毕业设计篮球赛计时计分器设计.docx
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毕业设计篮球赛计时计分器设计
篮球赛计时计分器
摘要
单片机自20世纪70年代问世以来，以极为高的性价比受到人们的重视和关注，因此应用很广，进展专门快。
由于单片机的集成度高，功能强，通用性好，专门是它具有体积小、重量轻、能耗低、价钱廉价、靠得住性高、抗干扰能力强和利用方便等独特的优势，使单片机迅速取得了推行应用。
目前已经成为测量操纵应用系统中的优选机种和新电子产品的关键部位，许多用单片机做操纵的球赛计时计分系统也应运而生，如：
用单片机操纵液晶显示（LCD）计时计分器，用单片机操纵LED七段显示器计时计分器等。
篮球计时计分器以单片机为核心，由计时器、计分器、综合操纵器等组成。
系统采纳模块化设计，主体分为计时显示模块、计分显示模块、按时报警、按键操纵键盘模块。
每一个模块的程序结构简单、任务明确，易于编写、调试和修改。
程序可读性好，对程序的修改可局部进行，其他部份可维持不变。
编程后利用KeilC51软件来进行编译，再将生成的HEX文件装入芯片中，采纳Proteus软件仿真，查验功能是不是能够正常实现，随后可用Protel99画出硬件电路图。
本设计中系统硬件电路要紧由以下几个部份组成：
单片机AT89C51、计时电路、计分电路、报警电路和按键开关。
本次设计用由AT89C51编程操纵LED七段数码管作显示的球赛计时计分系统。
该系统具有赛程按时设置、赛程时刻暂停、及时刷新甲乙两边的成绩和赛后成绩暂存等功能。
它具有价钱低廉、性能稳固、操作方便而且易于携带等特点，普遍适合各类学校或小型集体作为赛程计时计分。
关键词：
单片机，计时，计分，显示器，接口
TIMEBASKETBALLSCORINGDEVICE
ABSTRACT
Sincetheinceptionthe20thcentury70years,single-chipmicrocomputer（SCM）causespeople’sattentionandconcernbecauseofextremelycost-effective,soitsapplicationisverybroadandrapiddeveloping.SCMhasmanyadvantages,suchassmallsize,lightweight,anti-interferenceability,lessdemandingontheenvironment,lowcost,highreliability,goodflexibility,developingmoreeasilyandsoon.Now,ithasbecomethepreferredmodelinmeasurementcontrolsystemandakeycomponentofnewelectronicproducts.ManytimescoringmatchesusingSCMhasalsocomeintobeing,suchasthetimerwithliquidcrystaldisplay（LCD）,thetimerwithLEDseven-segmentdisplay,etc.TimebasketballscoringdeviceasthecoreofSCMincludesthetimer,scoringdevices,integratedcontrollerandothercomponents.
Thissystemisusedofthemodulardesign,inwhichthemaindisplaymoduleisdividedintotimedisplaymodule,scoringdisplaymodule,timingalarmmodule,andkeycontrolkeyboardmodule.Programstructureofeachmoduleissimpleandclear.Soitiseasytowrite,debugandmodify.Becausetheprogramisreadable,partofprogramcanbemodifiedandotherpartsmayremainunchanged.Afterprogramming,firstlywecanuseKeilC51softwaretocompileandthengeneratetheHEXfileintothechip.SecondlyweusetheProteussoftwaresimulationtotestwhetherthenormalfunctiontoachieve.FinallywedrawthehardwarecircuitdiagramwithProtel99.Thedesignofhardwarecircuitmainlyconsistsofthefivecomponents,includingAT89C51,timingcircuit,scoringcircuit,alarmcircuitandkeyswitchcircuit.
ThedesignusesAT89C51toprogramandtocontrolLEDdigitaltubeforseven-segmentdisplayofmatchtimescoring.Thesystemhasmanyfeatures,suchassettingthescheduletime,schedulingtimetopause,refreshingresultofbothpartiestimely,storingtemporarilyresultsafterthematchandsoon.Becausethissystemhaslowprice,stableperformance,andeasytooperateandcarry,itiswidelysuitableforalltypesofschoolsandsmallgroupsasthecalendartimepoints.
