篮球计分与控制器的设计与仿真.docx
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篮球计分与控制器的设计与仿真
株洲职业技术学院课程设计报告
设计名称：
篮球计分与控制器的设计与仿真
班级：
高电子0803班
姓名：
张帅
2010～2011学年第一学期
单片机课程设计
篮球计分与控制器的设计
摘要：
在此设计中共接入了1个四位一体7段共阴LED显示器，2个两位一体7段共阴LED显示器，前者用来记录赛程时间，其中2位用于显示分钟，2位用于显示秒钟，后者用于记录甲乙队的分数，每队2个LED显示器显示范围可达到0~99分。
赛程计时采用倒计时方式，比赛开始时启动计时，直至计时到零为止。
其次，为了配合计时器和计分器校正调整时间和比分，我们特定在本设计中设立了7个按键，用于设置，调整时间，启动，调整分数和暂停等功能。
采用单片机控制是这个系统按键操作使用简洁，LED显示，安装方便。
根据七段数码管的基本原理，利用7段共阴LED作为显示器件！
关键字：
单片机数码管
前言：
本设计是基于Atmega16单片机的篮球计时计分器，利用7段共阴LED作为显示器件。
在此设计中共接入了1个四位一体7段共阴LED显示器，2个两位一体7段共阴LED显示器，前者用来记录赛程时间，其中2位用于显示分钟，2位用于显示秒钟，后者用于记录甲乙队的分数，每队2个LED显示器显示范围可达到0~99分。
赛程计时采用倒计时方式，比赛开始时启动计时，直至计时到零为止。
其次，为了配合计时器和计分器校正调整时间和比分，我们特定在本设计中设立了7个按键，用于设置，调整时间，启动，调整分数和暂停等功能。
采用单片机控制是这个系统按键操作使用简洁，LED显示，安装方便。
1.1计任务和要求：
任务：
设计一个用于NBA赛场的篮球计时计分器。
要求：
1、能记录整个赛程的比赛时间，并能随时实现暂停。
2、能随时刷新甲、乙两队在整个过程中的比分。
3、中场交换比赛场地时，能自动交换甲、乙两队比分的位置。
4、比赛中场和结束时，能发出报警声。
5、通过指示灯指示上下半场。
6、当比赛时间需要回倒时，能通过按键实现回表。
7、加分有误时可通过按键实现减分调整。
2.系统总体方案及硬件设计
2.1系统总体方案设计
篮球计时计分器主要包括单片机控制系统、计时显示模块、计分显示模块、定时报警，按键控制键盘模块。
通过这几个模块的协调工作就可以完成相应的计
时计分控制和显示功能。
这四个模块的相互连接如下图（图1）所示：
本设计是基于Atmega16单片机的篮球计时计分器，利用7段共阴LED作为显示器件。
此设计在中共接入了1个四位一体7段共阴LED显示器，2个两位一体7段共阴LED显示器，前者用来记录赛程时间，其中2位用于显示分钟，2位用于显示秒钟，后者用于记录甲乙队的分数，每队2个LED显示器显示范围可达到0~99分。
赛程计时采用倒计时方式，比赛开始时启动计时，直至计时到零为止。
2.2硬件电路设计
单片机Atmega16简介
ATmega16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。
由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾
ATmega16（如图2）具有如下特点：
40个引脚，8kBytesFlash片内程序存储器，256bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器.
图2ATmega16单片机引脚图
此模块电路包括时钟电路模块，复位电路模块及报警显示模块。
2.3时钟电路模块
时钟电路在单片机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。
在一个单片机应用系统中，时钟是保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢。
为达到振荡周期是12MHZ的要求，这里要采用12MHZ的晶振，另外有两个22P的电容，两晶振引脚分别连到XTAL1和XTAL2振荡脉冲输入引脚。
具体连接图如
图3所示：
图3晶振电路
2.4复位电路模块
复位是单片微机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片微机从0000H单元开始执行程序。
除进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，可以按复位键以重新启动，也可以通过监视定时器来强迫复位。
RST引脚是复位信号的输入端。
复位电路在这里采用的是上电+按钮复位电路形式，具体连接电路如图4
图4复位电路
2.5、2.6显示模块
本设计采用共阴极数码显示器，通常，共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端。
当某段驱动电路的输出端为高电平时，该端所连接的字符导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。
同样，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。
本次设计在显示模块用到的是一个4位一体和2个两位一体共阴极数码管，共有8个代码输入口和8个位选输入口，采用排阻提供上拉电流数码管，以保证有足够大的电流点亮数码管，采用动态驱动，使各位数码管逐个轮流受控显示，这就是动态驱动，由于扫描速度极快，显示效果与静态驱动相同，其具体图形如下图5图6所示
图5
图6
2.7报警模块
蜂鸣器通过一NPN三极管进行驱动，如图触发信号有基极引入。
（图7）
图7
2.8总硬件电路设计
图8
3软件设计
在设计程序之前，我们首先要对单片机应用系统预完成的任务进行深入的分析，明确系统的设计任务、功能要求和技术指标。
其次，要对系统的硬件资源和工作环境进行分析。
这是单片机应用系统程序设计的基础和条件。
3.1软件总体设计方案
本次单片机课程设计软件设计部分采用模块化程序设计，程序部分由主程序、T0中断程序、扫描显示子程序、计时加（减）1秒的子程序、暂停子程序、快表和回表子程序、延时子程序等组成.其程序流程图如图9图10。
图9主程序流程图
图10扫描刷新显示子程序流程图
3.2软件设计
程序部分由主程序、T0中断程序、扫描显示子程序、计时加（减）1秒的子程序、暂停子程序、快表和回表子程序、延时子程序等组成。
3.3延时模块设计
voiddelay（intt）调用该子程序能实现延时功能
{通过参数t，可以调成延时时间
while（t--）
{
unsignedinti;设置变量i的变化范围，能调整延时的单位时间
for（i=0;i<200;i++）;长度，i越小，延时的单位时间越短，精度越高
}
}
3.4数码管动态刷新显示程序
voiddisplay（inti,intj,intx,inty）变量i，j，x，y分别为分，秒，A分数，B分数
{
if（jie==1&&bujin!
