鐘電路 5 3 1 2 復位電路 6 3 2 數(shù)據(jù)顯示單元設計 7 3 2 1 顯示器原理簡介 7 3 2 2 顯示器電路圖 7 3 3 按鍵電路 7 第 4 章 軟件設計 9 第 5 章 系統(tǒng)仿真測試 11 結 論 12 致 謝 13 參考文獻 14 附錄 1 總電路原理圖 15 附錄 2 程序清單 16 摘 要 籃球比賽記分器是為了解決籃球比賽記分的問題 本設計是采用單片機 AT89C51 作為核心元件 利用 7 段共陰 LED 作為顯示器件 在此設計中共接入了 2 個 4 聯(lián) 7 段共陰 LED 顯示器 其中 1 個用于顯示紅隊的分數(shù) 1 個用于顯示藍隊分 數(shù) 顯示范圍相當高 足夠滿足賽程需要 本文詳細地介紹了系統(tǒng)硬件與軟件的設計 過程 由于單片機的集成度高 功能強 通用性好 特別是它具有體積小 重量輕 能耗低 價格便宜 可靠性高 抗干擾能力強和使用方便等獨特的優(yōu)點 采用該裝 置可根據(jù)實際情況進行比分修改 具有低功耗 可靠性 安全性以及低成本等特點 關鍵詞 AT89C51 LED 復位電路 時鐘電路 第 2 頁 共 21 頁 第 1 章 緒論 籃球比賽記分器是為了解決籃球比賽記分的問題 此裝置利用單片機 AT89C51 完成了記分的功能 本文詳細地介紹了系統(tǒng)硬件與軟件的設計過程 采用該裝置可 根據(jù)實際情況進行比分修改和顯示 具有低功耗 可靠性 安全性以及低成本等特 點 體育比賽記分系統(tǒng)是對體育比賽過程中所產(chǎn)生的比分進行快速采集記錄 加工 處理 傳遞利用的信息系統(tǒng) 根據(jù)不同運動項目的不同比賽規(guī)則要求 體育比賽的 記分系統(tǒng)包括測量類 評分類 命中類 制勝類 得分類等多種類型 籃球比賽是根據(jù)運動隊在規(guī)定的比賽時間里得分多少來決定勝負的 因此 籃 球比賽的記分系統(tǒng)是一種得分類型的系統(tǒng) 籃球比賽記分系統(tǒng)由記分器等多種電子 設備組成 同時 根據(jù)目前高水平籃球比賽要求 完善的籃球比賽記分系統(tǒng)設備應 能夠與現(xiàn)場成績處理 現(xiàn)場大屏幕 電視轉(zhuǎn)播車等多種設備相聯(lián) 以便實現(xiàn)高比賽 現(xiàn)場感 表演娛樂觀眾等功能目標 由于單片機的集成度高 功能強 通用性好 特別是它具有體積小 重量輕 能耗低 價格便宜 可靠性高 抗干擾能力強和使用方便等獨特的優(yōu)點 使單片機 迅速得到了推廣應用 目前已經(jīng)成為測量控制應用系統(tǒng)中的優(yōu)選機種和新電子產(chǎn)品 的關鍵部位 世界各大電氣廠家 測控技術企業(yè) 機電行業(yè) 競相把單片機應用于 產(chǎn)品更新 作為實現(xiàn)數(shù)字化 智能化的核心部件 籃球記分器就是以單片機為核心 的計分系統(tǒng) 本系統(tǒng)是采用單片機 AT89C51 作為核心元件 利用 7 段共陰 LED 作為顯示器 件 在此設計中共接入了 2 個 4 聯(lián) 7 段共陰 LED 顯示器 其中 1 個用于記錄紅隊的 分數(shù) 1 個用于記錄藍隊的分數(shù) 第 3 頁 共 21 頁 第 2 章 方案設計 2 1 系統(tǒng)功能要求 兩隊的比分由五個鍵來控制 其中 KEY0 用以切換當前比分球隊 KEY1 KEY2 KEY3 KEY4 分別用來加 1 分 加 2 分 加 3 分和減 1 分 當比賽開 始時先按下復位鍵使系統(tǒng)恢復初始狀態(tài) 然后根據(jù)比賽情況開始對球隊加分 2 2 整體方案 為了完成上述功能要求 籃球比賽記分器系統(tǒng)整體結構如圖 2 1 所示包括 AT89C51 時鐘及復位電路 按鍵電路 及 LED 顯示器 該電路的原理框圖 如圖 2 1 所示 AT89C51 時 鐘 電 路 按鍵電路 復位電路 LED 顯示 器 圖 2 1 電路原理框圖 1 顯示方案 方案一 靜態(tài)顯示就是當 CPU 將要顯示的字或字段碼送到輸出口 顯示器就可 以顯示出所要顯示的字符 如果 CPU 不去改寫它 它將一直保持下去 靜態(tài)顯示硬 件開銷大 電路復雜 信息刷新速度慢 