KEYWORDS：
Microcontroller,Timing,Scoring,Display,Interface
目 录
前 言
随着单片机在各个领域的普遍应用，许多用单片机做操纵的球赛计时计分系统也应运而生，如用单片机操纵LCD液晶显示器[1]计时计分器，用单片机操纵LED七段显示器计时计分器等。
依照这次课题要求，那个地址介绍一种篮球赛计时计分器的设计方式，即单片机带外围扩展来驱动数码管工作的电路。
采纳这种方式可提升学生对单片机接口电路的综合运用能力。
电路采纳单片机作为核心元件，利用10个7段共阴极LED数码管[2]作为显示器件。
6个用于记录甲、乙两队的分数，每队3个，显示分数范围可达0～999分，足够赛程计分的需要。
4个用于记录赛程时刻，2个用于显示分钟，2个用于显示秒钟。
竞赛前，将时刻设置好，竞赛开始时启动计时，直至倒计时到零为止。
计时范围达到0～99分钟，能知足实际赛程计时的需要。
为了配合计时器调整时刻和计分器校正比分，设计了7个按键，4个用于输入甲、乙两队的分数，另3个用于启动和暂停赛程时刻。
另外，还设计了按时报警系统，即竞赛时刻到时，扬声器发出报警声提示赛程终止。
该系统具有赛程按时设置，赛程时刻暂停，及时刷新甲、乙两边的成绩和赛后成绩暂存等功能。
设计分为软件设计和硬件设计两部份。
主控芯片采纳AT89C51，利用汇编语言编写软件程序，主体分为计时显示模块、计分显示模块、按时报警、按键操纵模块。
编程后利用KeilC51[3]软件来进行编译，再将生成的HEX文件装入芯片中，采纳Proteus软件来仿真，查验功能是不是能够正常实现，随后可用Protel99画出硬件电路图。
通过本次基于单片机的篮球赛计时计分器的设计，能够了解、熟悉有关单片机开发设计实例的进程，并加深对单片机的明白得和应用和把握单片机与外围接口的一些方式和技术。
第1章系统方案说明
§1.1方案选择
§1.1.1篮球赛计时计分器设计的现状
体育竞赛计时计分系统是对体育竞赛进程中所产生的时刻，比分等数据信息进行快速搜集记录、加工处置、传递和利用的系统。
依照运动项目的不同，竞赛规那么要求也不同，体育竞赛的计时计分系统包括测量类、评分类、命中类、制胜类和得分类等多种类型。
篮球竞赛是依照运动队员在规定的竞赛时刻里得分多少来决定输赢的，因此，篮球竞赛的计时计分系统是一种得分类型的系统。
篮球竞赛的计时计分系统由计时器、计分器等多种电子设备组成的，同时，依照目前高水平篮球竞赛要求，完善的篮球竞赛计时计分系统设备应能与现场成绩处置、现场大屏幕、电视转播车等多种设备相联，以便实现猛烈的竞赛现场感和演出娱乐等功能目标。
此刻，依照设计要求，介绍一下设计方案。
§1.1.2系统整体设计方案
依照课题要求，介绍以下两种设计方式。
一种是单片机带外围扩展，驱动数码管工作的电路，可提升学生对单片机接口电路的综合运用能力；另一种是单片机直接驱动数码管工作的电路，该电路本钱相对较低。
两种电路都以单片机作为核心元件，利用10个7段共阴极LED数码管作为显示器件。
6个用于记录甲、乙两队的分数，每队3个，显示分数范围可达0～999分，足够赛程计分的需要。
4个用于记录赛程时刻，2个用于显示分钟，2个用于显示秒钟。
竞赛前，将时刻设置好，竞赛开始时启动计时，直至倒计时到零为止。
计时范围达到0～99分钟，能知足实际赛程计时的需要。
为了配合计时器调整时刻和计分器校正比分，设计了7个按键，4个用于输入甲、乙两队的分数，另3个用于启动和暂停赛程时刻。
另外，还设计了按时报警系统，即竞赛时刻到时，扬声器发出报警声提示赛程终止。
二者的不同的地方在于计时电路。
前一种计时电路要紧由按键开关、单片机AT89C51[4]、译码器及LED显示器组成。
当调时开关（十位）按下时产生一个低电平，对应调分（十位）操纵端P2.0的LE输出高电平，表示能够向CD45ll的调分位（十位）发送数据，将要显示数据的代码经P1.0送到CD4511的A另—端，送完后将LE清零。
调时按键开关每按一次，数字自动加1。
直到调到需要设置的时刻即可。
调时（个位）的操作方式与之相同。
时刻设置完后,启动按时器。
若是竞赛中暂停，按一下暂停键即可暂停计时。
后一种计时电路要紧由按键开关、单片机AT89C51及LED显示器组成，采纳双电源供电。
