基于單片機(jī)的比賽計(jì)分系統(tǒng)

1、沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文沈陽(yáng)航空航天大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)技能訓(xùn)練（課程設(shè)計(jì)報(bào)告）題目 基于單片機(jī)的比賽計(jì)分系統(tǒng)(2) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 課設(shè)題目 基于單片機(jī)的比賽計(jì)分系統(tǒng)(2) 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院摘要：現(xiàn)在大多數(shù)比賽活動(dòng)中都會(huì)遇到需要向觀眾和選手展示選手得分的情況，需要用到比賽記分牌。在目前的市場(chǎng)上，普通計(jì)分牌系統(tǒng)都需要幾百塊，價(jià)錢(qián)比較高。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的記分牌系統(tǒng)，電路簡(jiǎn)易，靈敏可靠，具有一定的使用價(jià)值和競(jìng)爭(zhēng)價(jià)值。比賽計(jì)分器的設(shè)計(jì)是為了解決比賽時(shí)計(jì)分與計(jì)時(shí)準(zhǔn)確方便和靈活適用的問(wèn)題而提出的，本設(shè)計(jì)的比賽計(jì)分器硬件利用AT89S52單片機(jī)完成了計(jì)分的功能，并通過(guò)數(shù)

2、碼管來(lái)顯示比賽雙方的分?jǐn)?shù)，軟件部分利用Keil C51軟件來(lái)進(jìn)行編譯，最后將生成的HEX文件燒入到單片機(jī)芯片中。單片機(jī)以微小的體積和編程的靈活性而產(chǎn)生多種控制功能，完全可以滿足需求。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、比賽計(jì)分、數(shù)碼管。1. 總體方案單片機(jī)是一個(gè)單芯片形態(tài),面向控制對(duì)象的嵌入式應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng).它的出現(xiàn)及發(fā)展使計(jì)算機(jī)技術(shù)從通用型數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域進(jìn)入到智能化的控制領(lǐng)域。 由于本次設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單記分牌體積小，故要求其控制器體積更小以便能嵌入其結(jié)構(gòu)之中?？梢赃m應(yīng)不同規(guī)則下操作。計(jì)分牌主要用途是展示選手的得分情況，當(dāng)選手得分時(shí)記分牌加上相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。根據(jù)項(xiàng)目要求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過(guò)這幾個(gè)模塊的協(xié)調(diào)工作就可以完成相應(yīng)的計(jì)時(shí)

3、計(jì)分控制和顯示功能。第1頁(yè)電源復(fù)位電路AT89S52單片機(jī)晶振電路顯示電路按鍵電路圖1基于AT89S52單片機(jī)比賽記分牌體統(tǒng)框圖（1）單片機(jī)的時(shí)鐘電路 單片機(jī)本身是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)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(shí)鐘信號(hào)，以使其系統(tǒng)在時(shí)鐘信號(hào)的控制下按時(shí)序協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)的時(shí)鐘電路由振蕩電路和分頻電路組成。其中震蕩電路由反相器以及并聯(lián)外接的石英晶體和電容構(gòu)成，用于產(chǎn)生振蕩脈沖。而分頻電路則用于把振蕩脈沖分頻，以得到所需要的時(shí)鐘信號(hào)。圖2單片機(jī)的時(shí)鐘電路（2） 單片機(jī)復(fù)位電路工作原理復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其作用是使CPU中的各個(gè)部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作

4、。當(dāng)單片機(jī)的ALE及 兩腳輸出高電平，RST引腳高電平時(shí)，單片機(jī)復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動(dòng)按鈕復(fù)位兩種形式，RST/VPD端的高電平直接由上電瞬間產(chǎn)生高電平則為上電復(fù)位；若通過(guò)按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位信號(hào)稱為手動(dòng)按鈕復(fù)位。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，有些外圍芯片也需要復(fù)位，如果這些復(fù)位端的復(fù)位電平要求與單片機(jī)的要求一致，則可以與之相連。復(fù)位后，P0P3四個(gè)并行接口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器狀態(tài)不確定。目前，在單片機(jī)體統(tǒng)中共使用4種類型的復(fù)位電路，分別為：積分型電路、微分型電路、比較器型和看門(mén)狗型。其中前三種是在芯片外面用分立元件或集成電路芯片搭建的，而最后一種位于芯片內(nèi)部，

5、是單片機(jī)芯片的一部分。對(duì)于片外復(fù)位電路，無(wú)論哪種類型，加電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位是必不可少的基本功能。目前，在單片機(jī)體統(tǒng)中共使用4種類型的復(fù)位電路，分別為：積分型電路、微分型電路、比較器型和看門(mén)狗型。其中前三種是在芯片外面用分立元件或集成電路芯片搭建的，而最后一種位于芯片內(nèi)部，是單片機(jī)芯片的一部分。對(duì)于片外復(fù)位電路，無(wú)論哪種類型，加電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位是必不可少的基本功能。如圖3所示：圖3復(fù)位原理電路（3） 單片機(jī)晶振電路工作原理每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全程是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶

6、振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬(wàn)分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。 晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。 晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來(lái)提供。下面具體的介紹一

7、下晶振的作用以及原理，晶振一般采用如圖4a的電容三端式(考畢茲) 交流等效振蕩電路；實(shí)際的晶振交流等效電路如圖4b，其中Cv是用來(lái)調(diào)節(jié)振蕩頻率，一般用變?nèi)荻O管加上不同的反偏電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，這也是壓控作用的機(jī)理；把晶體的等效電路代替晶體后如圖4c。其中Co，C1，L1，RR是晶體的等效電路。圖4 晶振電路及其等效槽路分析整個(gè)振蕩槽路可知，利用Cv來(lái)改變頻率是有限的：決定振蕩頻率的整個(gè)槽路電容C=Cbe,Cce,Cv三個(gè)電容串聯(lián)后和Co并聯(lián)再和C1串聯(lián)?？梢钥闯觯篊1越小，Co越大，Cv變化時(shí)對(duì)整個(gè)槽路電容的作用就越小。因而能“壓控”的頻率范圍也越小。實(shí)際上，由于C1很小(1E-15量級(jí))，Co不能

8、忽略(1E-12量級(jí)，幾PF)。所以，Cv變大時(shí)，降低槽路頻率的作用越來(lái)越小，Cv變小時(shí)，升高槽路頻率的作用卻越來(lái)越大。這一方面引起壓控特性的非線性，壓控范圍越大，非線性就越厲害；另一方面，分給振蕩的反饋電壓(Cbe上的電壓)卻越來(lái)越小，最后導(dǎo)致停振。通過(guò)晶振的原理圖你應(yīng)該大致了解了晶振的作用以及工作過(guò)程了吧。采用泛音次數(shù)越高的晶振，其等效電容C1就越??；因此頻率的變化范圍也就越小。微控制器的時(shí)鐘源可以分為兩類：基于機(jī)械諧振器件的時(shí)鐘源，如晶振、陶瓷諧振槽路；RC（電阻、電容）振蕩器。一種是皮爾斯振蕩器配置，適用于晶振和陶瓷諧振槽路。另一種為簡(jiǎn)單的分立RC振蕩器。用萬(wàn)用表測(cè)量晶體振蕩器是否工作

9、的方法：測(cè)量?jī)蓚€(gè)引腳電壓是否是芯片工作電壓的一半，比如工作電壓是51單片機(jī)的+5V則是否是2.5V左右。另外如果用鑷子碰晶體另外一個(gè)腳，這個(gè)電壓有明顯變化，證明是起振了的。（4） 按鍵電路的設(shè)計(jì)本次實(shí)驗(yàn)用了三個(gè)按鍵電路:復(fù)位電路、加一電路和減一電路。三個(gè)按鍵電路都是通過(guò)手動(dòng)按下按鍵拉低電平來(lái)分別實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的復(fù)位及加減功能。（5） 數(shù)碼管特性及使用數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到

10、一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b

11、,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象

12、就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。下圖5分別為共陽(yáng)極和共陰極數(shù)碼管引腳圖：圖5作為共陽(yáng)極右為共陰極引腳結(jié)構(gòu)（6） AT89S52單片機(jī)引腳功能特性：AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非 易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造,與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解

13、決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM,32位I/O口線，看門(mén)狗定時(shí)器,2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8位微控制器 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程FLASH AT89S52P0口。其引腳結(jié)構(gòu)如圖6圖6 AT89S52引腳圖2.2.7集成塊74LS0

14、6的使用74LS06為集電極開(kāi)路輸出的六組反相驅(qū)動(dòng)器，其結(jié)構(gòu)如圖7所示，其中1A6A為輸入端，1Y6Y為輸出端：圖7 74LS06引腳圖3.1 電路原理圖根據(jù)上述分析，設(shè)計(jì)出基于AT89S52單片機(jī)的比賽計(jì)分牌電路原理圖如圖8所示。電源電路為單片機(jī)以及其他模塊提供標(biāo)準(zhǔn)5V電源。晶振模塊為單片機(jī)提供時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)，使系統(tǒng)各部分能協(xié)調(diào)工作。復(fù)位電路為單片機(jī)提供復(fù)位功能。單片機(jī)作為主控制器，根據(jù)輸入信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制。數(shù)碼管顯示選手當(dāng)前的得分。按鍵設(shè)置模塊用來(lái)刷新選手的得分，當(dāng)選手得分時(shí)可以通過(guò)這兩個(gè)按鈕對(duì)選手分?jǐn)?shù)重新設(shè)置。圖8 比賽記分牌的原理圖4 軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件流程圖 單片機(jī)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)顯示

