毕业设计郑州大学信息工程学院.docx
《毕业设计郑州大学信息工程学院.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计郑州大学信息工程学院.docx（50页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
毕业设计郑州大学信息工程学院
大学毕业设计（论文）
题目：
基于单片机篮球赛计时计分器设计
指导教师：
马旭东职称：
讲师
学生：
华学号：
20122450236
专业：
电子信息工程
院（系）：
信息工程学院
完成时间：
2016年5月25日
2016年5月25日
毕业设计（论文）任务书
附表一题目来源：
自选
课题名称
基于单片机篮球赛计时计分器设计
设计人
华
学号
20122450236
指导教师、职称
马旭东（讲师）
指导时间/地点
专业班级
电子信息工程二班
一、设计（论文）容
本设计主要利用单片机STC89C52作为核心元件，利用LCD1602作为显示器件，一组用来显示A队的分数，一组用来显示B队的分数，另外一组用来计时。
用按键控制比赛过程中双方的比分和比赛时间的显示。
篮球赛计分屏系统包含了STC89C52系列单片机的最小系统的构成，同时在此基础上扩展了一些实用性强的外围接口，可以进一步了解应用以及LCD1602的结构、工作原理以及这种显示器的接口通信。
系统设计完成后应具有成本价格低廉、性能稳定、高准确度显示、操作方便且易携带等特点。
广泛适合各类学校和小团体作为赛程计分。
二、设计（论文）的主要技术指标
1、LCD1602的显示原理；
2、单片机定时器与计数器的设计；
3、矩阵键盘的设计。
三、进度安排
1、3月31日前通过学习单片机的基础知识，查阅资料，了解篮球赛计时计分器的功能结构，明确关键模块的意义；
2、4月30日前完成主要程序的编写并进行调试，完成Proteus电路图绘制，理论分析篮球赛计时计分器设计中的软硬件问题；
3、5月20日前完成程序的编写及调试，按照电路原理图进行焊接，完成成品，并完成毕业论文初稿；
4、5月25日前对成品出现的问题与不足进行完善，确保其性能与质量，修改论文初稿并定稿。
四、毕业设计（论文）提交的文档及基本要求
1．毕业论文一份（包含封皮、目录、中英文摘要、容及参考文献）
2．不少于5000汉字的科技翻译资料一份
3、毕业论文简介（A4纸1~2页）（包含题目、专业、年级、、指导教师、毕业论文所做的工作、解决的问题、创新之处等）
4．毕业设计任务书
5．开题报告
6．毕业设计工作中期检查表
此表指导教师填后、复印，指导教师、学生各保存一份，交院教学办一份
毕业设计（论文）开题报告
附表二
课题名称
基于单片机篮球赛计时计分器设计
学生
华
学号
20122450236
专业班级
电子2班
一、选题的目的意义
随着电子工业的迅速发展，各种各样的计时器不断出现，并被广泛应用在各种体育赛事，虽然电子计时器很早就有人研究，但通常都是利用模拟电子器件，数字电子器件或是模拟与数字混合组成，其稳定性和准确度仍存在一些问题，针对这一现象我决定开发一个基于单片机为核心的篮球比赛计时计分器，它具有计分准确，24秒倒计时，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。
二、国外研究综述
随着单片机技术的迅速发展，设计和制造篮球计时记分器越来越智能与高端。
根据目前高水平篮球比赛要求，完善的篮球比赛计时系统设备应能够与现场成绩处理，现场大屏幕，电视转播车等多种设备相联，以便实现高比赛现场感，表演娱乐观众等功能目标。
随着电子技术的产业结构调整，生产工艺的飞速发展和篮球的广泛推广，市场对篮球计分器的需求也越来越大，该器件具有价格低廉，性能稳定，操作方便并且易于携带等特点。
国外在这方面研究水平较为接近。
三、毕业设计（论文）所用的方法
本课题主要以设计研究为主。
通过网上查询相关学术期刊及相关专业书籍，来完成初步设计。
根据单片机的工作原理，和原有理论设计出针对于篮球比赛的计时计分器，本设计准备从以下几个方面着手：
1、阅读相关的资料，仔细分析和研究单片机的接口操作以及LCD1602的显示原理；
2、根据任务要求认真思考并确定设计思路，在导师的帮组下确定设计方案；
3、按照设计方案进行程序编程；电路设计，焊接成品及调试并撰写论文；
4、在老师的指导下完成最后的设计，进行论文答辩。
