【基于單片機(jī)的籃球計(jì)分計(jì)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（論文）5500字】

基于單片機(jī)的籃球計(jì)分計(jì)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)TOC\o"1-2"\h\u24144摘要 132106引言 1130671.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 2118482.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 2105972.1單片機(jī)最小系統(tǒng) 2281612.2LCD1602液晶顯示電路設(shè)計(jì) 4186932.3聲光提示模塊設(shè)計(jì) 575212.4鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) 641592.5傳感器 6182423.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 853963.1主程序流程圖 8117753.2液晶顯示程序的設(shè)計(jì) 928873.3時(shí)間設(shè)置模塊程序的設(shè)計(jì) 11117144.系統(tǒng)調(diào)試 11163934.1硬件焊接與調(diào)試 11250824.2系統(tǒng)軟件調(diào)試 12245825.總結(jié) 12摘要：隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)今市面上有了很多籃球計(jì)分計(jì)時(shí)器，但是大型計(jì)分計(jì)時(shí)器造價(jià)昂貴，且計(jì)分計(jì)時(shí)器還是需要裁判操作。因此本文設(shè)計(jì)了籃球計(jì)分計(jì)時(shí)系統(tǒng)。本文采用了STC89c52單片機(jī)。相對(duì)于市面上傳統(tǒng)的計(jì)分計(jì)時(shí)器，本設(shè)計(jì)基于創(chuàng)新添加了傳感器模塊。此模塊使得本設(shè)計(jì)添加了一個(gè)智能的去檢測(cè)分?jǐn)?shù)的功能，非常的方便。本設(shè)計(jì)的造價(jià)成本比起其他同類產(chǎn)品非常低而且使用起來(lái)非常方便。關(guān)鍵詞：STC89c52；LCD1602；籃球；計(jì)分計(jì)時(shí)系統(tǒng)；傳感器引言籃球是一項(xiàng)國(guó)際型的體育運(yùn)動(dòng)，不僅在奧運(yùn)會(huì)設(shè)有籃球比賽而且在國(guó)內(nèi)的各個(gè)省市都很會(huì)舉行很多籃球賽事?；@球運(yùn)動(dòng)在世界的廣泛普及，因此有很多針對(duì)籃球比賽的得分類的規(guī)則設(shè)計(jì)出專業(yè)的計(jì)分計(jì)時(shí)器。有些大型計(jì)分計(jì)時(shí)器成本比較高，具有屏幕大、展示清晰、功能齊全的優(yōu)勢(shì)。但是大型籃球計(jì)分計(jì)時(shí)器不適用于小型籃球賽。因此市面上生產(chǎn)了許多小型比賽的計(jì)分計(jì)時(shí)器，這些籃球計(jì)分計(jì)時(shí)器雖然彌補(bǔ)了大型籃球計(jì)分計(jì)時(shí)器的不足但是仍然需要裁判在控制臺(tái)操作分?jǐn)?shù)。本文通過(guò)設(shè)計(jì)做出一款產(chǎn)品，它叫做智能化的籃球計(jì)分計(jì)時(shí)系統(tǒng)，具有智能識(shí)別選手比賽信息，無(wú)需人工采集信息的功能。采集的信息輸入到控制芯片，經(jīng)由芯片處理后輸出，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)無(wú)人工功能。1.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖的簡(jiǎn)要概述：四個(gè)按鈕鍵盤(pán)作為輸入模塊輸入操作信息：投籃規(guī)定時(shí)間、分?jǐn)?shù)線距離、比賽開(kāi)始暫停、置零復(fù)位等。用紅外傳感器采集選手的距離參數(shù)，超聲波距離傳感器采集投籃操作信息參數(shù)，然后再把采集到的信息輸入到主控芯片STC89c52上。通過(guò)芯片處理，LCD1602顯示所需顯示的信息。如圖1所示：圖1系統(tǒng)框圖2.