籃球計時器論文

1、湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 籃球計時器系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè) 機電一體化 班 級 09321 姓 名 王 成 指導(dǎo)教師 陳 越 2012年 5 月 22 日目 錄前 言1第1章 緒論21.1 設(shè)計目的和意義21.2 設(shè)計題目21.3設(shè)計的要求3第2章 硬件電路設(shè)計42.1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能4單片機及其引腳說明42.2 電源電路及復(fù)位電路設(shè)計9電源電路9 復(fù)位電路112.3 時鐘電路設(shè)計122.4 顯示電路設(shè)計14第3章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計173.1 定時中斷的程序設(shè)計173.2 獨立鍵盤服務(wù)程序的設(shè)計183.3 顯示子程序的設(shè)計183.4 系統(tǒng)軟件的調(diào)試18第4章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果

2、分析194.1 使用的主要儀器和調(diào)試工具的簡介194.2 系統(tǒng)調(diào)試204.3 測試結(jié)果20結(jié) 論21致 謝22參考文獻23籃球競賽計時器設(shè)計摘 要本文介紹了一個基于單片機的籃球比賽計時器硬件設(shè)計，包括AT89C51、6個八段顯示LED、上電復(fù)位電路、時鐘發(fā)生電路等基本模塊的設(shè)計。其功能主要有：一場籃球比賽共分四節(jié)，每節(jié)12分；每次進攻為24秒，計時器的顯示均為倒計時方式，24秒計時用兩位數(shù)碼管顯示；所有得計時都要具有暫停、繼續(xù)、清零和時間調(diào)整功能；當(dāng)每節(jié)比賽時間結(jié)束、24秒倒計時減為零有聲光提示,具有得分計數(shù)功能。This article introduced based on the mon

3、olithic integrated circuit basketball game timer hardware design, including AT89C51, 6 eight sections demonstrated LED, on the electricity replacement electric circuit, the clock has the electric circuit and so on the basic module design.Its function mainly has: A basketball game altogether is divid

4、ed four, each 12 minutes; Each time attack is 24 seconds, the timer demonstration is the countdown way, 24 seconds time demonstrated with two nixietubes; All succeeds in schemes when all must have the suspension, the continuation, the reset and the time adjustment function; When each competition tim

5、e finished, 24 seconds countdowns reduces for the zero has the acousto-optic prompt, has the score counting function.關(guān)鍵詞： 單片機；計時器；倒計時；LED 前 言近年來隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透，在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入。單片機技術(shù)在自動控制領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用，如汽車、航空、電話、傳真、視頻等。很多行業(yè)涉及到自動控制的情況下涉及到單片機技術(shù)。電子產(chǎn)品的人性化和智能化已經(jīng)非常成熟，單片機就是一個微型中央處理器，通過編程即能完成很多智能化的工作

6、 ，因此它的出現(xiàn)給電子技術(shù)智能化和微型化起到了很大的推動作用。隨著人們生活水平的提高，社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們開始注重身體素質(zhì)的提高，譬如舉辦籃球比賽需要有一個專門計時的工具。因此有必要設(shè)計適合籃球比賽計時器。1第1章 緒論1.1 設(shè)計目的和意義 首先，鞏固和加深在模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)中所學(xué)到的基本理論知識和基本技能，本次設(shè)計的目的在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過完成一個涉及89S51芯片單片機的資源應(yīng)用并具有綜合功能的小系統(tǒng)目標(biāo)板的設(shè)計與編程應(yīng)用，使學(xué)生不但能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論知識與實際應(yīng)用結(jié)合起來?；菊莆粘Ｓ秒娮与娐返囊话阍O(shè)計方法，提高和培養(yǎng)在電子電路方面的設(shè)計和實驗?zāi)芰Γ夷軌驅(qū)﹄娮与娐?/p>

7、、電子元器件、印制電路板等方面的知識進一步加深認(rèn)識，同時在軟件編程、排版調(diào)試、焊接技術(shù)、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高，學(xué)會運用理論來分析和解決實際問題，提高實際工作的能力,為今后能夠獨立進行某些單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計工作打下一定的基礎(chǔ)。1.2 設(shè)計題目設(shè)計一個籃球比賽的計時器。 2 1.3設(shè)計的要求 （1）籃球比賽上下半場各二十分鐘，要求能隨時暫停，啟動后繼續(xù)計時，一場比賽結(jié)束后可清零（復(fù)位）重新開始。 （2）計時器由分、秒計數(shù)器完成 （3）“分”、“秒”顯示用LED數(shù)碼管，應(yīng)配用相應(yīng)的譯碼器。 （4）用按鈕開關(guān)控制計時器的啟動/暫停。 （5）半場、全場到自動音響提示，

