篮球计时计分系统.docx
《篮球计时计分系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《篮球计时计分系统.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
篮球计时计分系统
篮球计时计分系统
学生姓名：
学生学号：
院（系）：
电信学院
年级专业：
指导教师：
助理指导教师：
二〇一五年五月
摘要
当今世界，喜欢篮球运动的人越来越多，篮球运动不仅能增强人们体质，还能增加人与人之间的友谊。
篮球运动也是本着公平、公开、公正的原则而开展的，这是对每个运动员的尊重，也能提高人们参与比赛的积极性。
篮球比赛通过比赛时间和分数来决定胜负，所以在篮球比赛中对时间和分数的准确记录与合理计算十分重要，因此，篮球计时计分系统的研究对于提高篮球比赛的质量至关重要。
此次设计是通过51单片机系统对篮球比赛的时间和分数进行记录和处理，利用数码管进行分数的显示和更新，通过设定一系列的按键对单片机传递控制信息，同时还加入蜂鸣器作为比赛开始结束的提醒工具。
这套装备主要兼顾到成本与性能两大方面，单片机价格低廉、普及广、操作简单同时也具备着较高的稳定性和准确性，外围器件也都经过多次考虑计划后选取的。
整个系统主要具备着生产成本低、材料广泛、操作简单、功能强大、稳定性好的特点，具有很大研究意义。
关键词计时计分系统，51单片机，性能，设计
ABSTRACT
Intoday'sworld,moreandmorepeopleliketoplaybasketball.Basketballcannotonlyenhancethepeople’sphysique,butalsoincreasethefriendshipbetweenpeople.Basketballisalsocarriedoutinlinewiththeprincipleoffairness,opennessandjustice.Thisisforeachathlete’srespect,atthesametimeimprovetheenthusiasmofpeopletoparticipateinthecompetitI/On.Thebasketballgamebygametimeandscorestodeterminetheoutcome,sointhebasketballmatchontimeandaccuratelyrecordthescoresandreasonablecalculatI/Onisveryimportant.Therefore,studyonbasketballtimingandscoringsystemisveryimportanttoimprovethequalityofthegameofbasketball.
Thisdesignisrecordedandprocessedthebasketballgametimeandscoresby51singlechipmicrocomputersystem,byusingdigitaltubetodisplayconcentratI/Onandupdatethescores.bysettingaseriesofkeycontrolinformatI/Ontranfertosinglechipmicrocomputer,atthesametimeasthestartandendofamatchwithabuzzerremindertool.Thissetofequipmentismainlytotakeintoaccountthecostandperformanceaspects.Singlechipischeap,popularzatI/On,simpleoperatI/On,butalsohasahighaccuracyandstability.Peripheraldevicesarealsoselectedafterseveralconsidered.ThewholesystemhasalowproductI/Oncost,widerangeofmaterials,simpleoperatI/On,strongfunctI/Onandgoodstability.Thisdesignhasgreatsignificance.
KeywordsTimingscoringsystem,51singlechip,performance,design
目录
摘要I
ABSTRACTII
1绪论3
1.1课题研究背景及意义3