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)2.1.1主控芯片因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有大量的優(yōu)點(diǎn)，例如高度集成、功能齊全、應(yīng)用廣泛等，最為優(yōu)異的是它價(jià)格實(shí)惠，外形小巧，功能齊全，易于操作等，讓單片機(jī)廣為應(yīng)用，它被發(fā)展且迅速推廣，占據(jù)了大量的市場(chǎng)?，F(xiàn)在單片機(jī)已經(jīng)成為了各類各樣測(cè)量和控制的產(chǎn)品的主控芯片，應(yīng)用于這些產(chǎn)品的系統(tǒng)中。在世界上的每一個(gè)關(guān)于控制類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)的廠家，都樂(lè)于采用單片機(jī)作為適合實(shí)現(xiàn)它們產(chǎn)品功能的芯片，可以降低成本且功能都穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)了。該模塊作為一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)核心控制的功能，在當(dāng)今市場(chǎng)上適用范圍非常廣。STC89c52單片機(jī)和AT89c52單片機(jī)兩者進(jìn)行比較：STC的2線模式下的下載的方法被支持，軟件程序可以被更簡(jiǎn)單的下載。TXD和RXD兩個(gè)接口用來(lái)實(shí)現(xiàn)程序的下載。添加了P4接口，等于添加了更多的I/O接口，許多的接口使得添加更多模塊也不怕沒(méi)有地方連接主控。它擦寫(xiě)壽命極長(zhǎng)。因此本設(shè)計(jì)選擇了STC89c52單片機(jī)，再添加一些關(guān)鍵的外圍電路如圖2所示：圖2單片機(jī)最小系統(tǒng)2.1.2復(fù)位電路上電復(fù)位模塊采用了一個(gè)22pf的電解電容和一個(gè)10K的電阻。它的工作原理是給電容器充電過(guò)多，然后電容器就會(huì)像短路一樣,REST端從低電平變成了高電平，當(dāng)電源的電壓數(shù)值和電容兩端的電壓數(shù)值相等的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生電容的充數(shù)電電流值變?yōu)榱愕慕Y(jié)果，也就會(huì)造成類似電容斷開(kāi)的現(xiàn)象，REST接口的電平被拉低，程序沒(méi)有被改變，它將繼續(xù)正常的運(yùn)行。

按鍵手動(dòng)復(fù)位模塊使用：22pf電解電容一個(gè)、獨(dú)立按鍵一個(gè)、10K和1K電阻各一個(gè)。該模塊的原理是在最初的時(shí)候先進(jìn)行一個(gè)上電復(fù)位操作，按鍵按下，VCC接口可以直接和REST接口相接，REST接口電平被拉高變成高電平，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)該模塊的復(fù)位操作，同時(shí)電解電容出現(xiàn)短路現(xiàn)象，最后電解電容把電量放出來(lái)。當(dāng)這個(gè)按鍵沒(méi)有被使用的時(shí)候，電解電容充電后，充電電流被電阻使用，REST的電平拉高的狀態(tài)維持不變，復(fù)位功能依然實(shí)現(xiàn)著，僅僅當(dāng)電容充好了電量，就會(huì)出現(xiàn)好似電容開(kāi)路的現(xiàn)象，REST接口的狀態(tài)將從由高電平改變?yōu)榈碗娖?，該模塊工作維持正常。本設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位。為了使其操作簡(jiǎn)單，硬件上添加了一個(gè)按鍵，功能是控制復(fù)位接口。如圖3所示： 圖3復(fù)位電路2.1.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路作為為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)的電路，程序一條代碼的執(zhí)行時(shí)間都是很根據(jù)時(shí)鐘進(jìn)行的，可見(jiàn)此電路的重要性。在外部接有兩個(gè)22pf電容用來(lái)起震，無(wú)源晶振在這兩個(gè)電容的作用下產(chǎn)生震蕩,把產(chǎn)生的晶信號(hào)輸入XTAL1和XTAL2這兩個(gè)接口。