单片机采纳+5V，数码管采纳+15V采纳单片机直接驱动数码管显示。
当按下秒钟加1按键时，秒计时显示加1；当按下秒钟减1按键时,秒计时显示减1；当按下分钟加1按键时，分钟显示加1，当按下分钟减1按键时，分钟显示减1。
时刻设置完后，启动按时器开始倒计时。
若是竞赛中裁判叫暂停，那么只要按一下暂停键，即可暂停计时。
依照这次设计的实验条件及设计目的，我采纳前一种方案，即单片机带外围扩展驱动数码管工作的电路系统。
球赛计时计分器系统图如1-1图所示。
图1-1系统组成图
§1.2系统大体功能介绍
本设计要实现的大体功能有：
赛程时刻设置，赛程时刻启／停设置，比分互换操纵，比分刷新操纵，计时计分显示，赛程终止报警。
以下对个功能进行介绍。
1、赛程时刻设置
在计时电路中，按键开关K五、K6用来设置赛程时刻。
比如：
竞赛时刻上半场时刻20分钟，那么通过按键K5键，使数码管1显示“2”即可；再按K6键，设置竞赛时刻的个位数，使数码管2显示“0”即可。
一样竞赛时刻为40分钟，因此只需要按K5键使数码管1显示“4”，按K6使数码管2显示“0”即可。
时刻设置好后，等待竞赛开始。
当竞赛终止时，若是由于一些特殊缘故需要增加竞赛时刻，这时增加竞赛时刻一样由按键K五、K6来设置，而且设置方式与上面所述一眼，但一样情形下只需要按K6键来设置即可，因为加时竞赛一样只有几分钟罢了。
2、赛程时刻启动／暂停设置
那时刻设置完成后，比如设置赛程时刻为45分钟，那么在LED显示器上显示为4500，45表示分钟，00表示秒钟。
这时，若是裁判吹响开始的哨声时，那么应当即按下按键K7，表示赛程开始，计时显示那么由4500变成4459，4458……一直计时直到计为0000时表示赛程终止。
按键K7为赛程启动和暂停操纵。
3、比分互换操纵
比分互换操纵由计时电路图2-5中所示的K7键完成。
咱们明白，因为比分互换是在上半场赛程终止后进行的，也确实是说比分互换要受赛程时刻操纵，只有当上半场计时器指示为0000时，按K7键，那么会自动互换甲、乙两队的比分。
若是上半场赛程时刻没有到0000时，那么现在按下K7键，只会暂停竞赛，不能互换分数。
若是要继续竞赛，再按一次K7即可。
因此，K7键完成三重功能，即：
启动，暂停，比分互换。
4、比分刷新操纵
由于在竞赛中，甲、乙两队的比分是不断在转变的，因此需要设置比分刷新操纵装置；此部份功能由计分电路图2-9中的所示的按键开关K1~~K4来完成的：
K1键：
完成甲队加1分操作
K2键：
完成甲队减1分操作
K3键：
完成乙队加1分操作
K4键：
完成乙队减1分操作
5、计时计分显示
计时计分显示器是采纳七段共阴极LED显示器来显示的。
其中计分是用6个LED显示器。
计时采纳4个LED显示器；显示格式为000000和0000。
6、赛程终止报警
当竞赛终止时，系统会自动发出10秒钟报警声，提示赛程终止。
第2章系统硬件电路设计
§2.1篮球赛计时计分电路原理图
用Protel99SE设计的电路原理图见附录3，PCB版图见附录1。
§2.2篮球赛计时计分器电路工作进程
整个篮球计时计分器的工作进程如下：
第一在竞赛之前，接通电源，系统自动复位，现在计时电路与计分电路中的共阴极数码管别离显示为0000和000000；然后咱们依照计时电路图2-5中的K5键来设置竞赛时刻的十位数，再按下K6键，设置竞赛时刻的个位数字，使数码管2显示“0”即可。
一样竞赛时刻为40分钟，所示只需要按下K5键显示“4”，按下K6键显示“0”即可。
时刻设置好时，等待赛程开始，当裁判吹响哨声时，启动计时，这时计时电路便开始工作，计时采纳倒计时方式，即从20分钟减为0分钟表示上半场终止。
上半场终止时，蜂鸣器会发出10秒钟响声，通知上半场终止，这时按下K7键，便完成了甲、乙两队的分数互换。
在整个赛程中，咱们还要对两队比分进行及时刷新，这时咱们通过计分电路图2-9中的K1~K4键完成此功能，K1和K2键完成甲队加分、减分，K3和K4键完成乙队加分、减分。
按键每按一下，表示加上或减去1分。
由于加分、减分咱们采纳中断完成，且加、减分的中断优先权小于计时电路中的中断优先权，因此可不能对计时电路造成阻碍。
若是在赛程进程中，一方的教练申请暂停时，经裁判批准，咱们当即按下K7键，即能够暂停计时，暂停时刻到时，再按下K7键继续计时，直至上半场赛程终止，蜂鸣器会发出10秒的响声。