=2）当中间变量jie==1时，为上半场，此时对P1赋值
P1=0xbf;使P1=0xbf,即P1=10111111B,上半场指示灯对应点亮
P2=0xfe;数码管动态刷新显示程序P2=11111110,i为分钟
P0=seg[i%100/10];P2=0xfe，所以刷新显示时间的分钟十位，调用延时程序，
delay
（1）;延时数码管的点亮
P2=0xff;
P0=0;
P2=0xfd;同理，动态刷新时分钟个位并延时点亮
P0=seg[i%10];
delay
（1）;
P2=0xff;
P0=0;
P2=0xfb;同理，动态刷新时秒钟十位并延时点亮
P0=seg[j%100/10];
delay
（1）;
P0=0;
P2=0xff;
P2=0xf7;同理，动态刷新时秒钟个位并延时点亮
P0=seg[j%10];
delay
（1）;
P0=0;
P2=0xff;
P2=0xef;同理，动态刷新A分数十位并延时点亮
P0=seg[x%100/10];
delay
（1）;
P2=0xff;
P0=0;
P2=0xdf;同理，动态刷新A分数个位并延时点亮
P0=seg[x%10];
delay
（1）;
P2=0xff;
P0=0;
P2=0xbf;同理，动态刷新B分数十位并延时点亮
P0=seg[y%100/10];
delay
（1）;
P0=0;
P2=0xff;
P2=0x7f;同理，动态刷新B分数十位并延时点亮
P0=seg[y%10];
delay
（1）;
P0=0;
P2=0xff;
}
本设计中各个数码管采用动态驱动，使各位数码管逐个轮流受控显示，由于扫描速度极快（本实验中大约每20毫秒刷新一次），所以显示效果与静态驱动相同。
3.5中断程序
voidt0（void）interrupt1本设计调用定时器T0，计时单位为一秒
{
TH0=0xb1;对定时器T0送入计数初值，由于TH0=0xb;
TL0=0x10;TL0=0x10故定时器定时为20毫秒，即每
if（n==0）20毫秒调用一次voidt0（void）interrupt1
{
n=60;
m--;
}
i++;
if（i==50）
{令i值为5050*20毫秒=1秒，来实现计时
n--;单位为一秒
i=0;
}
display（m,n-1,x,y）;调用动态刷新显示程序，即每20毫秒刷新一
}次数码管
3.2.4加分子程序
voidkeyjiafen1（）
{当检测到RXD按键按下时，调用延时子程序if（RXD==0）实现消除按键抖动功能，即，当
delay
（1）;，
{检测到按键按下时候，延时，按键仍按下，说明
if（RXD==0）按键确实按下，非抖动，A对应加分
{
while（RXD==0）;
x++;
}
}
if（TXD==0）检测TXD加分按键时候按下，B加分
{
delay
（1）;
if（TXD==0）
{
while（TXD==0）;
y++;
}
}
}
3.6减分子程序
voidkeyjianfen1（）减分按键检测子程序，其基本算法及功能与加分
{相同
if（WR==0）
{
delay
（1）;
if（WR==0）
{
while（WR==0）;
x--;
}
}
if（RD==0）
{
delay
（1）;
if（RD==0）
{
while（RD==0）;
y--;
}
}
}
3.7调整时间子程序
调整时间子程序,使时间快速倒退或快进，实现回表功能，同时回表之后能自动暂停
voidkey2（）
{
if（INT0==0）
{
delay（10）;
if（INT0==0）回表子程序，检测到INT0按下时，使时间回倒
{
chuzanting==0;chuzanting==0;zanting=1;为附加变量，当回表按键
zanting=1;松开时,表暂停，这两个变量用来调用暂停
n++;
if（n==60）
{
m++;
n=1;
}
}
}
if（INT1==0）快表子程序，检测到INT1按下时，使倒计加快，
{通常情况下与回表子程序配合使用，即当回表
回过的时候，按此键调整时间
delay（10）;chuzanting==0;zanting=1;作用同上
if（INT1==0）
{
chuzanting==0;
zanting=1;
n--;
}
}
}
voidshijian（）该程序使回表和快表按键松开时候能自动暂停
{
if（zanting==1&&INT0==1&&INT1==1&&chuzanting==0）