如圖4所示：圖4系統(tǒng)時(shí)鐘電路2.1.4電源電路0VAC轉(zhuǎn)5VDC電源適配器為單片機(jī)供電提供幫助。外部的220V的交流電轉(zhuǎn)換成5V的直流電的電源適配器能夠?yàn)橄到y(tǒng)的供電提供方便。本設(shè)計(jì)采用USB供電，計(jì)算機(jī)的USB口恒定輸出5V直流電壓。5V的單片機(jī)的系統(tǒng)的供電需要完全能夠被滿足，它具有電源輸出穩(wěn)定、功耗低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。如圖5所示：圖5電源電路2.2LCD1602液晶顯示電路設(shè)計(jì)本文采用LCD1602液晶顯示屏，它支持中文、英文、數(shù)字、符號(hào)等形式的顯示輸出，它的尺寸也非常符合本設(shè)計(jì)所需標(biāo)準(zhǔn)。它需要5V的電源，一共16引腳需要連接。2.0mA/5.0V作為芯片能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的電流，通過(guò)編程它就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的熄滅屏幕的操作。LCD1602的顯示屏一共可以顯示12個(gè)字符，使用兩行顯示信息。本設(shè)計(jì)所需顯示的信息恰好都能顯示出來(lái)。該模塊存儲(chǔ)大量圖形，實(shí)現(xiàn)多樣化顯示。本文采用LCD1602液晶屏作為顯示屏。LCD1602顯示模塊的硬件結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，費(fèi)用也相比其他模塊更加實(shí)惠，適用范圍非常的大，而且維護(hù)起來(lái)也很簡(jiǎn)單。如圖6所示：圖6液晶顯示模塊2.3聲光提示模塊設(shè)計(jì)聲光提示模塊的功能是提示觀眾和選手們是否投籃成功。通過(guò)控制引腳的電平去控制該模塊的電路，當(dāng)相應(yīng)電平拉高或者拉低就會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生對(duì)應(yīng)操作，如導(dǎo)通二極管和三極管。該三極管在電路中起到了一個(gè)開(kāi)通和關(guān)斷聲音提示的作用。該模塊在選手投籃成功的時(shí)候開(kāi)始運(yùn)行，它被用來(lái)作為一個(gè)比賽進(jìn)程提示非常合適。如圖7所示：圖7聲光提示模塊2.4鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)獨(dú)立按鍵電路作為一個(gè)輸入部件，實(shí)現(xiàn)輸入功能。獨(dú)立按鍵的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，操作起來(lái)也非常明了，只需按下它就可以。它的一端接口連接GND和另一端接口和單片機(jī)的I/O口連接，就實(shí)現(xiàn)連接進(jìn)入電路。當(dāng)按鍵被按下的時(shí)候，就能夠拉低單片機(jī)I/O口的電平，電平的改變會(huì)導(dǎo)致鍵值的改變。此電路也有一個(gè)缺點(diǎn)，就是浪費(fèi)I/O使用過(guò)多，浪費(fèi)接口資源。不過(guò)本設(shè)計(jì)所需要使用按鍵的地方并不多，因此采用此按鍵就可滿足需要。我的設(shè)計(jì)采用獨(dú)立按鍵，只需要四個(gè)按鈕。獨(dú)立按鍵的功能足夠，而且使用非常方便。K1用來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換顯示屏到距離和時(shí)間參數(shù)設(shè)置功能，K2用來(lái)做比賽暫停按鈕，K3用來(lái)做復(fù)位按鈕，K4用來(lái)設(shè)置選手投籃時(shí)間的減。如圖8所示：圖8鍵盤(pán)模塊2.5傳感器傳感器具有造價(jià)便宜，使用方便的優(yōu)點(diǎn)，作為應(yīng)用廣泛的實(shí)用器件，對(duì)我們科技發(fā)展非常有幫助，測(cè)控產(chǎn)品類市場(chǎng)對(duì)它有大量需求。能夠采集所需信息的元器件就是傳感器，經(jīng)過(guò)它的內(nèi)部的處理可以把所采集的信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或者其他需求的方式的信息，轉(zhuǎn)換后的信息就可以被輸出。