篮球比赛积分器设计Word文档格式.docx
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1.1.1设计（论文）的目的
随着科学技术的发展，单片机在我们生活中越来越被广泛的使用，由于单片机的集成度高，功能强，通用性好，具有体积小，重量轻，能耗低，价格便宜，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等优点使单片机迅速得到广泛的应用，现在已经成为各种电子产品中的关键部分。
世界上的各大电气厂家，电子产业，都把把单片机应用于产品更新，实现产品数字化，智能化的核心器件。
篮球计分器就是以单片机为核心的计时计分系统，由计时器，计分器，综合控制器等组成[1]。
本次实验使用AT89C51编程来控制LCD显示器作为显示的球赛计时计分系统。
它具有赛程定时设置，赛程时间暂停，以及及时刷新甲、乙两队的成绩和上半场结束后成绩保留等功能。
它价格低廉，性能稳定，而且操作方便易于携带。
适合学校或小型的团体比赛作为赛程计时计分。
通过这次的实验，可以了解、熟悉并掌握有关单片机开发方面的知识，并且进一步加深对单片机的应用以及掌握单片机和外围接口的一些方法和技巧，这主要体现在以下的方面：
（1）篮球比赛计时计分系统含盖了8051系列单片机的最小应用系统，同时也在此基础上扩展了一些外围接口。
（2）可以了解到LCD显示器的结构、工作原理和接口实例和具体连接以及编程方法。
（3）怎样利用串行口来扩展显示接口等。
（4）蜂鸣器的工作原理及使用方法。
1.1.2设计（论文）的意义
单片机现在已经成为在工业控制领域中不可或缺的智能化控制工具，通过此次设计的篮球比赛计分器，我们可以更加清楚的了解单片机程序设计的基本指令功能、编程步骤，它的每一部分会实现什么功能，认识到它的优缺点，以便于我们日后应用它可以更加熟练，提高对单片机系统软件设计的能力。
篮球比赛是根据运动员在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统。
它是由计时器，计分器等多种电子设备组成，本次设计的篮球计时计分系统以篮球计分器就是以单片机为核心的计时计分系统，由计时器，计分器，综合控制器等组成。
利用它内部的计数器T0完成比赛的计时，通过LCD显示器来显示比分和时间。
报警部分采用蜂鸣器为音响器件。
本系统具有赛事时间设置、赛事时间启/停设置、赛事得分，报警等功能。
造价低廉、操作简单、携带方便，适用于小型的赛程计时计分工具。
篮球计分器的设计，它替代了人为的用秒表来计时，和计分板来计分，为竞赛提供了很好的计分系统，解决了以前的计分记时不精确，加快了比赛的节奏，使比赛更加具职业性、规则性和观赏性。
1.2研究现状
篮球以投篮为核心的对抗性体育运动，1892年1月，美国的詹姆士奈斯密斯创建了篮球这一体育项目。
因为篮球的出现，篮球计时计分器也随之发展。
起先，它并没有十分正规的计时计分器，只是用简单的时钟来记录比赛时间。
直到1932年，国际篮联的诞生，它以美国大学使用的篮球规则作为基础，规定了第一份统一的世界使用的竞赛规则，与此同时篮球计时计分器也跟着步入了电子时代，逐渐开始出现了比赛的计时钟和运用简单的电路组成的计分电路。
20世纪70年代，单片机以具有极高的性价比得到了人们的关注和重视，广泛的应用，发展及快。
篮球计数器也逐渐以单片机为核心来设计电路，使其功能更加强大，现在的篮球比赛计分器已经能够与现场成绩处理，现场的大屏幕，电视转播等多种设备相联，实现高比赛现场感，能够实时的传达给观众[2]。
1.3论文的主要工作
本次设计是以51系列单片机为核心，使用LCD显示屏来显示比赛时间和两队的比赛分数，此系除了统具有正常的比赛计时，和倒计时报警功能外，还可以随时暂停比赛时间。
根据要求，绘制原理图，编写程序，并进行程序仿真，画出PCB版图，并制作实物。
篮球比赛计分器包含了单片机的最小应用系统，在此基础上增加了一些实用性强的外围接口，需要掌握LCD显示器的结构、工作原理以及显示器的接口通信，学习利用串行口来扩展显示接口等。
在实验过程中需要解决的主要问题：
（1）LCD显示器的接口与单片机的连接以及编程方法。
（2）串行口来扩展显示接口等。
（3）按键的处理和设定。
（4）蜂鸣器电路的使用。
1.4章节安排
本次试验一共分为五章。
第一章：
研究此次实验的目的及意义，研究的现状以及论文的主要工作。
第二章：
对此次实验进行设计，写设计方案，画硬件系统框图。
第三章：
对本次实验所需要的器件进行介绍。
第四章：
进行实验的软件设计，编写程序，进行Proteus仿真。
第五章：
进行硬件设计，绘制PCB版图，焊板，调试。