只適合顯示位數(shù)較少的場合 方案二 動態(tài)顯示就是在顯示時 單片機控制電路連續(xù)不斷刷新輸出顯示數(shù)據(jù) 使各數(shù)碼管一位一位地輪流點亮顯示器地各個位 對于顯示器的每一位而言 每隔 第 4 頁 共 21 頁 一段時間點亮一次 動態(tài)顯示耗能較小 但編寫程序較復雜 動態(tài)顯示硬件連接簡 單 信息刷新速度快 節(jié)省 I O 接口 由于本次設計要求對比分進行時實檢測與控制 所以選擇的是方案二 2 鍵盤方案 方案一 獨立式鍵盤的各個按鍵之間是相互獨立的每一個按鍵連接一根 I O 口線 獨立式鍵盤電路簡單 軟件設計也比較方便 但由于每一個按鍵均需一根 I O 口線 當鍵盤按鍵數(shù)量較多時需的 I O 口線較多 應此獨立式鍵盤只適合于按鍵較少的應用 場合 方案二 采用 4 4 行列式鍵盤 它表示有 4 根行線和 4 根列線 在每根行線和列 線的交叉點上有一個按鍵 組成了一個有 16 個按鍵的矩陣鍵盤 在籃球比賽記分器設計中 KEY0 為選擇開關鍵 KEY1 KEY2 KEY3 為加法 鍵 KEY4 為減法鍵 由于此次設計只需要用 5 個按鍵 所以選擇的是方案一 第 5 頁 共 21 頁 第 3 章 硬件設計 3 1 單片機系統(tǒng)電路設計 單片機就是在一塊硅片上集成了中央處理器 CPU 存儲器和輸入 輸出接口 并行 I O 串行通信口 振蕩電路 計數(shù)器等電路的一塊集成電路 這樣的一塊集成 電路具有一臺計算機的基本功能 因而被稱為單片微型計算機 簡稱單片機 MCU 單片機的種類很多 Intel 公司首先于 1976 年 6 月推出了 MCS 48 系列單片機 世界上一些著名的電子器件公司都開發(fā)有自己的單片機產(chǎn)品 由于單片機具有體積 小 功能強 成本低 功耗小等優(yōu)點 所以在工業(yè)控制 智能儀表 通信技術 信 號處理及家用電器產(chǎn)品中廣泛應用 現(xiàn)在的單片機從功能上已突破微型計算機的傳 統(tǒng)功能 向著以單片機為核心 外接各種控制單元的專用單片機方向發(fā)展 在單片機內(nèi)部有一振蕩電路 只要在單片機的 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接石英 晶體 簡稱晶振 就構成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號 圖 3 1 中電容器 C1和 C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振 電容值在 5 30pF 典型值為 30pF 晶振 CYS 的振蕩頻率范圍在 1 2 MHz 12 MHz 間選擇 典型值為 12 MHz 和 6MHz 3 1 1 時鐘電路 單片機時鐘電路圖如圖 3 1 所示 第 6 頁 共 21 頁 圖 3 1 單片機時鐘電路圖 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出 該反向放大器可以配置為 片內(nèi)振蕩器 石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用 如采用外部時鐘源驅(qū)動器件 XTAL2 應不接 有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器 因此對外部時鐘信號 的脈寬無任何要求 但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度 3 1 2 復位電路 單片機的復位操作使單片機經(jīng)入初始化狀態(tài) 初始化后 程序計數(shù)器 PC 0000H 所以程序從 0000H 地址單元開始執(zhí)行 單片機啟動后 片內(nèi) RAM 為隨 機值 運行中的復位操作不改變片內(nèi) RAM 的內(nèi)容 復位電路就是在 RST 端 9 腳 外接的電路 目的是使單片機上電開始工作時 內(nèi)部電路從初始狀態(tài)開始工作 或者在工作中人為讓單片機重新從初始狀態(tài)開始工 作 在時鐘工作的情況下 單片機的 RST 引腳引入高電平并保持 2 