四、主要参考文献与资料获得情况
[1]郭天祥.51单片机C语言教程—入门、提高、开发、拓展全攻略.电子工业,2009
[2]谭浩强.C程序设计（第三版）.清华大学，1991
[3]求实科技.8051系列单片机C程序设计.北京：
人民邮电.2006
[4]涵、任秀华、王全景、超.基于PROTUES的电路及单片机设计与仿真.电子工业.2012
[5]郭玉霞主编.MCS-51单片机原理与应用[M].北京航空航天大学.2010.1
五、指导教师审批意见
签字：
年月日
毕业设计工作中期检查Ⅰ
附表三2016年4月5日
课题名称
基于单片机篮球赛计时计分器设计
姓名
花
专业和班级
电子信息工程1班
指导教师
马旭东
一、毕业设计具体容、目标和可能遇到的问题
本设计主要利用单片机STC89C52作为核心元件，利用LCD1602作为显示器件，一组用来显示A队的分数，一组用来显示B队的分数，另外一组用来计时。
用按键控制比赛过程中双方的比分和比赛时间的显示。
具体功能如下：
1.通过2个键，分别实现A/B队加分的功能，可以实现加1分，加2分，加3分，并显示在LCD1602液晶上；2.如果计分错误（如多加了分数），可通过A/B各自的减分按键进行减分，每按一次按键，系统减1分。
最高分值为999分，最低分值为000分，设计一个篮球赛计分屏的系统；3.通过外接一个喇叭控制键，实现鸣笛警示的作用。
并通过在protues软件环境下仿真篮球计时计分器的使用过程，并进行焊接制作成品。
由于仿真有一定的误差，实际中可能会有一些变化，对此需要在焊接后进行调试及修改；还有就是在使用C语言编程中会出现一些字符问题和位置不对而导致整个程序出现错误。
二、采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析
通过Proteus仿真软件，直观准确的对电路进行描述与分析，再配合Keil软件对程序进行模拟与调试，两相配合，反复实验，再进行焊接，制作成品。
以设计操作为主，通过网上查询相关学术期刊和专业书籍，来完成初步的设计；学习单片机的基础知识，完成程序的编写，并在软件上调试;熟悉Proteus的功能，了解对电路的分析与设计，加深对程序的理解；熟练掌握焊接技能，并已获得一定成果，我们对这个方案有信心。
三、指导教师对学生出勤、文献阅读等方面的评语
签字：
年月日
此表学生填写，指导教师给出评语后，复印件于第五周交院教学办公室。
毕业设计工作中期检查Ⅱ
附表四2016年5月10日
课题名称
基于单片机篮球赛计时计分器设计
姓名
华
专业和班级
电子信息工程1班
指导教师
马旭东
一、阶段性结果
通过翻阅相关书籍，熟练掌握了单片机的基本知识，学会了使用keil软件和STC-SIP的使用，掌握了矩阵键盘检测原理和1602液晶的操作方法，并初步完成了仿真电路的绘制，已开始相关程序的编写。
二、存在的问题
在使用C语言编程中一些地方没有进行注释，结果在修改时变得比较费时费力，同时因为一些字母大小写问题和语句位置不对而导致整个程序在keil软件调试过程中出现错误，对此我们需要养成良好的编程习惯，及时保存多加实验；在Proteus的元件库中有一些原本准备使用的元件并不包含，只能用其他元件代替，导致了具有一定的误差，对此需要在焊接前进行实验确保制作完成后能过使用，避免不必要的麻烦。
三、后一步工作设想
对相关程序进行优化以及完善，使计时计分器显示简洁明了，操作简单，并完成论文的撰写。
四、指导教师对学生出勤、论文进展方面的评语
签字：
年月日
指导教师组织学生口头汇报后，学生填写该表，教师给出评语后，于第十周交院教学办公室。
基于单片机篮球赛计时计分器设计
摘要：
21世纪以来，伴随着科技的发展，单片机把我们带入了智能化的电子领域，现如今许多电子系统的电路由原来的复杂变得简单、功能由欠缺变得齐全很大一部分原因是由于单片机的加入。
若把老旧经典的电子系统当作一个僵死的电子系统，那么智能化的电子系统则是一个具有“生命”的电子系统。
随着时间的推移，单片机与串行接口的结合越来越广泛的应用到各个电子系统当中。
本设计在硬件上主要依托STC89C52单片机作为核心控制元件，利用LCD1602作为显示器件，软件方面依托C语言作为编程语言，并利用Keil对所编程序进行调试，在Protues搭建的软件仿真平台下进行仿真。