1.2篮球计时计分系统的发展历史3
1.3单片机的发展4
1.4单片机的应用5
1.5本课题的发展的趋势5
2方案论证与选择7
2.1系统设计方案7
2.2系统方案抉择7
2.3本设计主要特点8
3设计原理9
3.1单片机控制原理9
3.1.1单片机储存器介绍9
3.1.2单片机引脚介绍9
3.1.3单片机计时原理10
3.2数码管显示原理11
3.3按键控制原理12
3.4篮球比赛计分计时规则说明12
4系统硬件设计14
4.1系统整体设计14
4.2单片机最小系统14
4.3按键部分15
4.4显示部分15
4.5蜂鸣器15
5系统软件设计17
5.1实现数码管动态显示程序17
5.2按键程序17
5.3单片机复位程序17
5.4蜂鸣器程序18
5.5系统计时计分程序18
6系统仿真及安装调试19
7计时计分器改进的设想21
总结22
参考文献23
附录A：
C语言程序25
附录B：
proteus仿真图33
附录C:
实物图34
附录D:
PCB图36
致谢37
1绪论
1.1课题研究背景及意义
篮球比赛的胜负主要是根据球队在固定比赛时间里得分多少来决定的，它属于得分型系统。
所以对于比赛过程成绩的记录主要包括两大部分，即对比赛时间的记录和对分数记录加减。
在篮球比赛中，最原始最普通的比赛成绩记录是通过钟表计时，人为的控制开始和暂停功能，记录分数的方式也是通过人为的笔录或者人为的翻牌记录分数。
这种全部通过人工操作的方法存在很大的弊端，肉眼观察的不准确、人本身存在难以避免的疏忽大意、计时计分的操作不统一等，如此种种因素都威胁着对于体育比赛非常重要的公平性与准确性。
伴随着电子信息技术科技的发展，通过智能电子设备对篮球比赛时间分数记录控制处理的方法孕育而生。
电子设备控制处理时间和分数的实时性和准确性是人工无法比拟的，同时通过相关的显示设备将比赛的时间和分数及时明确的显示在观众裁判面前，不仅有助于比赛的公平公开性，也增强了篮球比赛的现场感。
综上，对篮球比赛计时计分系统的研究和改进意义非凡。
1.2篮球计时计分系统的发展历史
在早期的运动竞技中，由于科技落后能运用的计时计分工具有限，在钟表没产生之前，体育比赛完全没有时间的概念，点到为止即可，完全没有规范。
再到后来人们便利用用滴水或沙漏的方法来计时，通过笔录或者石子数量来计分，这样的计时计分方式准确性可想而知，比赛结果不知输赢，误判机率太大。
钟表的出现是比赛计时方式的一个重大突破，通过人为对时间的一个加减即可得到比赛的时间和休息时间，之后秒表出现增加了倒计时、开始、暂停功能，计分可通过翻牌等方式，这样人们在比赛中对时间和分数的把握程度更进一步。
尽管如此，记录与计算分数的整个过程还是人工完成，计时过程与计分过程处于脱离状态，肉眼的观察和人本身不可避免的疏忽大意还是会经常导致比赛结果有失准确，威胁着体育比赛的公平性，因此在以前的体育比赛活动中，因为判决不公而发生矛盾或打斗的事时有发生。
伴随着电子计算机产生，电子设备的不断涌现，再加上电子设备的准确性、实时性、公平性强，自然而然电子技术慢慢开始使用在了各种体育比赛中作为了记录时间和分数的有力工具。
时间通过计算机记录，可以精确到毫秒微秒，实时更新比赛进度和比赛结果到大屏幕，增强了运动员和观众的互动性和观看的现场感。
同时误判的几率大大降低，运动员很少再因为比赛结果而发生矛盾了。
在当今体育比赛中，电子计分计时系统地位举足轻重。
但是现在也存在这样一个现象，电子计分计时控制系统和通过电子屏幕显示的设备通常只用于在一些较大型较正规的比赛场合，而在一些小型体育比赛中使用钟表计时、翻牌计分仍然是个普遍现象，这是由于大多计时计分系统的成本高昂、体积庞大、不便搬移等弊端造成的。
所以，为了让更多体育比赛能利用电子设备来加强比赛质量，电子计时计分方法能得到普及，研究低成本、小体积、高性能的计时计分系统意义重大。
1.3单片机的发展
单片机又名单片微控制器，诞生于1971年，它的功能不单是只完成某一特定的逻辑功能，它是相当于一个微型的计算机，可根据实际需要对它进行编程实现制定功能。
单片机的发展主要经历了以下四大阶段：
第一阶段，1971年-1976年：
雏形阶段。
早期的SCM单片机（单片微型计算机阶段），此系列单片机通常是4或者8位单片机，由于当时的工艺限制，单片机都是采用双片的形式，所以功能也比较单一，复杂的操作却仅仅只能实现一些很简单的功能。
当时流行的F8单片机只包括了8位CPU和64字节RAM与2个并行I/O口，还必须增加一块3851后才能组成一台完整微型计算机；
第二阶段，1976年-1978年：
低性能阶段。