8、用按鈕開關(guān)關(guān)斷聲音， 分與秒要有不同報警聲音。 3第2章 硬件電路設(shè)計2.1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能 89S51端口分配：P0.0 - P0.7口LED顯示器段選口P2.2 - P2.7口LED顯示器段選口P2.1、P2.1口加減指示燈（代替數(shù)碼管閃爍）P 3.0 P3.7口鍵盤列線輸入P1.0、P1.1口-光報警P1.2口-聲響報警AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4KB的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用

9、傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8位微處理器于單片芯片中，具有高性價比。4AT89S51芯片的40個引腳功能為：VCC：電源電壓。GND：接地。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)RST變?yōu)楦唠娖讲⒈３?個機器周期時，將使單片機復(fù)位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFR AUXR的DISRTO位（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISKRTO位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩放大器的輸出。P0口：一組8位漏極開路型雙向I/O口。也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗

10、輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL P1口引腳特殊功能P1.5MOSI（用于ISP編程）P1.6MOSI（用于ISP編程）P1.7SCK（用于ISP編程）P2

11、口：一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口線上的內(nèi)容在整個訪問期間不改變。Flash編程和程序校驗期間，P2亦接收低8位地址。P3口：一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫“1”時，它們被內(nèi)部

12、的上拉電阻把拉到高電并可作輸入端口。作輸入端口使用時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL7P3口引腳特殊功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外部中斷0）P3.3（外部中斷1）P3.4T0（定時器0外部輸入）P3.5T1（定時器1外部輸入）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）PSEN：程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的讀先通信號，當(dāng)AT89S51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN/有效，即輸出兩個脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的PSEN/信號。EA/VPP:外部訪問允許。欲使CPU僅訪問

13、外部程序存儲器，EA端必須保持低電平，需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程電壓VPP 2.2 電源電路及復(fù)位電路設(shè)計這里的濾波是為了濾去外界電源輸入帶來的一些不穩(wěn)定的因素，比如說紋波的影響，而用一個大電容和一個小電容的組合，是為了分別濾去低頻或高頻的紋波。7805系列集成穩(wěn)壓器，只有輸入端、輸出端和公共端三個引線端子，可輸出1A以上的電流，有必要的保護電路，使用起來安全可靠。它輸出固定的正電壓。從變壓器輸出的交流電壓經(jīng)過整流、濾波后產(chǎn)生的不穩(wěn)定直流電壓，從穩(wěn)壓器的輸入端輸入，在穩(wěn)壓器的輸出端就可得到穩(wěn)定的直流電壓輸出。

14、正常工作時，穩(wěn)壓器輸入、輸出電壓差為23V，電容用來實現(xiàn)頻率補償。圖中C1為0.1可以防止由于輸入引線較長而帶來的電感效應(yīng)而產(chǎn)生的自激。C2為0.1用來減少由于負(fù)載電流瞬時變化而引起的高頻干擾。C3為100為容量較大的電解電容，用來進一步減少輸出脈動和低頻干擾。 復(fù)位是單片機的初始化操作，只需給8051的復(fù)位引腳RST加上大于2個機器周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平就可得8051復(fù)位，復(fù)位時，PC初始化為0000H，使8051從OUT單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外由于程序運行出錯或操作錯誤而使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，為擺脫死鎖狀態(tài)，也需按復(fù)位鍵使得RST腳為高電平，使8051重新

15、啟動。F，R取1K。 上電自動復(fù)位電路由上電瞬間C與R構(gòu)成充電電路，RESET端的電位與Vcc相同，隨著充電電流的減少，RESET的電位逐漸下降。圖中RC時間常數(shù)越大，上電時RESET端保持高電平的時間越長，圖中這組參數(shù)足以保證復(fù)位操作。若復(fù)位電路失效，加電后CPU從一個隨機的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運行。2.3 時鐘電路設(shè)計 單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2這兩個引腳跨接在石英晶體振蕩器和微調(diào)電路，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的電容C1和C2典型值通常選擇30pF左右，該電容大小會影響振蕩器頻率