本设计在以STC89C52系列单片机为最小系统的基础上扩展了一些实用性强的外围接口，进一步了解单片机的应用，LCD1602的结构和独立按键的工作原理，主要实现了计时和显示A/B队的分数，并能进行加分，减分，鸣笛警示等功能。
系统设计完成后应有价格低廉、性能稳定、操作方便且易携带等特点。
广泛适合各类学校和小团体作为赛程计分。
关键词：
单片机；LCD1602；计数器；定时器
TimingscoringbasketballgamedesignbasedbyMCU
Abstract:
Enteringthetwenty-firstCentury，withthedevelopmentoftechnology,Theembeddedmicrocontrollerputusintothefieldofelectronicsandintelligent,Nowadaysmanyelectroniccircuitsfromtheoriginalcomplexsystemseasier,becomesfullyfunctional,alargepartofthereasonisduetothemicrocontrollerjoin.Iftheoldclassicelectronicsystemasadeadelectronicsystem,theintelligentelectronicsystemisonewitha"life"oftheelectronicsystem.Overtime,thecombinationofmicrocontrollerandserialinterfacewhichiswidelyappliedtovariouselectronicsystems.
ThisdesignreliesonhardwareSTC89C52mainmicrocontrollerasthecorecontrolelementsastheuseofLCD1602display,softwarereliesontheClanguageasaprogramminglanguage,andtheuseoftheprogrammedKeildebugging,simulationsoftwarebuiltinProtuessimulationplatform.ThedesignwiththesmallestsystemSTC89C52MCUbasedontheexpansionofanumberofpracticalperipheralinterface,abetterunderstandingoftheapplicationofmicrocontroller,LCD1602structureandindependentkeyworks,themainachievementofthetiminganddisplayA/Bteamscores,andcanbeaplus,minuspoints,whistlewarningfunctions.Afterfinishingsystemdesign,itshouldbelowcost,stableperformance,convenienttooperateeasytocarryandsoon.Suitableforallkindsofschoolsandsmallgroupsasthescoringrace.
Keywords:
Microcontroller;LCD1602;Counter;Time
1绪论
本文先以介绍篮球计时计分器的发展现状作为开端，以此展开论述，首先确定系统的总体设计，画出系统的组成框图，并对各部分模块的功能及所用其元器件及电路进行分析与设计，主要包括单片机控制模块，LCD显示模块、键盘控制模块、电源模块等。
并设计软件部分的程序流程图、在keil软件中编写相应的程序，并在Proteus仿真软件平台下运行和调试，最终做出成品。
1.1篮球计时计分器简介
计时计分器是各大运动赛事中不可缺少的工具之一，而篮球自从1891年诞生到如今已经成为了一项风靡全球的运动，尤其是关于美国职业男篮NBA的新闻已经成为了人们茶余饭后津津乐道的话题，很多人熟悉篮球，明白篮球比赛是根据两个队在规定的时间得分多少来决定胜负的，这就需要有计时计分器记录下每队的得分以及所花时间，基于此设计一款篮球计时计分器就显得尤为重要。
基于STC89C51单片机设计的篮球计时计分器相对于老旧的翻拍器具有体积小、计时精确的优点，更能适合目前的高水平的篮球比赛。
1.2篮球计时计分器设计容