第2章设计方案
2.1设计要求
基于51单片机的篮球计时计分器，不仅在时间上具有修改时间以及暂停时间的功能，而且还具有10秒倒计时功能，蜂鸣器发声，在计时停止时，蜂鸣器停止发声，显示器上显示第二节比赛。
在比分上，可以对两队的比分进行分数的加减，能够修改两队的比分，在第二小节开始时计时器重新开始计时。
2.2设计思路
篮球计时计数器的核心是51单片机，本次设计采用的是AT89C51单片机，它具有四个输入/输出接口，其中P0和P3端口作为按键程序的设定端口，P3.3按键用来启动比赛时间，P3.4用来暂停比赛时间，P3.1和P3.2用来修改比赛的时间，P1.3按键用来计算客队的分数，当客队得分时进行累加，P1.6按键用来计算主队的分数，当主队得分时进行累加，P1.4按键用来更改客队的分数，P1.7按键用来更改主队的分数，P1.2用来接蜂鸣器做倒计时功能，P0端口作为LCD显示器的接口。
2.3系统的硬件框图
图2-1为系统的整体框图。
图2-1系统的硬件框图
图中以AT89C51单片机为核心，包括计时电路、显示电路、按键电路、报警等电路模块，实现计时功能、显示功能以及报警功能等。
其中显示电路采用LCD液晶显示器来显示，显示分数范围可达到0—999；
报警电路采用蜂鸣器发声来进行提醒；
晶振电路采用12MHZ的石英晶体来组成时钟震荡电路；
按键电路采用四角按键来进行客、主两队的时间和分数的设置、启动和暂停等。
第3章器件介绍
3.1AT89C51单片机
3.1.1简介
AT89C51是一个CMOS8位具有高性能、低电压的单片机，片内含随机存取数据存储器和Flash只读存储器。
Flash只读存储器是可以反复擦写的。
它是使用ATMEL公司的非易失性和高密度存储的开发方式生产的，并且兼容MCS-51的指令，具有的微型计算机内部的强大功能，是一款性价比很高的单片机[3]。
AT89C51微处理器，使用工业生产标准的C51内核，在引脚排布及其内部功能上与8XC52的这一系列相同，它的功能包括初始化数据RAM、IC内部存储器及外部接口部件等，与主板CPU通信，进行红外遥控信号的解码与接收。
主要引脚脚有：
VCC和VSS分别接正负端的5V电源，RST为复位端，外接电容和电阻构成复位电路，P0～P3是编程常用的输入输出口，XTAL1和XTAL2为晶体振荡器I/O端口，外接6MHZ或12MHz晶体震荡频率[4]，引脚图如图3-1所示。
图3-1单片机引脚图
外部引脚状态表如图3-1所示。
表3-1外部引脚状态图
模式
空闲模式
掉电模式
程序存储器
内部
外部
ALE
1
/PROG
P0
数据
浮空
P1
P2
P3
3.1.2主要功能
AT89C51的主要功能如下所示：
（1）8k的FlashRom可反复擦写；
（2）具有MCS51系统指令的功能；
（3）32个双向输入/输出口；
（4）具有3个可编程计时/定数器中断的功能；
（5）时钟震荡频率为0-24MHz；
（6）8个中断源，其中2个为外部中断源；
（7）2个串行的中断；
（8）低功耗掉电和空闲模式；
（9）3个加密端口，2个读写中断口位；
（10）有TQFP、PDIP、PLCC、PQFP及封装形式，用来供用不同产品的需求；
（11）具有一个看门狗定时器；
（12）含有26个特殊功能寄存器。
3.1.3管脚说明
GND：
接地。
VCC：
电压端口。
P0口：
它是一组8位的双向I/O口，也可作数据/地址总线复用口。
当作为输出口使用时，每位能吸收8个TTL电路的电流方式驱动，当端口P0写作“1”时，可作为输入高阻抗端使用。
在访问程序存储器或数据存储器时，这组口用作数据总线和分时转换地址线复用。
在程序校验时，P0端口输出指令，校验时，要在电路外接上上拉电阻。
在Flash编程时，接收指令。
P1口：
P1内部本身含有上拉电阻的8位双向输入/输出口，因为内部含有上拉电阻，所以当某个端口被外部信号制成低电平时会输出一个电流。
同时P1.1和P1.0还可以分别用作计数/定时2的外部计数输入，如表3-2所示。
Flash程序校验和编程期间，P1端可以接收低8位的地址。
表3-2P1.0和P1.1第二功能表
引脚号
功能特性
P1.0
时钟输出，T2
P1.1
T2EX计数/定时器2
P2口：
P2口是一个内部含有上拉电阻的双向I/O口，当P2口被写“1”时，内部上拉电阻被拉高，并且用作输入。
作为输入时，P2口的引脚将被外部拉低，输出电流。
这是因为内部进行上拉的缘故。
P2口当用作外部数据存储器或外部程序存储器的16位地址进行存取时，地址的高八位输出。
在给出地址“1”时，它使用内部上拉，所以当对外部八位地址进行数据存储的读写时，P2口可以输出特殊功能寄存器里的内容。