個機器周期以上 的時間 AT89C51 便能完成系統(tǒng)重置的各項動作 使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容 均被設置成已知狀態(tài) 實際應用中 復位操作有兩種基本的形式 一種是上電復位 另一種是按鍵復 位 上電復位要求接通電源后 單片機自動實現(xiàn)復位操作 上電復位電路如圖 3 2 所示 圖 3 2 上電復位電路 圖 3 3 按鍵復位電路 按鍵復位要求在電源接通的條件下 在單片機運行期間 用按鈕開關操作使單片 機復位 根據(jù)本設計的需要在比賽開始時按下按鍵 P 使系統(tǒng)恢復初使狀態(tài) 實現(xiàn)對 上場比分清 0 操作開始對新一場的比賽進行記分 所以在此設計中選擇的是按鍵復 位電路 第 7 頁 共 21 頁 3 2 數(shù)據(jù)顯示單元設計 3 2 1 顯示器原理簡介 根據(jù)設計的特點 此顯示選擇的是動態(tài) LED 顯示 所謂動態(tài)顯示就是一位一位 地輪流點亮顯示器地各個位 掃描 對于顯示器的每一位而言 每隔一段時間點 亮一次 雖然在同一時刻只有一位顯示器在工作 點亮 但由于人眼的視覺暫留 效應和發(fā)光二極管熄滅時的余暉 我們看到的卻是多個字符 同時 顯示 顯示器 亮度既與點亮時的通道電流有關 也與點亮時間長短和間隔時間有關 調(diào)整電流和 時間參數(shù) 即可實現(xiàn)亮度較高穩(wěn)定的顯示 3 2 2 顯示器電路圖 由于單片機端口驅(qū)動能力不足 所以在 P0 口上加上上拉電阻提高 P0 口驅(qū)動能 力增加數(shù)碼管亮度 8 位共陰顯示器與 AT89C51 的接口邏輯圖如圖 3 4 所示 圖 3 4 動態(tài) LED 顯示接口 3 3 按鍵電路 鍵盤控制電路如圖 3 5 所示 第 8 頁 共 21 頁 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P2 7 A15 28 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 5 T1 15 U1 80C51 SW1 SW SPDT R1 10k KEY0 KEY1 KEY2 KEY3 KEY4 圖 3 5 按鍵電路 KEY0 是選擇給哪隊加分 在我此次設計中 P3 7 口接選擇開關 KEY0 當 KEY0 右邊為開路左邊接通時處于給紅隊加分的狀態(tài) 左邊開路右邊接通時處于給藍 隊加分的狀態(tài) KEY1 為加 1 分 每按下一次給當前球隊加 1 分 KEY2 為加 2 分 每按下一次給當前球隊加 2 分 KEY3 為加 3 分 每按下一次給當前球隊加 3 分 KEY4 為減一分 當人為的不小心按錯鍵加錯分可以按此鍵減去加多的分數(shù) 使記分 準確無誤 KEY0 用于選擇 應是藍隊加減分狀態(tài) 還是紅隊加減分狀態(tài) KEY1 用于加 1 操作 KEY2 用于加 2 操作 KEY3 用于加 3 分操作 KEY4 用于減 1 分操作 第 9 頁 共 21 頁 第 4 章 軟件設計 系統(tǒng)的操作過程和工作過程在程序的設計過程中起著很重要的指導作用 因此在 軟件設計之前應首先分析籃球比賽記分器的工作流程 當比賽開始時 先判斷是哪個隊投球進分 該對哪個隊加分 然后判斷該加多 少分 如果在記分過程中不小心加錯分了 則按減 1 鍵減去多加的分 當比賽開始 時應首先按 RES 鍵清除上場比分 使本場比分從 0 開始記分 如果藍隊有人進了 3 分球該加 3 分時首先按 KEY0 使其左邊開路右邊接通開始給藍隊加分 然后按下 KEY3 給藍隊加 3 分 當該加 2 分時按下 KEY2 當加 1 分時按下 KEY1 如果不小 心按錯鍵加錯分者按下 KEY4 減去多加的分 如果多加了 1 分者按 1 下減 1 分多加 了 2 分者按兩下減 2 分 同理 當給紅隊加分時首先按 KEY0 使其左邊接通右邊斷 開 使其處于給紅隊加分的狀態(tài) 然后根據(jù)比賽情況對其進行加分 根據(jù)上面對工作流程的分析 系統(tǒng)軟件可以分為以下幾個工能模塊 1 鍵盤管理 檢測鍵盤輸入 啟動系統(tǒng)工作 2 顯示 