基于单片机的篮球记分计时器的系统设计.docx

1、基于单片机的篮球记分计时器的系统设计学士学位毕业设计（论文）基于单片机的篮球记分计时器的系统设计学生姓名： 学生学号：指导教师：所在学院：专 业： 2013年5月东北大学本科毕业设计（论文）任务书学生姓名所在班级导师姓名导师职称论文题目基于单片机的篮球计分记时器的系统设计题目分类1应用与非应用类：工程 科研 教学建设 理论分析模拟2软件与软硬结合类：软件硬件软硬结合非软硬件（1、2类中必须各选一项适合自己题目的类型在内打）主要研究内容及指标： 内容：此设计中共接入了2个四位一体7段共阴LED显示器，一个显示器显示记时，另一个显示器显示分数，显示范围可达到099分。赛程计时采用倒计时方式，比赛开

2、始时启动计时，当记时为0时，指示灯亮，蜂鸣器响。指标：芯片：全静态操作：0Hz-33MHz； 工作电压：+5V，晶振：12MHz 二极管工作电压：0.7V左右主要参考文献：1余发山，单片机原理及应用技术：中国矿业大学出社.20032 河南理工大学电气学院：单片机实验报告指导册.20083 Vizimuller. RF design guide-systems, circuits, and equations M. Boston：Artech House.19954Atmel Microcontroller Handbook.2001阶段规划：2013年2月25日-3月12日：收集和本设计有关的

3、资料，熟悉课题任务何要求2013年3月13日-25日：硬件电路设计2013年3月26日-4月11日：软件设计2013年4月12日-28日：系统仿真及调试2013年4月29日-5月17日：整理论文2013年5月18日：准备答辩开题时间2013年2月25日完成论文时间2013年5月17日专家审定意见：系主任签字：年 月 日注：1任务书由指导教师填写后交给学生，要求学生妥善保存。2此任务书夹于论文扉页与论文一并装订，作为论文评分依据之。摘要本设计是基于单片机AT89S52的篮球计分计时器，利用七段共阴LED作为显示器件。在此设计中共接入了2个四位一体7段共阴LED显示器，1个四位一体七段共阴LED显

4、示器，用来记录赛程时间，另一个显示器的前两位和后两位分别记录两队的分数，显示范围可达到099分。赛程计时采用倒计时方式，比赛开始时启动计时，当记时为0时，指示灯亮，蜂鸣器响。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。关键词：AT89S52 控制电路 报警电路 数码显示器ABSTRACTThe design is based on micro controller AT89S52 time basketball scoring, using seven-segment common cathode LED display device.In this design, access to two four in on

5、e seven-segment common cathode LED display, a four in one common cathode seven-segment LED display is used to record race time, another display two before and after the two were recorded scores of the two teams, the display range of zero to Ninety-Nine. Race timing countdown start time, the start of

6、 the game, when the chronograph is 0, the indicator light and buzzer.聞創沟燴鐺險爱氇谴净。Keywords: AT89S52 control circuit alarm circuit digital display 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。前言 随着信息时代的到来，电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用，运用单片机知识设计的电子产品成为了社会生活不可缺少的一部分，特别是在各种竞技运动中，计时器成为检验运动员成绩的一个重要工具。在许多领域中，计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿

7、灯、行人灯，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。单片机1，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。 本设计是单片机的简单应用2，设计了基于单片机的篮球记时计分器的系统设计。此设计功能齐全，包括记时、计分系统以及报警系统，是应用了七段共阴极数码管来显示。控制系统有启动、暂停、加分、减分以及时间的快进与回表功能，可以方便地实现蓝去比赛的记时计分功能，当计时递减到零时，记时数码管会显示00，同时上下半场的

8、二极管发光、蜂鸣器响。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。本设计完成的中途计时功能，为了实现在许多的特定场合进行记时计分的应用做了坚实的基础，在社会生活中具有广泛的应用价值。此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下4个组成，即最小系统模块、控制模块、报警模块以及记时、计分数码管显示模块。因而采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、方便、快捷。谚辞調担鈧谄动禪泻類。1 绪论1.1背景知识 体育比赛计时计分系统是对体育比赛过程中所产生的时间,比分等数据进行快速采集记录，加工处理，传递利用的信息系统。根据不同运动项目的不同比赛规则要求，体育比赛的计时计分系统包括测量类21，评分类，命中类，制胜类得分类等多种类型