P3口：
引脚和P2口一样，可接收输出的4个TTL的门电流。
当P3口写进“1”后，内部上拉为高电平，并用来作为输入端。
作为输入时，因为外部的下拉为低电平，所以P3口将输出电流。
P3口也可以作为AT89C51的一些特别的功能端口使用[5]，如表3-3所示。
表3-3P3口的特别功能表
口管脚
备选功能
P3.0
（串行输入（I）口）RXD
P3.1
（串行输出（O）口）TXD
P3.2
（外部中断0）/INT0
P3.3
（外部中断1）/INT1
P3.4
（计时器0外部输入）T0
P3.5
（计时器1外部输入）T1
P3.6
（外部数据存储器写选端）/WR
P3.7
（外部数据存储器读选端）/RD
此外，P3口同时也可为校验编程和闪烁校验接收一些信号。
RST：
复位端。
当振荡器接复位器件时，要保持RST引脚两个时钟周期为高电平。
ALE/PROG：
在FLASH编程时，此管脚用作输入的编程脉冲。
在访问外部的存储器时，地址的锁存允许输出电平用作地址锁存的地位字节。
通常，ALE端口是以不变的周期频率输出高电平脉冲信号，此频率是晶体振荡器频率的1/6，所以它可用于定时或外部输出的脉冲，但要注意的是：
每当作为外部数据存储器使用时，将会跳过一个ALE的脉冲。
要是想要禁止ALE的输出则可在SFR8EH地址上置低电平。
此时，ALE就只有在执行MOVC，MOVX指令的时候，才会起到作用。
/PSEN：
低电平有效，是外部程序存储器所用的选通信号。
在外部程序存储器取指时，每个时钟周期两次/PSEN有效。
但在访问片外存储器时，这两次有效的信号将不会出现[4]。
/EA/VPP：
当/EA为“0”时，片内的存储器不起作用，只会读取外部存储器的内容。
XTAL1：
反向放大器的内部震荡输入端及内部时钟电路工作的输入端。
XTAL2：
反向振荡放大器的输出端。
振荡器特性:
XTAL1和XTAL2为反向放大器的输入端和输出端。
当它配置片内的振荡器。
可采用石英晶体振荡或者是陶瓷振荡。
如果采用外部的中断来工作时，XTAL2则应空闲。
它对外部时钟信号脉冲宽度没有任何的要求，但是必须要保证脉冲的高低电平所要求的宽度[6]。
具体使用方法如图3-2、图3-3所示。
图3-2内部时钟方式电路图3-3外部时钟方式电路
3.2LCD1602显示器
LCD1602是工业型字符液晶，其中16是指16列，02是指两行。
因此它可以在屏幕上显示两行，每行可显示16个字符。
1602液晶也可以叫1602字符型液晶，它是一种用来专门显示字母、符号、数字等的点阵型的液晶模块。
它是由多个个5x11或5x7等点阵字符位组成的，其中每个点阵字符位都会显示一个字符，每位和每位之间有一段间隔，相当于一个点距，而且每行之间也都有间隔，它起到了行间距和字符间距的作用，所以它才不能很好地显示图形[7]。
3.2.1DS1602的特性
（1）3.3V或5V的工作电压，对比度可调；
（2）内部含复位电路；
（3）可以提供各种控制命令,如：
清屏、光标闪烁、字符闪烁、显示移位等多种功能；
（4）有80字节数据存储器DDRAM；
（5）内部有192个5x7点阵的字符发生器CGROM；
（6）8个可以由用户自己定义的5x7的字符发生器CGRAM。
3.2.2管脚功能
1602采用标准的16引脚接口，其中：
第1脚：
VSS为接地电源。
第2脚：
VCC接正5V电源。
第3脚：
V0是液晶显示器对比度调整端，接正电源时其对比度最弱，接地电源其对比度最高，可以通过电位器来调节对比度，已达到观众想要的观看效果。
第4脚：
RS为寄存器选择，选择指令寄存器为低电平、选择数据寄存器时为高电平。
第5脚：
RW读写信号线，进行读操作为高电平，写操作为低电平。
第6脚：
EN端为使能端,读取信息置高电平，执行指令在负跳变时。
第7～14脚：
D0～D7脚是8位的双向数据端口。
第15～16脚：
空脚或接背灯电源。
15脚背光电源的正极，16脚背光源的负极[8]。
各个引脚排布如图3-2所示。
图3-2引脚排布图
1602液晶模块有160个不同的点阵字符图形存储在内部字符发生存储器中，这些字符包括英文字母的大小写、阿拉伯数字、常用的符号、以及日文假名等，每一个代码都对应着相应的字符，例如英文字母“A”的代码是01000001B也就是41H，显示时模块就会把地址41H中字符图形表现出来，我们就能在液晶屏上看到字母“A”。
在单片机编程时，我们还可以使用字符型的常量或这变量来赋值，例如'
A’。
我们写程序时甚至可以直接用P1=‘A’这样的方法就可以，计算机会在编译时把'
A'
转换为41H代码。
字符代码0x00~0x0F是用户自定义的字符图形，0x20～0x7F为标准的ASCII码，0xA0～0xFF是日文字符和希腊文字符，其余的没有定义。