顯示當前比分 第 10 頁 共 21 頁 主程序流程如圖 4 1 所示 開始 初始化 顯示比分 等待按鍵 調(diào)整當前球隊 加 1 分 加 2 分 加 3 分 減 1 分 改變當前球隊 給當前球隊加 1 分 給當前球隊加 2 分 給當前球隊加 3 分 給當前球隊減 1 分 Y Y Y Y Y N N N N 調(diào)用顯示 顯視當前比分 顯示當前比分 圖 4 1 主程序流程圖 顯示當前比分 顯示當前比分 N 第 11 頁 共 21 頁 第 5 章 系統(tǒng)仿真測試 此設計的電路在 ISIS 軟件中進行仿真 仿真總電路如圖 5 1 所示 圖 5 1 仿真電路圖 把編寫好的程序放入仿真軟件中 結合硬件電路進行調(diào)試與運行 在調(diào)試的過 程中由于按鍵都具有機械抖動 所以對按鍵的消抖具有很重要的作用 一般消除抖 動的方法有硬件消抖和軟件消抖 在本設計中采用的是軟件消抖 通過設定延時時 間消除抖動 所以延時時間的選擇不正確可能導致系統(tǒng)的不穩(wěn)定 也就是在加分的 過程中很可能因此而出錯 所以在軟件編程中對延時時間的選擇非常重要 舉例說明 描述下使用過程 例如顯示當前狀態(tài)為紅隊 藍隊 61 40 當藍隊選手 投了三分球的時候按下 KEY3 給藍隊加 3 分 此時比分為 61 43 當紅隊選手又投了 兩分球該加 2 分時 先按下開關 KEY0 使處于給紅隊加分的狀態(tài) 再按下鍵 KEY2 給紅隊加 2 分 第 12 頁 共 21 頁 結 論 畢業(yè)設計是我們從大學畢業(yè)生走向以后工作崗位重要的一步 從最初的選題 開題到繪圖直到完成設計 期間 查找資料 老師指導 與同學交流 反復思考 每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實 通過這次實踐 我了解了單片機 AT89C51 的用途及工作原理 熟悉了籃球比賽 記分器的設計步驟 鍛煉了我的動手能力 培養(yǎng)了自己獨立設計能力 此次畢業(yè)設 計是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎知識一次實際檢驗和鞏固 同時也是走向工作崗位前 的一次熱身 在我的畢業(yè)設計中 主要是以 AT89C51 單片機為核心對比賽分數(shù)的檢測與顯示 進行了簡單的設計與闡述 在設計開始時對硬件電路的選擇非常重要 首先查找了 大量資料確定了此設計應該用動態(tài)顯示方案 對軟件編程也是個很重要的過程 在設 計過程中對延時時間的選擇非常重要 如果延時時間選擇不當系統(tǒng)可能不穩(wěn)定 本次畢業(yè)設計收獲很多 比如學會了查找相關資料相關標準 分析問題 但是 畢業(yè)設計也暴露出自己專業(yè)基礎的很多不足之處 比如缺乏綜合應用專業(yè)知識的能 力 對材料的不了解 等等 這次實踐是對自己大學三年所學的一次大檢閱 使我 明白自己知識還很淺薄 雖然馬上要畢業(yè)了 但是自己的求學之路還很長 以后更 應該在工作中學習 努力使自己成為一個對社會有所貢獻的人 第 13 頁 共 21 頁 致 謝 在大學的學習過程中 畢業(yè)設計是一個重要的環(huán)節(jié) 是我們步入社會的一次極 好的演示 我十分有幸能提早把畢業(yè)設計和以后的實際工作結合起來 此次能夠順利的完成我的畢業(yè)設計離不開老師和同學的幫助 經(jīng)過兩個多月的 的忙碌 本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲 作為一個?？粕漠厴I(yè)設計 由于經(jīng)驗的匱 乏 難免有許多考慮不周全的地方 如果沒有指導導師的督促指導 以及同學的幫 助 想要完成這個設計是難以想象的 參考文獻 1 李全利 單片機原理及應用技術 北京 北京高等教育出版社 2001 2 何立民 單片機高等教程 北京 北京航空航天大學出版社 2000 3 張毅剛 MCS 51 單片機應用設計 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學出版社 1997 4 潘新民 微型計算機控制技術 北京 北京人民郵電出版社 1999 5 曹天漢 單片機原理與接口技術 