2.5.1紅外傳感器通過(guò)紅外傳感器的名稱可以知道，它使用紅外線作為介質(zhì)。紅外線傳感器在很多領(lǐng)域都被廣泛的應(yīng)用。當(dāng)檢測(cè)到信號(hào)模塊前方有干擾時(shí)，傳感器指示燈綠色二極管亮起，在OUT口輸出恒定低電平信號(hào)。在這個(gè)模塊有效的檢測(cè)的距離為0cm到30cm，這樣的檢測(cè)范圍很好地適用于本設(shè)計(jì)的檢測(cè)模塊。35°是它的檢測(cè)角度，電位器能夠把檢測(cè)距離有效的調(diào)節(jié)到我們需要的范圍，當(dāng)順時(shí)針扭動(dòng)電位器的調(diào)節(jié)旋鈕，測(cè)量距離的范圍就被調(diào)節(jié)增大，反之，測(cè)量距離的范圍就會(huì)被調(diào)節(jié)減小。測(cè)量距離的關(guān)鍵是目標(biāo)的反射率值和目標(biāo)的外部形狀。該模塊的電源接口連接電源，GND接地，OUT口與單片機(jī)I/O連接。當(dāng)電源接通,紅色的具有指示作用的二極管被點(diǎn)亮。模塊接口:VCC可接外接電壓為3.3V~5V(模塊可直接接5V、3V單片機(jī))。它可多點(diǎn)采集，使用者可根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇射管陣列的間距和數(shù)量。在環(huán)境光調(diào)節(jié)下紅外傳感器模塊也可以良好的使用，該器件具有發(fā)射和接收裝置。發(fā)射管發(fā)射紅外線。從所要求的檢測(cè)方向出發(fā)，當(dāng)介質(zhì)遇到反射物時(shí)，可以反射回來(lái)，由接收管接收。該傳感器有少干擾、即插即用、操作方便等特點(diǎn)。因此采用這個(gè)模塊去探測(cè)選手所占位置的距離最為合適。如圖9所示：圖9紅外傳感器2.5.2超聲波距離傳感器以超高能聲波測(cè)距的技術(shù)為基礎(chǔ)，為超聲波測(cè)距的技術(shù)提供技術(shù)支持和提升改進(jìn)。該模塊能夠在各種各樣的場(chǎng)合下有效工作（包括非常艱苦的工作場(chǎng)合）的超聲波測(cè)距技術(shù)非常方便，而且它采用的技術(shù)有智能化調(diào)整，這在一定程度上大大提高了采用超聲波的產(chǎn)品的可靠性和性能參數(shù)的水平，使得用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題沒(méi)有擔(dān)憂。超聲波作為一類機(jī)械波，它的頻率比聲波大，換能器在電壓激勵(lì)下振動(dòng)，發(fā)出超聲波。出現(xiàn)繞射現(xiàn)象概率低、頻率很高、波長(zhǎng)很短等等作為它的顯著優(yōu)勢(shì)，更有良好的方向性、射線可以沿給定方向傳播。超聲波能夠穿透液體和固體等，它有超強(qiáng)的穿透力度，非透明的固體能被超聲波穿透幾十米。當(dāng)遇到雜物或者分界面的時(shí)候的超聲波能夠有明顯的反射，最后就把回波產(chǎn)生出來(lái)，可移動(dòng)的物體的出現(xiàn)將會(huì)導(dǎo)致多普勒效應(yīng)的出現(xiàn)，超聲波能夠作為檢測(cè)被應(yīng)用，它的應(yīng)用范圍可謂廣泛。如在工業(yè)和國(guó)防還有生物醫(yī)學(xué)里等都使用了超聲波作為檢測(cè)模塊。它的原理是根據(jù)超聲波出發(fā)和返回的時(shí)間實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品所需的檢測(cè)的時(shí)間的功能。這個(gè)傳感器能夠有效檢測(cè)選手所占位置的信息。它的工作電壓為5V，和單片機(jī)的電壓一樣，可直接接入單片機(jī)。Trig接口輸入高電平，就可以觸發(fā)該模塊去檢查距離。Echo接口輸出高電平，該高電平的寬度蘊(yùn)含了超聲波一個(gè)來(lái)回時(shí)間的信息。如圖10所示：圖10超聲波模塊3.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)3.1主程序流程圖系統(tǒng)在上電之后先初始化，把初始數(shù)值清零。再寫(xiě)一個(gè)死循環(huán)，可以對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行反復(fù)的掃描。當(dāng)按鍵按下后就能檢測(cè)出按鍵的鍵值，最后鍵值的數(shù)據(jù)信息被接收系統(tǒng)所接收，再通過(guò)主控接口去接收傳感器模塊的信息。