{
EA=0;zanting==1&&INT0==1&&INT1==1&&chuzanting==0作用为
zanting=0;当按键松开的时候，调用暂停程序条件
huzanting=0;zanting=0;chuzanting=0,初始化，以便下次回表和快表while
（1）按键松开时候仍能调用暂停程序
{
display（m,n,x,y）;
if（P1_0==0）当检测暂停键按下，开中断，跳出暂停
{
delay
（1）;
if（P1_0==0）
{
while（P1_0==0）;
EA=1;
break;
}
}
}
}
}
3.8半场交换比分子程序
voidkey3（）
{
inttemp;定义中间变量temp，检测到有按键按下时候
if（zidong==1&&jie==1）通过temp交换甲队，乙队两队比赛分数
{
temp=x;zidong==1&&jie==1是判断半场的条件
y=temp;
display（m,n,x,y）;刷新数码管
zidong=0;
bujin=0;
}
}
3.9比赛暂停子程序
voidkey4（）
{
if（P1_0==0）检测到暂停按键按下时候，令EA=0关闭中断
{
delay
（1）;同通过死循环程序while
（1），不断刷新数码管
if（P1_0==0）当暂停键再次按下时候，开中断，以使比赛时间
{继续倒计时，由于在暂停的时候，程序处于死循
while（P1_0==0）;
EA=0;无法回到主程序，暂停时，除了暂停键
while
（1）其他按键按下均无效
{
display（m,n,x,y）;
if（P1_0==0）
{当暂停键再次按下时候，EA=1开中断，计时数码管
delay
（1）;继续倒计时，同时通过break语句，跳出死循环
if（P1_0==0）
{
while（P1_0==0）;
EA=1;
break;
}
}
}
}
}
}
3.10中场指示灯程序
voidover（）
{
if（（m==0）&&（n==0））当m，n均为0的时候，通过变量jie的值判断比赛
{是否结束
if（jie>1）如果jie>1,说明半场到了，比赛没有结束，
{令m=2,n=0,关中断，再次按下暂停键时候继续倒计时
m=2;同是T1=1；delay（400）；delay（400）；，是蜂鸣器
n=0;发声报警
EA=0;
T1=1;
delay（400）;
T1=0;
while
（1）
{
display（m,n,x,y）;刷新数码管，等待暂停减再次按下，跳出暂停
if（P1_0==0）
{
delay
（1）;
if（P1_0==0）
{
while（P1_0==0）;
EA=1;
break;
}
}
}
jie--;
}
if（jie==1&&bujin==2）如果jie==1&&bujin==2,说明比赛结束了，{关闭中断，比赛秒表不再走动，同时不短刷新数码管，EA=0;
m=0;
n=0;
T1=1;全场比赛结束蜂鸣器开始报警
delay（400）;
T1=0;
P1=0x3f;P1=0x3f上下半场指示灯同时点亮，比赛结束while
（1）
display（m,n,x,y）;同时应当不断刷新数码管
}
}
}
3.11主程序
voidmain（）
{TMOD=0x01;首先设置定时器工作方式
EA=1;
ET0=1;
TH0=0xb1;定时器送计数初值，EA=1，开中断，P3口电平拉高
TL0=0x10;P1=0x7f，上半场指示灯点亮
TR0=1;TR0=1启动定时器
P3=0xff;
P1=0x7f;
T1=0;
while
（1）主程序通过while
（1），反复调用循环体内的子程序
{来执行相应的功能
keyjiafen1（）;
keyjianfen1（）;
key2（）;
if（zidong==1）zidong==1为key3（）执行条件
key3（）;key3（）半场交换场地时自动交换双方
if（n==18&&bujin==0）比赛分数子程序,所以仅当中场时调用
{
bujin=2;修改变量bujin的值，目的是设定over（）
}中第二个if语句的执行条件
shijian（）;
key4（）;
over（）;
}
}
参考文献：
单片机原理及应用技术：
中国矿业大学出社
XX
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