15、選手10分，數(shù)碼管顯示10，主程序循環(huán)調(diào)用顯示選手得分，當(dāng)遇到中斷時(shí)，調(diào)用中斷程序，如果是P1則顯示數(shù)字加1，加1處理流程圖如圖7所示。中斷開(kāi)始中斷返回顯示數(shù)碼加1聲音提示按鍵釋放？圖7處理流程圖4.2 源程序基于AT89S52單片機(jī)的比賽記分牌設(shè)計(jì)程序如下：#include<reg51.h>#include<intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code table16 = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f

16、,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;uchar i,num=0,zuo=0,you=0,zhong,flag=0;uchar Key_Value; /讀出的鍵值/* 名稱 : Delay_1ms()* 功能 : 延時(shí)子程序，延時(shí)時(shí)間為 1ms * x* 輸入 : x (延時(shí)一毫秒的個(gè)數(shù))* 輸出 : 無(wú)*/void Delay_1ms(uint i)/1ms延時(shí)uchar x,j;for(j=0;j<i;j+)for(x=0;x<=148;x+); /* 名稱 : Keyscan()* 功能 : 實(shí)現(xiàn)按鍵的讀取。下面這個(gè)子程序是按處理 矩陣鍵盤(pán) 的基本方法

17、處理的。* 輸入 : 無(wú)* 輸出 : 按鍵值*/uchar Keyscan(void) uchar i,j, temp, Buffer4 = 0xfe, 0xfd, 0xfb, 0xf7;/讓矩陣鍵盤(pán)的每行分別為低電平 for(j=0; j<4; j+) P1 = Bufferj;temp = 0x10; for(i=0; i<4; i+)if(!(P1 & temp) /判斷P1口高4位某一行為低電平 num=i+j*4;if(num=0)zuo+;if(zuo>=9)zuo=9;if(num=1)you+;if(you>=9)you=9;if(num=3)

18、flag=1;while(!(P1 & temp);return (i+j*4);/返回鍵碼temp <<= 1; void disply()/P0 = 0;/*if(num=3) zhong=zuo; zuo=you; you=zhong;*/P2 = 7; /選擇哪一位數(shù)碼管點(diǎn)亮if(flag=0)P0 = tablezuo; /賦值段碼給P0口if(flag=1)P0 = tableyou; /賦值段碼給P0口Delay_1ms(2); /延時(shí)0.02秒/P0 = 0;P2 = 8; /選擇哪一位數(shù)碼管點(diǎn)亮if(flag=0)P0 = tableyou; /賦值段碼給

19、P0口if(flag=1)P0 = tablezuo; /賦值段碼給P0口Delay_1ms(2); /延時(shí)0.02秒/* 名稱 : Main()* 功能 : 主函數(shù)* 輸入 : 無(wú)* 輸出 : 無(wú)*/void Main(void) /P2 = 7; while(1)P1 = 0xf0;if(P1 != 0xf0)/判斷有無(wú)按鍵按下Delay_1ms(20);/按鍵消抖if(P1 != 0xf0)/第二次判斷有無(wú)按鍵按下Delay_1ms(20); /按鍵消抖if(P1 != 0xf0)/第三次判斷有無(wú)按鍵按下Key_Value = Keyscan(); disply(); /P0 = tab

20、leKey_Value; /數(shù)碼管賦值5 系統(tǒng)仿真與調(diào)試應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，就要進(jìn)行硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。5.1 硬件調(diào)試硬件的調(diào)試主要是把電路各種參數(shù)調(diào)整到符合設(shè)計(jì)要求。先排除硬件故障，包括設(shè)計(jì)性錯(cuò)誤和工藝性障礙。一般原則是先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)。利用萬(wàn)用表或邏輯測(cè)試儀器，檢查電路中的各器件以及引腳是否連接正確，是否有短路障礙。先要將單片機(jī)芯片取下，對(duì)電路板進(jìn)行檢查，通過(guò)觀察看是否有異常，是否有虛焊的情況，然后用萬(wàn)用表測(cè)試各電源電壓，若這些都沒(méi)問(wèn)題，則可上電調(diào)試。5.2 軟件調(diào)試調(diào)試方法:通常一個(gè)程序應(yīng)至少具備四種性能：跟蹤、斷點(diǎn)、查看變量、更改數(shù)值。本實(shí)驗(yàn)?zāi)K分明，可按模塊分別調(diào)試，通過(guò)后再整體調(diào)試，正確無(wú)誤后用在系統(tǒng)編程器將程序固化到AT89S52 的FLASH ROM中，接上電源脫機(jī)運(yùn)行。實(shí)物圖:沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文5. 結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想采用該系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行時(shí)間的準(zhǔn)確顯示和比分修改