这个阶段单片机开始采用了单片结构，单片结构的意思就是在一块芯片内就含有8位CPU、并行I/O口、8位定时/计数器、RAM和ROM这些器件，这是一个比较大的突破，但是仍然存在很大的局限性，这个阶段的单片机没有串行I/O口，中断处理很简单不够完善，RAM和ROM容量比较小并且寻址范围有限，通常都小于了4K字节，这个阶段单片机结构有很大进步但是功能依然单一，运算效率低；
第三阶段，1978年-1982年：
高性能阶段。
相对于上个阶段来看，这个阶段的单片机增加了串行I/O，定时/计数器改变成为16位，中断处理功能更加成熟，片内的RAM和ROM得到了增大，寻址范围大大增加，一般可达64K字节，甚至有的单片机已经增加了A/D转换器。
MCS-51单片机就是这个时候产生的，这类单片机应用的领域较广，至今还在各个领域广泛使用并且不断改进发展；
第四阶段，1982年至今：
16位阶段。
这个阶段最大的特点就是单片机CPU可以达到16位，除此之外，RAM和ROM容量得到了进一步的增加，运算效率更高，实现实时处理的能力更加明显。
最具代表的是Intel公司的MCS-96，这款单片机集成度已为120000管子/片，ROM为8K字节，主振幅12MHZ，拥有为232字节片内RAM。
MCS-51单片机是所有单片机里面最具代表也是使用最广泛的单片机之一，到现在MCS-51仍然拥有很大的市场，在各个领域使用广泛，以MCS-51为控制系统的产品仍然很多见，许多学校对单片机的研究都是以MCS-51对对象开展学习。
MCS-51诞生于1980年，是由美国INTE公司推出的产品，8051单片机泛指MCS-51系列单片机，8051单片机是那个时期最典型的单片机系列，这个系列的单片机具有深远影响，因此也产生了许多兼容这个系列且功能更加强大的单片机，这也已经表明了MCS-51系列单片机已经成为单片机生产的一个标准，后续的单片机都是在MCS-51系列单片机基础上加以改进生产的。
1.4单片机的应用
在这个科技飞速发展的时代，电子科技得到不断进步，控制电子系统产品不计其数，单片机的发展经过了一个较为漫长的过程，技术趋于成熟，运用也是相当广泛，涉及到各我们生活中的各个领域。
单片机能得到大家的青睐首先得益于其体积相对其他控制设备小、功耗低、使用灵活、精度高的优点被广泛使用在了许多检测仪器中，例如一些的万用表、计算器、示波器等。
单片机在家用电器中使用是最为普遍的，这些家用电器设备并不需要很复杂的功能，只需要简单控制一些逻辑运作，使用单片机无疑是最佳选择，比如洗衣机的洗涤控制、冰箱的温度检测控制、电饭煲的定时煮饭等。
单片机作为传感器设备也是很普遍的现象，对于传感器大多都是需要具备足够灵敏、方便安装、稳定性较强的性能，单片机正好具备这些特点，所以很多传感器都是使用单片机作为控制系统，比如常见的温度检测、空气湿度检测、烟雾检测、声控光控系统等。
尽管现在很多设备都采用大的操作系统作为控制，但是单片机的使用地位仍然没能动摇，单片机成本低，麻雀虽小五脏俱全，它通常能在小地方发挥出大作用，在很多大系统的外围器件仍然需要单片机来实现功能。
根据这种形式分析，单片机的使用只会更加广泛，单片机功能也只会更加多样化。
1.5本课题的发展的趋势
在现在这个科技发展迅猛、电子技术飞速发展的社会中，电子产品将会渗透到人们生活的各个部分中。
单片机这一经过历史沉淀而又功能完备的产品也将被人们利用得更加广泛。
现在人们对篮球运动的喜爱，和对高质量比赛过程的追求，篮球比赛计时计分系统一定会得到广泛的应用，其功能也会得到不断的提升不断的完善。
篮球计时计分设备将会朝如下方向发展：
便捷化、小型化：
现今能利用篮球计时计分的场合大多是比较正式并且装备比较完善的场地，可见篮球计时计分系统并未普及到每个篮球场，现在的篮球计时计分系统通常都存在着价格高昂、安装复杂、体积庞大的特点，所以要普及相当困难，大多数的比赛仍然沿用的是钟表计时、笔录或翻牌计分的方式。
为了让更多普通比赛场合也能利用电子设备进行计时计分，把计时计分系统做到小型化可便携带方便使用与各个场合是必要手段。
智能化：
智能化作为当今科技最热衷研究的一个课题。
任何电子产品都朝着智能化的方向看齐。
智能化的电子设备不仅能代替人们做许多工作，而且还能更加精确高效的完成任务，计时计分准确、裁决公平公正是篮球比赛十分看重的问题，如若电子设备代替裁判完成计时计分，甚至判断分值自动加分的过程，相信篮球比赛的公平性会得到大大提高，这样的产品会受到人们青睐。
成本低廉、功能完备：