利用STC89C52单片机及LCD显示等模块，设计一个简易的篮球计时计分器能够对篮球比赛实现实时控制。
设计容如下：
1.用LCD1602显示数据：
记录比赛双方比分，可进行加减分，倒计时形式记录比赛时间，24秒即将结束时发出警示鸣笛；
2.设计硬件电路图；
3.画出程序流程图、编写程序、完成编译；
4.硬件电路进行焊接、调试、并完成成品。
2系统总体方案设计
随着单片机在各个领域的广泛应用,以单片机为核心的篮球赛计时计分器也应用而生,如用单片机控制LCD液晶显示器计时计分器,用单片机控制LED七段数码管计时计分器等。
本设计由STC89C52单片机为核心，LCD1602液晶作为显示器的计时计分系统。
具有赛程定时设置，赛程时间暂停，计时和显示A/B队的分数，并能及时进行加分，减分，鸣笛警示功能。
2.1系统硬件设计
根据上述系统介绍，篮球计时计分器的系统设计共包括四大模块：
单片机控制模块、LCD显示模块、按键模块及电源及与蜂鸣器模块。
各模块作用如下：
1.单片机控制模块：
以STC89C52单片机为控制核心，来完成计时计分器的功能。
利用其部的定时/计数器完成24秒倒计时和记比分等。
单片机STC89C52部的定时器/计数器具有4种工作方式，定时/计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出时中断要求的功能。
2.LCD显示模块：
使用LCD1602液晶显示器作为显示电路，直观的将比分与时间呈现出来，便于观测。
3.按键模块：
利用矩阵键盘与单片机I/O口相连，实现篮球计时计分器的加分与减分。
4.电源与蜂鸣器模块：
为整个系统提供合适又稳定的电源，主要为单片机和蜂鸣器提供。
在24秒倒计快要结束时蜂鸣器发出警示鸣笛，提醒运动员抓紧时间，是一个非常人性化的设计。
综合以上篮球计时计分器系统设计有单片机控制模块、电源模块、按键模块及显示模块等组成，具体系统硬件结构框图如图2-1所示。
图2-1篮球赛计分器的硬件结构框图
2.2系统软件设计
软件部分要求实现的功能有：
开始时LCD显示屏除比赛时间都显示0；设置键可设定比赛时间；具有AB两队分别计分的功能；有鸣笛警示功能；设定比赛时间后，按下开始按键，计时器开始计时；当开始计时后，AB两队能进行加分等。
结合单片机基本原理与LCD显示原理、独立键盘接口连接、中断响应等理论知识可设计出程序流程图如下图2-2所示：
图2-2程序流程图
2.4本章小结
本章主要阐述了本设计的总体设计方案，通过模块化的设计来实现硬件部分的功能，软件部分的实现主要通过编写程序控制单片机的I/O口和相应按键操作来完成。
后续章节方案设计的详细容在系统总体设计方案确立下一步步展开。
3系统硬件设计
设计一个基于C52单片机的篮球赛计时计分器，初步确定本设计的总体框架结构和具体模块，再根据具体设计要求选定合适的设计方案以及选取合适的元器件进行系统硬件设计。
具体设计概念如下：
选择STC89C52型单片机，按键电路、显示电路、鸣笛警示电路等部分通过与不同的I/O口与单片机连接，设计一个简易的篮球赛计时计分器。
3.1STC89C52微处理器模块
3.1.1STC89C52微处理器的介绍
STC98C52单片机是STC公司生产的一种低功耗，高性能CMOS微处理器，是一种增强型8051单片机，STC89C52片集成512字节程序运行空间、8K字节Flash存储空间，支持最大64K外部存储扩展。
片资源有4组I/O控制端口、32位I/O口线，3个定时器、8个中断、软件设置低能耗模式、看门狗和断电保护。
可以在3.3V到5.5V宽电压围正常工作。
不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。
另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
同时，该单片机支持计算机并口下载，简单的数字芯片就可以制成下载线，仅仅几块钱的价格让该型号单片机畅销10年不衰。
根据不同场合的要求，这款单片机提供了多种封装，本次设计根据最小系统有时需要更换单片机的具体情况，使用双列直插DIP（DualIn-linePackage）的封装。
STC89C52引脚如下图3-1所示。
s
图3-1STC89C52引脚图
由其引脚图，我们按其功能类别将它们分成三类：
1.电源和时钟引脚。
如：
VCC、GND、XTAL1、XTAL2；
2.
