基于51单片机的篮球计分器讲解文档格式.docx

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根据所学的C语言基础知识和一些编程思想，对所需的一些硬件进行市场调查比较，选择了比较简单，易于实现的51单片机，结合运用了C语言思想进行方案设计，运用keiluversion软件编写程序。

51单片机内部的定时器/计数器进行中断可以结合软件延时实现计时。

采用89C51芯片作为硬件核心，其内部采用FlashROM,具有4KBROM存储空间，能与3V的超低压工作，由于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术，可以运用STC-isp烧入程序。

图1给出了本系统的实现框图。

图1总体框图

三．电路原理设计

电路主要包括CPU部分、电源部分、复位电路部分、按键部分、LED显示部分。

1、CPU部分

51单片机为单芯片微控制器，常见封装形式为40脚双列直插式塑料封装DIP-40，其引脚识别为：

正面面向用户，缺口向上，左上面第一脚为1脚，然后按逆时针方向依次为2~40脚。

通常第一脚有标志符号。

51单片机管脚图如图2所示。

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

图2单片机引脚图

管脚说明：

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，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。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；

当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

振荡器特性:

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

单片机是一种微控制器,任何为控制器正常工作最基本的条件是要有正确的电源、时钟电路好复位信号，三者缺一不可。

单片机正常工作最基本条件是：

正确的电源、时钟信号、复位信号。

51系列单片机第40引脚接电源+5V,第20引脚接地。

电压过高或者过低均会引起单片机CPU部工作。

单片机指令执行时在时钟脉冲控制下进行的，时钟脉冲信号是由单片机内部时钟电路及18脚、19脚外接晶振和电容组成的时钟电路产生的。

时钟电路异常，也会引起单片机CPU部工作，可通过测量30脚（ALE）是否有时钟脉冲六分频信号输出来判断振荡电路是否起振。

复位电路时在CPU通电后，给复位端9脚（RST）一个复位脉冲，使CPU内部处于初始工作状态。

51系列单片机是高电平复位，在正确的复位后（工作状态）9脚应保持低电平。

如果复位电路出现故障，CPU也将无法工作。

由于CPU的复位电路只有在开机瞬间产生复位脉冲，周期一般为几毫秒，用万用表无法鉴别正常与否。

对于只有上电复位的复位电路，快速判断CPU是否有故障可以采取强制复位的方法，将复位瞬时接电源正端，如果此时CPU恢复工作，说明CPU的复位电路出现故障。

对于有按键复位的复位电路，按下复位键，测量复位端是否有高电平产生来判断复位电路工作是否正常。

图3CPU控制电路

2、电源部分

图4电源部分

如图4所示，为单片机，复位电路提供电源。

3、复位电路部分

如图5所示，单片机中RST端口通过一个10uF的电解电容接VCC，又通过一个10K的电阻接地。

接VCC的电容为复位电容，接地的电阻为下拉电阻。

工作过程：

单片机刚上电时需复位一次才能可靠工作，通过电容接VCC，是利用电容充电来提供>

>

2个机器周期的高电平时间让单片机复位，如此单片机可以正常工作了，这之后又不要求单片机复位，所以可以通过10K的电阻下拉接地，保证RST脚维持在低电平状态（即不复位状态）。

图5复位电路

4、按键部分

如图6所示，键盘对应名称如下：

ADD1，DEC1，EXCHANGE，ADD2，DEC2，RUN/STOP

其中，

ADD1甲队比分加1键，（暂停时为调整时间分钟加1）

DEC1甲队比分减1键，（暂停时为调整时间分钟减1）

EXCHANGE换场键，半场休息时换场。

ADD2乙队比分加1键，（暂停时为调整时间秒钟加1）

DEC2乙队比分减1键，（暂停时为调整时间秒钟减1）

RUN/STOP启动暂停键，比赛开始时按下启动计时，比赛开始。

比赛开始后，按下为暂停计时，比赛暂停。

图6按键部分

5、LED显示部分

如图7，图8和图9所示，分别代表甲乙两队记分牌和剩余时间牌。

其中图5为剩余时间牌，初始剩余时间默认为12:

00；

图8和图9为甲乙两队的比分值，用三位数表示，范围从000到999。

图7D2（4LED）

图8D3（3LED）图9D4（3LED）

系统的总电路图

图10给出了系统总电路图

图10系统总电路图

四、硬件设计与调试

1、电路板的的焊接

要区分开电源地和信号地，电源地主要是针对电源回路而言的，而信号地主要是指两块芯片或者模块之间的通信信号的回流所流过的路径，电源地可以理解为通过发电厂与大地相连接而信号地仅仅是电路板上所有接地信号的公共端。

两者之间应该接在一起。

但是由于电源地存在很多的高频污染，所以经常通过电感，电容，磁珠或者0欧姆电阻将二者相连。

磁珠的等效电路相当于带阻限波器，只对某个频点的噪声有显著抑制作用，使用时需要预先估计噪点频率，以便选用适当型号。

主流的直流电变换芯片主要分为相控电源，线性电源，开关电源三类。

焊接cup时，首先要检查cpu的各个管脚，保证没有弯曲或者错位，然后将CUP各个管脚跟pcb板上的焊盘仔细的对齐，然后用电烙铁轻轻烫一下管脚，由于CPU管脚和焊盘上均有少量的残锡，可以将CPU固定住，然后用电烙铁依次将管脚压平。

接下来最关键的步骤：

补锡。

先在cup管脚的一端点少量焊锡，然后将一排管脚涂满松香，快速而缓慢的划过管脚。

焊接电路要有分块化的思想，首先焊接电源模块，然后测试各个供电电压；

然后焊接CPu模块、Rs232和TTL电平转换模块，通电后通过串口isp测试cup是否启动能否烧写程序。

然后是无线通讯某块和IO串口某块，最后成功后焊接引出的管脚。

晶振（Crystal）即为石英振荡器，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。

这种晶体有一个很重要的特性，如果给他通电，他就会产生机械振荡，反之，如果给他机械力，他又会产生电，这种特性叫机电效应。

他们有一个很重要的特点，其振荡频率与他们的形状，材料，切割方向等密切相关。

由于石英晶体化学性能非常稳定，热膨胀系数非常小，其振荡频率也非常稳定，由于控制几何尺寸可以做到很精密，因此，其谐振频率也很准确。

根据石英晶体的机电效应，我们可以把它等效为一个电磁振荡回路，即谐振回路。

他们的机电效应是机-电-机-电....的不断转换，由电感和电容组成的谐振回路是电场-磁场的不断转换。

在电路中的应用实际上是把它当作一个高Q值的电磁谐振回路。

由于石英晶体的损耗非常小，即Q值非常高，做振荡器用时，可以产生非常稳定的振荡，作滤波器用，可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线。

2、程序的调试

程序的调试是编写一个程序的重要步骤，根据思想框图写好代码，不是写完就可以运用，由于一些因素可能会造成程序无法编译，这等于代码不能使用，有时