下半场的流程和上半场大体上是一样的。
§2.3系统硬件电路组成
§2.3.1计时电路
1．显示器及其接口
显示器是最经常使用的输出设备，其种类繁多，但在单片机系统设计中最经常使用的是发光二极管显示器（LED）和液晶显示器（LCD）两种。
由于这两种显示器结构简单，价钱廉价，接口容易实现，因此取得普遍的应用。
下面介绍发光二极管显示器（LED）的结构、工作原理及其接口电路。
（1）LED结构与原理
图2-1为典型的数码管。
图2-17段LED数码管
图2-2共阴极与共阳极LED显示器
如图2-1，LED显示器又称为数码管，LED显示器由8个发光二极管组成。
中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各类数字及部份英文字母。
LED显示器有两种不同的形式：
一种是8个发光二极管的阳极都连在一路的，称之为共阳极LED显示器；另一种是8个发光二极管的阴极都连在一路的，称之为共阴极LED显示器。
如图2-2所示。
本设计采纳的是共阴极数码管显示。
表2-1列出了共阳极与共阴极LED显示器显示数字、字母与显示代码之间的对应关系。
表2-1代码对应表
显示字符
共阴极段码
共阳极段码
显示字符
共阴极段码
共阳极段码
0
3FH
C0
8
7FH
80H
1
06H
F9
9
6FH
90H
2
5BH
A4
A
77H
88H
3
4FH
B0
B
7CH
83H
4
66H
99H
C
39H
C6
5
6DH
92H
D
5EH
A1H
6
7DH
82H
E
79H
86H
7
07H
F8
F
71H
8EH
（2）LED显示器显示方式
点亮LED显示器有两种方式：
一是静态显示；二是动态显示。
在本次设计中，采纳的是静态显示。
所谓静态显示，确实是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口[5]用于笔画段字形代码。
如此单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，利用这种方式单片机中CPU的开销小。
这种电路的优势在于：
在同一时刻能够显示不同的字符；但缺点确实是占用端口资源较多。
从图2-3能够看出，每位LED显示器需要单独占用8根端口线，因此，在数据较多的时候，往往不采纳这种设计，而是采纳动态显示方式。
本设计采纳的即是此种显示方式。
位选码，位选码。
图2-3静态显示图
图2-4动态显示图
由于所有的段选码连在一路，因此同一刹时只能显示同一种字符。
但如果是要显示不同字符，那么要由位选码来操纵。
（若是LED为共阴极那么P2.0~~P2.3输出为高电平，若是LED为共阳极那么P2.0~~P2.3输出为低电平。
）
例如，此刻要显示“5678”四个数字，那么第一应该将“5”，LED为共阳那么P2.0~~P2.3输出0111）时，那么能够看到在数码管1上显示的数字为“5”。
再将显示的数字“5”延时5~10ms，以造成视觉暂留成效；同时期码由P1.0送出。
用一样的方式将其余3个数字“678”送数码管2，3，4显示，于是最后那么能够在4位LED显示器上看到“5678”四个数字。
为了使显示成效加倍稳固，能够使每一个数码管所显示的数字不断的重复，但其中重复频率达到了必然的程度的时候，加上人眼睛本身的视觉暂留成效的作用，即能够看到相当稳固的“5678”四个数字。
如表2-2，即为模拟以上的进程表（以共阴LED设置显示代码，共阳型与此相反）。
表2-2模拟进程表
2．报警器
（1）报警器的分类
蜂鸣器有两类3大品种。
一类是压电式，一类是电磁式，电磁式又有两大品种，铁振膜式和动圈式，二者原理一样只是结构不同。
所有蜂鸣器都有两种类型：
纯蜂鸣器和带驱动的蜂鸣器，蜂鸣器都是用音频信号驱动的，都是交流驱动。
（2）报警器的工作原理
报警器的种类很多，比如：
扬声器，蜂鸣器等，本次设计采纳的是电磁式蜂鸣器作为报警器。
电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、震动膜片和外壳等组成。
接通电源后，振荡器产生的音频信号通过电磁线圈，使得电磁线圈产生了一个磁场。