9、。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统。篮球比赛的计时计分系统由计时器，计分器等多种电子设备组成，同时，根据目前高水平篮球比赛要求，完善的篮球比赛计时计分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。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。 由于单片机的集成度高，功能强，通用性好，特别是它具有体积小，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独特的优点，使单片机迅速得到了推广应用，目前已经成为测量控制应用系统中的优选机种和新电子产品

10、的关键部位。世界各大电气厂家，测控技术企业，机电行业，竞相把单片机应用于产品更新，作为实现数字化，智能化的核心部件。篮球计时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，综合控制器和24秒控制器等组成。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。1.2 设计内容本设计是基于AT89S52单片机的篮球计分计时器的设计，利用7段共阴极LED作为显示器件。在此设计中共接入了2个四位一体7段共阴极LED显示器，其中一个四位一体7段共阴极LED显示器的前2位用于显示分钟，后2位用于显示秒钟，另一个四位一体7段共阴极LED显示器的前两位和后两位分别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099分。赛

11、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。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。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。颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。1.3设计任务和要求 任务： 设计一个用于赛场的篮球计时计分器系统。 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

12、、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。1.4 设计意义 本设计使我进一步熟悉和掌握了单片机的内部结构和工作原理，了解了单片机应用系统设计的基本方法和步骤，掌握了单片机仿真软件Proteus4的使用方法，键盘和显示器在的单片机控制系统中的应用以及撰写课程设计报告的方法。此次设计很好的将书本上的理论知识和实践有机的联系了起来，是我们对理论知识有了更进一步的掌握，锻炼了我们的动手能力，同时也让我们懂得了理论与实际相结合的意义。为以后的工作和学习提供了宝贵的经验。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。2.系统总体方案及硬件设计2.1 系统总体方案设计 篮球计时计分器系统主

13、要包括单片机控制系统5、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图1所示：銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。图1 系统总体方案设计本设计是基于AT89S52单片机6的篮球计时计分器，利用7段共阴极LED数码管作为显示器。在此设计中共接入了2个四位一体7段共阴极LED显示器，其中一个四位一体7段共阴极LED显示器的前2位用于显示分钟，后2位用于显示秒钟，另一个四位一体7段共阴极LED显示器的前两位和后两位分别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099分。赛程计时采用倒计时方式，比赛开始时

14、启动计时，直至计时到零为止。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。2.2 硬件电路系统设计2.2.1单片机AT89S52简介AT89S528是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8kBytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL15公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S52如图2所示，具有如下特点：40个引脚，8k

15、 Bytes Flash片内赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。图 2 AT89S52单片机引脚图程序存储器256 bytes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.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。 塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。 主要性能 1、与MCS-51单片机产品兼容；裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。 2、8K字节在系统可编程Flash存储器；仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。 3、1000次擦写周期；绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。 4、全静态操作：0Hz-33MHz

16、； 5、三级加密程序存储器；骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。 6、32个可编程I/O口线； 7、三个16位定时器/计数器；瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。 8、六个中断源；鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。 9、低功耗空闲和掉电模式； 10、掉电后中断可唤醒； 11、看门狗定时器；栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。引脚说明AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程AT89S52引脚图DIP封装Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程F

17、lash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52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内容被保存，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。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口

18、。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。P1 口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个 TTL逻辑电平。此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。詩

19、叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。引脚号第二功能：则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。P1.5 MOSI（在系统编程用）稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。P1.6 MISO（在系统编程用）陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。P1.7 SCK（在系统编程用）沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。P2 口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动，4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引

20、脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程22和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。P3 口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。懨俠劑鈍触

21、乐鹇烬觶騮。端口引脚第二功能：謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INTO(外中断0)P3.3 INT1(外中断1)P3.4 TO(定时/计数器0)呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。P3.5 T1(定时/计数器1)莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。P3.6 WR(外部数据存储器写选通)麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。P3.7 RD(外部数据存储器读选通)納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。AL

22、E/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。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。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）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。PSEN：程序储存允许（PS

23、EN）输出是外部程序存储器的读选通信号16，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。EA/VPP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。趕輾雏纨颗锊讨跃满

24、賺。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。寄存器并不是所有的地址都被定义了。片上没有定义的地址是不能用的。读这些地址，一般将得到一个随机数据；写入的数据将会无效。用户不应该给这些未定义的地址写入数据“1”。由于这些寄存器在将来可能被赋予新的功能，复位后，这些位都为“0”。夹覡闾辁駁档驀迁锬減。定时器2寄存器：寄存器T2CON和T2MOD包含定时器2的控制位和状态位，寄存器对RCAP2H和RCAP2L是定时器2的捕捉/自动重载寄存器。视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。中断寄存器：各中断允许位在IE寄存器中，六个中断源的两个优先级也可在IE中设置。偽澀锟