16、的高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的振蕩器頻率的范圍通常在1.212MHz之間，晶體的頻率越高，則系統(tǒng)得時鐘頻率也就變高，單片機的運行速度也就越快。但反過來運行速度快，對存儲器的速度要求就高。對印刷電路板的工藝要求也高，即要求淺間的寄生電容要小；晶體和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生生活，更好的保證振蕩器穩(wěn)定，可靠地工作。判斷單片機芯片及時鐘系統(tǒng)是否正常工作有一個簡單的辦法，就是用萬用表測量單片機晶振引腳（18、19腳）的對地電壓，以正常工作的單片機用數(shù)字萬用表測量為例：18腳對地約2.24V，19腳對地約2.09V。對于懷疑是復(fù)位電路故障而不能正常工作的單片機也可以采用

17、模擬復(fù)位的方法來判斷，單片機正常工作時第9腳對地電壓為零，可以用導(dǎo)線短時間和5V連接一下，模擬一下上電復(fù)位，如果單片機能正常工作了，說明這個復(fù)位電路沒有問題。2.4 顯示電路設(shè)計在單片機系統(tǒng)中，常常用數(shù)碼管做顯示器，一般的顯示器為4位或8位。本系統(tǒng)使用數(shù)碼管顯示分 秒，因此需要6位數(shù)碼管。數(shù)碼管顯示電路有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。本設(shè)計中采用的是4位數(shù)碼管動態(tài)掃描的方式，但是這種方式用共陰極數(shù)碼管時需用三極管驅(qū)動，4個數(shù)碼管需要用7個三極管來驅(qū)動，總共占用單片機12個I/O口線,也可以用靜態(tài)顯示方式，共陰極數(shù)碼管用74HC595驅(qū)動。，只需占用3個I/O口. 顯示字符共陽極段碼顯示字符共陽極段碼

18、0C0H592H1F9H682H2A4H7F8H3B0H880H499H990H 第3章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計3.1 定時中斷的程序設(shè)計 否開始保護現(xiàn)場重置計數(shù)初值中斷數(shù)據(jù)送顯示緩沖單元調(diào)用顯示子程序恢復(fù)現(xiàn)場并中斷返回是 3.2 獨立鍵盤服務(wù)程序的設(shè)計鍵盤有功能按鍵和直接查詢按鍵，功能按鍵需要子程序不斷的調(diào)用，并在主程序中循環(huán)檢測，直接按鍵通過查詢方式，判斷相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的調(diào)整。3.3 顯示子程序的設(shè)計顯示程序時通過查詢數(shù)組的方式，進行動態(tài)掃描,給P0口送段碼，P2口送位碼。3.4 系統(tǒng)軟件的調(diào)試顯示部分是采用三極管驅(qū)動七段LED數(shù)碼管，采用+5V直流穩(wěn)壓電源進行供電。我使用的是愛思超級仿真開發(fā)

19、系統(tǒng)。電腦里安裝上了仿真軟件后，把89S51的仿真頭接至電路板上，把仿真器RS-232口與電腦的RS232口連接。就可以進行仿真了。第4章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析4.1 使用的主要儀器和調(diào)試工具的簡介數(shù)字萬用表DT9203單片機仿真器WAVE6000燒寫器 GF2100雙蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源DH1718E-5數(shù)字示波器 TDS1002在調(diào)試過程中，使用的調(diào)試工具是愛思超級仿真開發(fā)系統(tǒng)。該仿真系統(tǒng)包括G3000仿真器、穩(wěn)壓電源、仿真頭及串口通信控制線構(gòu)成。使用方法為將仿真頭連接在用戶板上，控制線連接仿真器和電腦，接上電源，在電腦上安裝仿真軟件就可以進行仿真調(diào)試了。在仿真系統(tǒng)中可以進行程序的編寫、編譯、運行，運行的同時可以對各個寄存器、存儲空間及變量的值進行觀察。當(dāng)編寫的程序有錯誤時，編譯時就會出現(xiàn)錯誤的信息及所在的位置，在運行程序時可以設(shè)置斷點，進行單步