基于单片机的篮球比赛计时器硬件设计.docx

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目 录

摘 要 2

第1章 前言 3

1.1设计选题的发展情况及背景 3

1.2设计目的和意义 3

第二章总体设计方案 4

2.1系统的构成框图 4

2.2各部分功能介绍 5

2.2.1赛程时间设置 5

2.2.2赛程时间启动/停止设置 5

2.2.324s显示控制 5

2.2.4报警设置 5

第三章硬件电路设计 6

3.1系统的硬件构成及功能 6

3.2AT89C51 6

3.2电源电路及复位电路设计 8

3.2.1电源电路 8

3.2.2复位电路 9

3.3时钟电路设计 9

3.4显示电路设计 10

第四章系统软件的设计 12

4.1主程序流程图 12

4.2定时中断的流程图 13

4.3系统软件的调试 13

第五章仿真调试 14

5.1软件仿真 14

5.2仿真结果 14

结束语 15

参考文献 16

答谢辞 17

附录 18

1模块子程序 18

2原理图 29

3仿真图 30

5

摘 要

本文设计了一个基于单片机的篮球比赛计时器硬件设计，包括AT89C51、6个八段显示LED、上电复位电路、时钟发生电路等基本模块的设计。

其功能主要设计为：

初始化时间为12分钟；进攻时间为24秒，计时器的显示均为倒计时方式，24秒计时用两位数码管显示；所有得计时都要具有暂停、继续、清零和时间调整功能；当每节比赛时间结束、24秒倒计时减为零有声音提示。