采集信息完成和處理后可實(shí)現(xiàn)：甲、乙的投籃的所需時(shí)間的加減的程序，比賽的開(kāi)始和暫停，選手投籃成功操作分?jǐn)?shù)加的功能和聲光提示模塊啟動(dòng)的功能，還有復(fù)位等功能。如圖11所示：圖11主程序流程圖3.2液晶顯示程序的設(shè)計(jì)當(dāng)液晶需要發(fā)送指令或者發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)LCD1602進(jìn)行忙檢測(cè)，直到液晶一次顯示的操作完成后，下一步操作才可以被進(jìn)行，否則會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取的錯(cuò)誤。在此模塊使用CGRAM的繪圖的功能的時(shí)候，用清屏函數(shù)去清屏。調(diào)用此程序的初始會(huì)進(jìn)行初始化。在屏幕上顯示信息需要使用到的寫(xiě)指令和寫(xiě)數(shù)據(jù)操作，使用了LCD1602模塊的子程序進(jìn)行。如12、13所示：圖12寫(xiě)指令流程圖圖13寫(xiě)數(shù)據(jù)流程圖3.3時(shí)間設(shè)置模塊程序的設(shè)計(jì)使用K1鍵把主屏幕轉(zhuǎn)換成時(shí)間設(shè)置屏幕，進(jìn)行投籃規(guī)定時(shí)間的設(shè)置。再次按下K1即可以返回主屏幕，按下K2鍵可以移動(dòng)光標(biāo)，按下K3可以對(duì)時(shí)間進(jìn)行加操作，按下K4可以對(duì)時(shí)間進(jìn)行減操作。該功能讓每個(gè)選手在自己規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成投籃動(dòng)作，可以避免選手的猶豫不決，延誤賽進(jìn)程。如圖14所示：圖14時(shí)間設(shè)置操作流程圖4.系統(tǒng)調(diào)試4.1硬件焊接與調(diào)試根據(jù)需要的功能設(shè)計(jì)電路圖，在設(shè)計(jì)的時(shí)候很容易出現(xiàn)電路連接錯(cuò)誤的現(xiàn)象，如元件的串并聯(lián)混淆。當(dāng)出現(xiàn)不確定如何連接的情況則需要查閱相應(yīng)資料，認(rèn)真耐心連接好每一個(gè)模塊。使用AD軟件畫(huà)好硬件電路板，在畫(huà)板子的時(shí)候首先畫(huà)元器件的封裝，這個(gè)過(guò)程需要注意查找封裝資料，才能畫(huà)好畫(huà)對(duì)。在布線的時(shí)候，很容易出現(xiàn)短路或者短路的現(xiàn)象，用該軟件相應(yīng)功能檢測(cè)出來(lái)，再把每一根出錯(cuò)的線路處理好。在最后把它交給廠家給電路板打板，在焊接板子的時(shí)候容易出現(xiàn)燒壞焊盤(pán)的現(xiàn)象，則需要更換板子，非常耗費(fèi)時(shí)間，所以焊接元器件的時(shí)候最好小心為上。當(dāng)LCD1602不顯示，首先去檢查程序沒(méi)有錯(cuò)誤，再去查看硬件接法沒(méi)有錯(cuò)誤，再檢查單片機(jī)是否可以正常使用，再查看它的電壓值是否正常，再查看端口設(shè)置出錯(cuò)了沒(méi)有。時(shí)鐘調(diào)試的時(shí)候容易出現(xiàn)誤差，晶體振蕩頻率的數(shù)值可以用來(lái)計(jì)算模塊內(nèi)部定時(shí)器的基本參數(shù)。一段時(shí)間后，檢查秒表的數(shù)值后對(duì)應(yīng)的開(kāi)始去校正它。在檢查時(shí)間誤差值后，程序內(nèi)部定時(shí)器的基本參數(shù)根據(jù)這個(gè)值進(jìn)行改變，從而達(dá)到時(shí)鐘調(diào)整的準(zhǔn)確目標(biāo)。遇到傳感器接觸不靈敏問(wèn)題，排除焊接問(wèn)題后查看傳感器手冊(cè)，查閱傳感器容易受到什么影響，排除外界干擾后，再次運(yùn)行實(shí)物。實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾環(huán)境和焊接正常就解決了傳感器接觸不靈敏問(wèn)題。4.2系統(tǒng)軟件調(diào)試把芯片插入插座，做好的實(shí)物和計(jì)算機(jī)相接。在計(jì)算機(jī)里查詢?cè)O(shè)備的串口，檢查串口是否匹配,單片機(jī)型號(hào)是否對(duì)應(yīng)選擇。再把審核好的的程序使用編程器，去下載下來(lái)，傳到STC89c52。在文檔里針對(duì)本設(shè)計(jì)需