北京 北京電子工業(yè)出版社 2003 6 李廣弟 朱月秀 王秀山 單片機基礎 北京 北京航空航天大學出版社 2001 第 14 頁 共 21 頁 附錄 1 總電路原理圖 第 15 頁 共 21 頁 附錄 2 程序清單 include reg51 h define uchar unsigned char uchardisplay code 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f 0 x40 uchar a 11 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ucharrbw rsw rgw bbw bsw bgw ucharsummand red summand blue ucharflag sfr p0 0 x80 sfr p2 0 xa0 sfr p3 0 xb0 sbit key0 p3 7 sbit key1 p3 0 sbit key2 p3 1 sbit key3 p3 2 sbit key4 p3 3 void delay10ms void unsigned char i k for i 20 i 0 i for k 76 k 0 k void delay uchari for i 0 i 9 i delay10ms 第 16 頁 共 21 頁 void delay1 uchari for i 0 i 50 i delay10ms void display delay10ms p2 0 xfe p0 display code 10 delay10ms p2 0 xfd p0 display code rbw delay10ms p2 0 xfb p0 display code rsw delay10ms p2 0 xf7 p0 display code rgw delay10ms p2 0 xef p0 display code 10 delay10ms p2 0 xdf p0 display code bbw delay10ms p2 0 xbf p0 display code bsw delay10ms p2 0 x7f p0 display code bgw delay10ms delay10ms void keyscan if key1 0 delay if key1 0 if flag 0 summand red summand red 1 rbw summand red 100 rsw summand red 100 10 rgw summand red 100 10 bbw summand blue 100 bsw summand blue 100 10 第 17 頁 共 21 頁 bgw summand blue 100 10 display if flag 1 summand blue summand blue 1 rbw summand red 100 rsw summand red 100 10 rgw summand red 100 10 bbw summand blue 100 bsw summand blue 100 10 bgw summand blue 100 10 display if key2 0 delay if key2 0 if flag 0 summand red summand red 2 rbw summand red 100 rsw summand red 100 10 rgw summand red 100 10 bbw summand blue 100 bsw summand blue 100 10 bgw summand blue 100 10 display if flag 1 summand blue summand blue 2 rbw summand red 100 rsw summand red 100 10 rgw summand red 100 10 bbw summand blue 100 第 18 頁 共 21 頁 bsw summand blue 100 10 bgw summand blue 100 10 display if key3 0 delay if key3 0 if f