随着电子产品的普及，生产水平的提高，电子设备的成本已经不再像以前那样高昂，大多产品的价格已经能被普通人接受，同样的制作工艺也大大提高，所以许多电子产品都具备着价格低廉功能完备的特点，因此篮球计分计时系统也将不会再是只有大场合正式场合才能使用的奢侈品了，它是早晚会普及到每一个球场里去的。
2方案论证与选择
2.1系统设计方案
本设计采用单片机作为控制设备属于原定方案，从成本、体积、可控性多方面考虑单片机都是最佳控制系统。
本设计需要考虑的主要是对显示模块的选择，以下是显示模块的两个方案。
方案一：
使用数码管作为显示设备。
数码管通常叫做七段数码管，分为共阴极数码管和共阳极数码管，市场上常见的有一位、两位、三位、四位数码管。
每个数码管可以实现1-9的数字显示，通过控制单片机I/O口输出就可以指定数码管显示相应数字。
本系统需要显示的内容有时间、和甲乙两队的分数，时间需要显示分钟位和秒位，共需四个数码管，比赛分数不会超过三位数则每队使用三个数码管共计六个数码管。
根据这种需求我们可以选择市场上的四位数码管作为时间显示设备，两个三位数码管作为两队分数显示设备。
方案二：
使用LED点阵作为显示设备。
LED点阵是使用一定数量的LED灯排列成矩形队列，让LED的正负极横纵相连，最终引出相应引脚，通过这种连接方式可以指定某个位置的LED点亮或者熄灭，类似于亮灯指定坐标上的LED灯。
用单片机I/O口统一控制这些引脚，通过扫描显示的方式控制某时刻矩阵中哪些灯亮哪些灯不亮。
在LED灯数量足够的情况下，就能通过点亮的LED灯组成一些图像，LED数量越多可组成的图像越多、精度越高。
在本设计可以使用点阵组成一系列变化数字从而实现本系统比赛时间和两队分数的显示。
2.2系统方案抉择
就显示效果而言，数码管相比点阵显示平面小、色彩单一、不够酷炫，如果追求显示效果，那么点阵是不错的选择，但本设计主要使用范围是在一些小的比赛场合，需要显示的不过是一组数字，所以这方面对选择不存在较大影响。
另一方面，本设计对于成本需要严格控制，市场上数码管价格低廉，一个数码管价格不超过一元，实现本系统显示设备不超过十元，而制作点阵的成本就相对较高，加工过程复杂，不符合设计主题。
其次，点阵显示控制复杂度远大于数码管显示，这样不利于后期维护，点阵显示设备的便携性也不及数码管。
综上所述，本设计采用数码管作为显示设备的优势远大于点阵作为显示设备。
2.3本设计主要特点
本设计主要采用价格低廉的51单片机作为控制系统，显示部分采用数码管，提示器件为普通蜂鸣器，按钮也是比较便宜的按钮，所以整个系统最大的特点就是成本低。
其次，本设计还有功能齐全逻辑完善的特点，本设计是使用C语言对单片机进行编程，对比赛过程中的各种情况都已经加入设计逻辑中，各种情况都会有合理的处理。
本系统稳定性好，经多次测试使用几乎不会出现错误情况。
3设计原理
3.1单片机控制原理
3.1.1单片机储存器介绍
单片机存储器分为程序储存器和数据储存器。
51单片机程序储存器共64kb，它是用来存放用户程序的空间，如果要读写ROM需要用MOVC指令，控制信号为PSEN和EA。
读ROM是以程序计数器PC作为16位地址指针，依次读取相应地址。
数据存储器也称之为随机存取数据存储器，它是用来存放程序过程所产生数据的，分为内部数据储存器和外部数据储存器。
内部储存器可以分作三个物理空间：
工作寄存器区、位寻址区、数据缓存区。
3.1.2单片机引脚介绍
单片机共有40个引脚，这些引脚可以分为电源引脚、时钟引脚、控制引脚、I/O引脚四类引脚。
1.电源引脚：
①VCC引脚，单片机的供电端，通常外接+5V直流电源；
②VSS引脚，单片机负极，接地引脚。
2.时钟引脚：
晶体振荡电路反向输入和输出端，即:
XTAL1、XTAL2引脚，外接晶振电路。
3.控制引脚：
单片机共有四个控制引脚。
①ALE/PROG地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲引脚，ALE是用来锁存P0口送出低8位地址，PROG功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
②PSEN引脚是外ROM读选通信号线。
③RST/VPD复位/备用电源控制引脚，RST引脚是复位信号的输入端。
VPD引脚的功能是在Vcc掉电情况下，接备用电源。
④EA/Vpp引脚为内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
EA是内外ROM选择端，Vpp是片内有EPROM的芯片在EPROM编程期间施加编程电源Vpp的引脚。
⒋I/O引脚
51单片机共有4个8位并行I/O端口，即P0、P1、P2、P3口，总共32个引脚。