编程控制引脚。
如:
RST、PSEN、ALE/PROG、EA/VPP；
3.I/O口引脚。
如：
P0、P1、P2、P3，4组8位I/O口。
VCC、GND—单片机电源引脚。
不同型号单片机接入对应电压电源，常压为+5V，低压为+3.3V。
XTAL1、XTAL2—外接时钟引脚。
XTAL1为片振荡电路的输入端，XTAL2为片振荡电路的输出端。
8051的时钟有两种方式，一种是片时钟振荡方式，需在这两个脚外接石英晶体和振荡电容，振荡电容的值一般取10p~30p；另一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。
PSEN—全程是程序储存器允许输出控制端。
在读外部程序储存器时PSEN低电平有效，以实现外部程序储存器单元的读操作。
ALE/PROG—当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
要注意的是：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。
EA/VPP—EA接高电平时，单片机读取部程序储存器。
当扩展有外部ROM时，当读取完部ROM后自动读取外部ROM。
EA接低电平时，单片机直接读取外部ROM。
I/O口引脚—P0口、P1口、P2口和P3口。
P0口—双向8位三态I/O口，每个口可独立控制。
51单片机P0口部没有上拉电阻，为高阻态，所以不能正常地输出高低电平，因此该组I/O口在使用时务必要外接上拉电阻。
P1口—准双向8位I/O口，每个口可独立控制，带上拉电阻，这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。
之所以称它为“准双向”是因为该口在作为输入使用前，要先向该口进行写1操作，然后单片机部才可正确读出外部信号，也就是要使其先有个“准”备的过程，所以才称为准双向口。
对52单片机P1.0引脚的第二功能为T2定时器/计数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能位T2EX捕捉、重装触发，即T2的外部控制端。
P2口—准双向8位I/O口，每个口可独立控制，带上拉电阻，与P1口相似。
P3口—准双向8位I/O口，每个口可独立控制，带上拉电阻。
作为第一功能使用时就当作普通I/O口，与P1口相似。
作为第二功能使用时，各引脚的定义如表3-1所示，值得强调的是，P3口的每一个引脚均可独立定义为第一功能的输入/输出或第二功能。
I/O口
备选功能/特殊功能
P3.0/RXD
串行输入口
P3.1/TXD
串行输出口
P3.2/
外部中断0
P3.3/
外部中断1
P3.4/T0
定时器/计时器0外部输入
P3.5/T1
定时器/计时器1外部输入
P3.6/
外部数据存储器写脉冲
P3.7/
外部数据存储器读脉冲
表3-1
3.1.2定时/计时器介绍
STC89C52片集成了3个16位定时/计数器，定时/计数器T0和T1是通用的定时/计数器，定时/计数器T2集定时、计数和捕获三种功能于一体，功能更强。
定时/计数器的实质是加1计数器（16位）。
由高8位和低8位两个寄存器组成。
TMOD是定时器/计时器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；TCON时控制寄存器，控制T0，T1的启动和停止及设置溢出标志。
加1计数器的输入的计数脉冲有两个来源一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；另一个是T0或T1引脚输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使TCON寄存器中TF0或TF1置1，向CPU发出中断请求。
如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。
单片机在使用定时器或计数器功能时，通常需要设置两个与定时器有关的寄存器：
定时器/计数器工作方式寄存器TMOD与定时器/计数器控制寄存器TCON。
定时/计数器T0和T1的操作模式和工作方式由TMOD来定义，其格式如表3-2所示：
表3-2工作方式寄存器TMOD
由表3-2可知，TMOD的高四位用于设置定时器1，低四位用于设置定时器0，对应4位的含义如下：
GATE—门控制位
GATE=0，定时/计数器启动与停止仅受TCON寄存器中TRX（X=0,1）来控制；
GATE=1，定时/计数器启动与停止由TCON寄存器中TRX（X=0,1）和外部中断引脚上的电平状态来共同控制；
C/T—定时器模式和计数器模式选择位
C/T=1，为计数器模式，C/T=0，为定时器模式；
M1M0—工作方式选择位
每个定时/计数器都有4种工作方式，它们由M1M0设定，对应关系如表3-3所示。
M1
M0
工作方式
0
0
方式0，为13位定时/计数器
0
1
方式1，为16位定时/计数器
1
0
方式2，8位初值自动重装的8位定时/计数器
1
1
方式3，仅适用于T0，分成两个8位计数器
表3-3定时器/计时器的四种工作方式
定时/计数器控制寄存器在特殊功能
升级会员 