以下是1602的16进制ASCII码值地址，读取方法先读上面那行，在读左面那列，例如：
感叹号！
的ASCII为0x21，字母B的ASCII为0x42（前面加0x表示十六进制）[9]，如表3-4所示。
表3-4ASCII码值地址
000
001
010
011
100
101
110
111
0000
NUL
DLE
SP
@
P
、
0001
SOH
DC1
!
A
Q
a
q
0010
STX
DC2
“
2
B
R
b
r
0011
ETX
DC3
#
3
C
S
c
s
0100
EOT
DC4
$
4
D
T
d
t
0101
ENQ
NAK
%
5
E
U
e
u
0110
ACK
SYN
&
6
F
V
f
v
0111
BEL
ETB
‘
7
G
W
g
w
1000
BS
CAN
（
8
H
X
h
x
1001
HT
EM
）
9
I
Y
i
y
1010
LF
SUB
*
:
J
Z
z
1011
VT
ESC
+
;
K
[
k
{
1100
FF
FS
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<
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CR
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]
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SO
RS
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^
n
~
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SI
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O
o
DEL
3.3晶振
晶振是指从石英晶体上切下的薄片，简称为石英晶体或者晶振，而在封装的内部添加了由IC组成的振荡电路的晶体器件被称为晶体振荡器。
其产品一般是用金属外壳来封装，有的也用玻璃壳或塑料封装，市场上常见的是用金属外壳来封装的。
晶振通常用作晶体振荡器存在单片机应用电路中。
也可与其他原器件一起产生标准的脉冲信号，常应用在数字电路中。
在微处理器中也用石英晶体来做谐振器。
我们通常使用的时钟内部也含有晶体。
3.4蜂鸣器
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，在许多电子产品中都有用到，像计算机、报警器、玩具车、定时器等电子产品中作发声器件。
基本信息如表3-5所示。
表3-5蜂鸣器的基本信息
中文名称
蜂鸣器
产品性质
一种一体化结构的讯响器
产品用处
用于计算机、定时器、打印机
产品分类
无源蜂鸣器和有源蜂鸣器
结构原理
电磁线圈和磁铁周期性地振动发声
驱动电路
使用三极管来放大电流
3.4.1蜂鸣器的分类
按组成分类分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器，压电式蜂鸣器主要由多压电蜂鸣片、谐振荡器、阻抗匹配器和外壳等组成。
其中多谐振荡器是由由晶体管或者集成电路组成。
有的压电式蜂鸣器在外壳上还会装有发光二极管，工作原理是当蜂鸣器接通电源后,多谐振荡器就会进行起振,输出相对应的音频信号，蜂鸣片就会因为阻抗匹配器就会推动而发声。
其中蜂鸣片由铌镁酸铅或锆钛酸铅压的电陶瓷材料制成，它会镀上银电极在陶瓷片的两面，经老化和极化处理后，再与不锈钢片或者铜片粘在一起。
电磁式蜂鸣器由磁铁、振动线圈、电磁线圈和振动膜片以及外壳等组成。
在接通电源后，振荡器发出的音频信号流过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。
在电磁线圈和磁铁的相互作用下，振动膜片周期性地振动发声。
按有源和无源分类：
有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，常用的小型蜂鸣器因体积小、价格低、重量轻、结构牢靠等而被广泛地应用在各种发声的电电路中。
有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的外观如图3-3所示。
（a）有源（b）无源
图3-3蜂鸣器图
其中a为有源，b为无源，从图3-3（a）、（b）看，两
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