①P0口：
P0口为双向8位三态I/O口，P0口既可作为通用I/O口，又可作为外部扩展时的数据总线及低8位地址总线的分时复用口，内部不具有上拉电阻，所以外面需要接上拉电阻才能输出高电平。
作为通用I/O口时，输出数据可以得到锁存，输入数据可以得到缓冲，每个引脚可驱动8个TTL负载。
②P1口：
P1口为8位准双向I/O口，一般作通用I/O口使用，内部具有上拉电阻，所以外面不必再接上拉电阻，它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线，每个引脚可驱动4个TTL负载。
③P2口：
P2口为8位准双向I/O口，内部具有上拉电阻，所以外面不必再接上拉电阻，可以直接连接外部的I/O设备。
它与地址总线高8位复用，可驱动4个TTL负载。
通常作为外部扩展时的高8位地址总线使用。
④P3口：
P3口不仅可以作为普通I/O口使用，它还有属于自己的特殊功能。
P3口为8位准双向I/O口，内部具有上拉电阻，所以外面不必再接上拉电阻，P3口是双功能复用口，每个引脚可驱动4个TTL负载。
作为通用I/O口时，功能与其他I/O口相同，作为特殊功能使用时：
P3.0RXD作为串行数据输入口，P3.1TXD作为串行数据输出口，P3.2INT0为外部中断0的申请口，P3.3INT1为外部中断1的申请口，P3.4T0为定时器/计数器0外部输入，P3.5T1为定时器/计数器1外部输入，P3.6WR为外部数据存储器写脉冲，P3.7RD为外部数据存储器读脉冲。
3.1.3单片机计时原理
在单片机中计时器本质上就是一个计数器，即在一个固定的时间里对一个数字变量进行加减操作，这个固定的时间是需要计算的，对于采用不同晶振的单片机产生一个脉冲的时间是不同的，比如有的晶振频率是11MHZ有的晶振频率是12MHZ。
在每个脉冲产生时计数器就会加一次，如果要得到一个确切的时间进行计时，就需要根据晶振的频率计算出一次脉冲产生所需要的时间，然后也可以计算出一秒内产生多少次脉冲，这样我们就可以设置个累加器，当一次脉冲产生时累加一次，当次数等于一秒产生的脉冲次数时，开始进位记为一秒，计数器清零后再继续累加。
如果要实现时钟效果，就当在秒位累加器累加到60时向分钟位进位，同样的当分钟位到60时就向小时位进位，如此循环便实现了一个简单的计时器。
本设计是篮球计时计分系统，那么计时部分得符合篮球比赛中计时规则，通常篮球比赛都是一个固定的时间，当然可以自己设定，通常是分钟为最大单位，然后采取倒计时的方式，时间不断减少至到时间值为零比赛结束。
倒计时的原理也和前面描述的计时器原理类似。
首先设定整场比赛的时间值，当开始计时时，分钟位变量减一，秒位变量置为60，随着脉冲变化的累加器开始累加，当累加次数等于一秒产生次数时，秒位变量减一，至到秒位减到零时向分钟变量借位，及分钟变量减一，秒钟变量重置60，依次循环直到分秒都减到零时比赛结束。
3.2数码管显示原理
这里所说的数码管是通常是指七段或者八段数码管，八段数码管之比七段数码管多一个小数点，下面介绍则以七段数码管为例。
这种数码管是由7个条状发光二极管组成一个数字“8”形所构成，在需要显示数字时，就点亮相应的数码管构成所需要的数字形状，例如新需要显示数字“2”只需点亮除了左上方和右下方的竖条数码管外就可以实现，通常数码管可以显示0—9的数字及A—F的字母。
一般情况下，单个发光二极管的管压降在1.8V左右，电流在30mA以下。
市场上的数码管分为两种，一种是共阴极数码管，这种数码管所有发光二极管公用一个阴极，每个阳极都有各自引脚，我们把相应阳极引脚置为高电压并且在二极管额定电压内相应二极管就会发光。
另一种与之对应的是共阳数码管，相反的是这种数码管所有发光二极管公用一个阳极，每个阴极都有各自引脚，我们把相应阴极引脚置为高电压并且在二极管额定电压内相应二极管就会发光。
数码管的组合显示方式有两种，分为静态显示和动态显示。
静态显示的驱动方式为静态驱动，即每个数码管都是由单个的I/O口进行驱动，静态驱动方式可以达到编程简单、显示亮度高、硬件连接简单的效果，但是由于静态驱动的功能一，如果要采用这种方式进行功能稍微复杂的显示就会耗费大量I/O资源，也会造成代码重复度大，复用不方便。
而动态驱动的产生很好的解决了静态驱动存在的缺点。
动态驱动中所有数码管的发光二极管的引脚除了公共端都是连接在一起的，然后一起连接在8个I/O口上，每个公共端占用一个控制I/O口，这里可以使用锁存器节省I/O资源，如果数码管数量多自然产生更多的公共端引脚，这时可以添加锁存器对
升级会员 