关键词：

单片机，计时器，倒计时，LED

第1章 前言

1.1设计选题的发展情况及背景

篮球比赛在中国越来越受到人们的关注，同时也被更多的青少年所喜爱。

本设计除了具有赛程时间计时、调整及暂停和比赛计分的功能，还具有24s倒计时的功能。

且造价低廉、操作方便且便于携带，适合于学校和小团体作为比赛赛程的计时计分工具。

从另一方面说，本设计方便了人们比赛时的计时计分工作，在某种程度上也促进了篮球赛的开展，既有利于发展篮球这项体育运动，又有利于增强人们的体质。

另外参与篮球运动的人多了，也利于篮球运动员的选拔，对我们国家的篮球事业也具有促进作用。

1.2设计目的和意义

随着人们生活水平的提高，社会经济的发展，人们开始注重身体素质的提高。

臂如举办篮球比赛需要有一个专门计时的工具。

因此有必要设计适合篮球比赛计时器。

本设计造价低廉、操作方便且便于携带，适合于学校和小团体作为比赛赛程的计时工具。

在某种程度上也促进了篮球赛的开展，既有利于发展篮球这项体育运动，又有利于增强人们的体质。

另外参与篮球运动的人多了，也利于篮球运动员的选拔，对我们国家的篮球事业也具有促进作用。

第二章总体设计方案

2.1系统的构成框图

基于单片机的篮球比赛计时系统的构成框图如图1-1所示

计时显示

AT89C5置1位24秒

24秒显示

复位

晶振

赛程时间

设置键盘

图1-1比赛计时构成图

本系统采用AT89C51作为设计的核心元件，利用七段共阳LED数码管作为显示器件。

计时电路中共接6个LED数码管，其中4个用于显示赛程时间，即2个显示分钟，2个显示秒钟。

赛程采用倒计时方式，即比赛前将时间设置好，比赛开始时启动计时，直至计时到零为止，比赛暂停时停止计时，比赛重新开始时计时继续，计时范围0～99分钟。

另外两个数码管用于显示24秒计时，即采用倒计时，比赛开始启动计时，计时到零或控球发生改变时重新计时开始由24s倒计时，如此循环，直至比赛结束。

当有暂停同样停止计时，重新开始时继续计时。

其次，为了配合计时器的校正、调整时间，设计中接入2个按键，另外四个用于完成设置、调整、启动、暂停、交换和24s重新计时功能。

此外，系统中还有一个按键，用于手动复位。

最后，设计中还有定时报警系统，即每节时间结束或24s结束时，立即通过蜂鸣器发出报警声提示。

2.2各部分功能介绍

2.2.1赛程时间设置

通过按键来设置赛程时间。

篮球比赛的一节时间为12分钟，赛程初始时间为

12分00秒，若因为加时赛，加时赛为五分钟，可以通过调节加一，减一键对时间进行调整，调整为五分钟开始计时。

2.2.2赛程时间启动/停止设置

当时间设置好之后，比如每节时间为12分钟，则数码管1～4上分别显示1200，即12表示时间，00表示秒钟。

这时，如果裁判吹响开始哨声，则立即按下K0按键，即比赛开始，计时显示由1200变为1159、1158……一直到0000时为止，即表示比赛结束。

在比赛过程中，遇到换人。

暂停等时按下暂停开始按键时间停止计时，数码管上的数值保持不变。

当比赛继续进行时，应立即按下暂停开始按键，继续进行计时。

2.2.324s显示控制

24s值在程序中设置，由数码管5、6来显示，即数码管5、6显示24.比赛开始时按下K0按键24s随赛程时间一起计时，即计时显示由24变成23、22、21……直到00.然后再由24s开始重新计时。

比赛过程中，当进攻的一方改变时，应立即按下秒复位按键，即使24s重新计时。

2.2.4报警设置

当每节时间或24s计时结束时，系统会自动发出报警声提示。

第三章硬件电路设计

3.1系统的硬件构成及功能

硬件部分的设计是整个设计中的一个重要部分。

在进行硬件部分设计时，首先要确定元器件，并且知道这些器件的工作原理和功能。

然后才可以进行设计。

本设计的硬件电路包括两部分：

计时电路、计分电路。

89S51端口分配：

P0.0-P0.7口—LED显示器段选口P2.2-P2.7口—LED显示器位选口P3.0-P3.7口—键盘列线输入P1.2口-声响报警

3.2AT89C51

MCS-51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了很多品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机，而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称。

INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的。

图2-1AT89C51引脚

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AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。

AT89C51具有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

它是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

如图所示，图2-1为AT89C51的引脚图，其基本性能介绍如下：

AT89C51本身内含40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中端口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

AT89C51的主要特性：

·与MCS-51兼容

·4K字节可编程FLASH存储器

·寿命：

1000写/擦循环

·数据保留时间：

10年

·全静态工作：

0Hz-24MHz

·三级程序存储器锁定

·128×8位内部RAM

·32可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·5个中断源

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路

AT89C51 管脚说明：

VCC （40）：

供电电压，接±5V的电压。

GND（20）：

接地。

上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

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3.2电源电路及复位电路设计

3.2.1电源电路

在该系统中需要用到+5V的直流稳压电源，在我们的生活中一般都是使用220的交流电，为了获得高质量的5V直流稳压电源，这就需要我们进行电压转化。

其电源电路方框图如图2.3所示：

图2.3电源电路方框图

这里的滤波是为了滤去外界电源输入带来的一些不稳定的因素，比如说纹波的影响，而用一个大电容和一个小电容的组合，是为了分别滤去低频或高频的纹波。

电源部分的电路如图2.4所示：

图2.4电源部分原理图

7805系列集成稳压器，只有输入端、输出端和公共端三个引线端子，可输出

1A以上的电流，有必要的保护电路，使用起来安全可靠。

它输出固定的正电压。

从变压器输出的交流电压经过整流、滤波后产生的不稳定直流电压，从稳压

器的输入端输入，在稳压器的输出端就可得到稳定的直流电压输出。

正常工作时，稳压器输入、输出电压差为2～3V，电容用来实现频率补偿。

图中C1为0.1μ可以防止由于输入引线较长而带来的电感效应而产生的自激。

C2为0.1μ用来减少由于负载电流瞬时变化而引起的高频干扰。

C3为100μ为容量较大的电解电容，用来进一步减少输出脉动和低频干扰。

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3.2.2复位电路

复位是单片机的初始化操作，只需给8051的复位引脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可得8051复位，复位时，PC初始化为0000H，使8051从OUT单元开始执行程序。

除了进入系统的正常初始化之外由于程序运行出错或操作错误而使系统处于死锁状态，为摆脱死锁状态，也需按复位键使得RST脚为高电平，使8051重新启动。

在系统中，有时会出现显示不正常，也为了调试方便，我们需要设计一个复位电路，在系统中，复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功