振动膜片在电磁线圈和磁铁的彼此作用下，周期性的振动发声。
3．计时电路的工作原理图
如图2-5所示。
图2-5计时电路原理图
4．计时电路的工作原理
计时电路要紧由开关K5~~K7，单片机AT89C51，译码器和LED显示器组成。
其工作进程如下：
当竞赛预备开始的时候，当调时（十位）开关K5按下时，产生一个低电平；当即数00H掏出，同时对应调分（十位）操纵端P2.0的LE输出高电平，表示现在能够向调分（十位）的CD4511发送数据，但CD4511的输出端将可不能有输出，因为LE=1时，CD4511锁存。
这时，只要将要显示数据的代码通过P1口的P1.0送到CD4511的输入端A~~D端，送完后，将LE清零。
这时即能够将要显示数据的代码通过CD4511译码后，从输出端a~g输出，送LED显示器显示即可。
调时按键开关每按一次，数字自动加1，直到调到需要设置的时刻即可。
调时（个位）的操作方式与上面一样。
时刻设置完成后，启动按时器T0开始按时计数。
计时采纳倒计时，比如：
设置的时刻为45分钟，那么在LED上显示“4500”四位数。
按时T0计数60秒后中断返回，继续按时计数下一个60秒；同时那么在4位LED显示器上显示“4459”四位数，表示时刻已过去1秒钟，即为44分59秒。
如此一直持续下去，直到变成“0000”时表示赛程终止。
若是竞赛中，裁判叫暂停，那么只要按一下K7键，即可暂停计时。
5．振荡电路
本次设计要利用到AT89C51单片机的时钟振荡功能。
AT89C51中有一个用于组成内部震荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2别离是该放大器的输入和输出端。
那个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体[6]或陶瓷谐振器一同组成自激振荡器。
振荡电路如图2-6所示。
如图2-6，外接石英晶体或陶瓷谐振器和电容C1，C2接在放大器的反馈电路中组成并联谐振电路。
谐振器本身对外接电容C一、C2尽管没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微阻碍振荡频率的高低、振荡器工作的稳固性、起振的难易程度和温度的稳固性，若是利用石英晶体，推荐利用30pF，而建议假设利用陶瓷谐振器选择40pF。
咱们也能够利用外部时钟[7]，采纳外部时钟电路如图2-7所示。
在外接时钟的情形下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟脉冲的输入端，XTAL2那么悬空。
由于外部时钟信号是通过一个两分频触发器后作为内部时钟信号的，因此对外部时钟信号的占空比[8]没有特殊要求，但最小的高电平持续时刻和最大的低电平持续时刻应符合技术条件和本次设计所采纳硬件的要求。
图2-6时钟振荡电路
图2-7外部时钟电路
本次设计利用的是石英晶体谐振器，因此采纳30pF的电容，频率大小采纳12MHZ与6MHZ都可，那个地址采纳的是12MHZ晶振。
§2.3.2计分电路
8051系列单片机除有4个8位并行口外，还有一个能同时进行串行发送和接收的全双工串行通信口。
它能同时发送和接收数据，还能作为同步移位寄放器利用。
球赛计分电路正是利用了8051单片机串行口可之外接串行输入并行输出移位寄放作用为输出口来实现球赛比分刷新显示的。
1．串行接口工作原理
MCS-51[9]系列单片机片内有一个串行I／O端口，通过引脚RXD（P3．0）和TXD（P3．1）可与外设电路进行全双工的串行异步通信。
8051的串行端口有4种大体工作方式，通过编程设置，能够使其工作在任一种方式。
其中，方式0要紧用于外接移位寄放器，以扩展单片机的I／O电路；方式1多用于双机之间或与外设电路的通信；方式2，3除有方式l的功能外，还可用作多机通信，以组成散布式多微机系统[10]。
串行端口有两个操纵寄放器（SCON[11]和PCON[12]），用来设置工作方式、发送或接收的状态、特点位、数据传送的波特率（每秒传送的位数）和作为中断标志等。
串行端口有一个数据寄放器SBUF[1
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