25、攢鴛擋緬铹鈞錠。T2CON 地址为0C8H 复位值：0000 0000B位可寻址表1 T2CON：定时器/计数器2控制寄存器緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。TF2EXF2RLCKTCLKEXEN2TR2C/T2CP/RL276543210各符号的功能： TF2：定时器2 溢出标志位。必须软件清“0”。RCLK=1 或TCLK=1 时，TF2不用置位。 EXF2：定时器2 外部标志位。EXEN2=1 时，T2EX 上的负跳变而出现捕捉或重载时，EXF2 会被硬件置位。定时器2 打开，EXF2=1 时，将引导CPU执行定时器2 中断程序。EXF2 必须如见清“0”。在向下/向上技术模式（DCEN=1）下EX

26、F2不能引起中断。騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。 RLCLK：串行口接收数据时钟标志位。若RCLK=1，串行口将使用定时器2 溢出脉冲作为串行口工作模式1和3的串口接收时钟；RCLK=0，将使用定时器1计数溢出作为串口接收时钟。疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。 TCLK：串行口发送数据时钟标志位。若TCLK=1，串行口将使用定时器2 溢出脉冲作为串行口工作模式1和3 的串口发送时钟；TCLK=0，将使用定时器1计数溢出作为串口发送时钟。镞锊过润启婭澗骆讕瀘。 EXEN2:定时器2外部允许标志位。当EXEN2=1时，如果定时器2没有用作串行时钟，T2EX（P1.1）的负跳变将引起定时器2捕捉和重载。若EXEN2=

27、0，定时器2将视T2EX端的信号无效。榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。 TR2：开始/停止控制定时器2。TR2=1，定时器2开始工作。 C/T2：定时器 2 定时/计数选择标志位。C/T2 =0，定时；C/T2 =1，外部事件计数（下降沿触发）。邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。 CP/RL2：捕捉/重载选择标志位。当EXEN2=1时，CP/RL2=1，T2EX出现负脉冲，会引起捕捉操作；当定时器2溢出或EXEN2=1时T2EX出现负跳变，都会出现自动重载操作。CP/RL2=0将引起T2EX的负脉冲。当RCKL=1或TCKL=1时，此标志位无效，定时器2溢出时，强制做自动重载操作。嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。存储器MCS

28、-51器件有单独的程序存储器和数据存储器。外部程序存储器和数据存储器都可以64K寻址。该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。程序存储器：如果EA引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。对于89S52，如果EA接VCC，程序读写先从内部存储器（地址为0000H1FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为：2000HFFFFH。劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。数据存储器：AT89S52有256字节片内数据存储器。高128 字节与特殊功能寄存器重叠。也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分开的。当一条指令访问高于7FH的地址时，寻址方式决定CPU访问高128字节RAM 还是特殊功能寄存器空间。臠龍讹驄桠业

29、變墊罗蘄。片上资源看门狗定时器WDT是一种需要软件控制的复位方式。WDT 由13位计数器和特殊功能寄存器中的看门狗定时器复位存储器（WDTRST）构成。WDT在默认情况下无法工作；为了激活WDT，用户必须往WDTRST寄存器（地址：0A6H）中依次写入01EH和0E1H。当WDT激活后，晶振工作，WDT在每个机器周期都会增加。WDT计时周期依赖于外部时钟频率。除了复位（硬件复位或WDT溢出复位），没有办法停止WDT工作。当WDT溢出，它将驱动RSR引脚一个高电平输出。鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。 WDT的使用为了激活WDT，用户必须向WDTRST寄存器（地址为0A6H的SFR）依次写入01EH和0E

30、1H。当WDT激活后，用户必须向WDTRST写入01EH和0E1H喂狗来避免WDT溢出。当计数达到8191（1FFFH）时，13位计数器将会溢出，这将会复位器件。晶振正常工作、WDT激活后，每一个机器周期WDT 都会增加。为了复位WDT，用户必须向WDTRST 写入01EH 和0E1H（WDTRST 是只读寄存器）。WDT计数器不能读或写。穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。当WDT计数器溢出时，将给RST引脚产生一个复位脉冲输出17，这个复位脉冲持续96个晶振周期（TOSC），其中TOSC=1/FOSC。为了很好地使用WDT，应该在一定时间内周期性写入那部分代码，以避免WDT复位。隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。掉

31、电和空闲方式下的WDT在掉电模式下，晶振停止工作，这意味这WDT也停止了工作。在这种方式下，用户不必喂狗。有两种方式可以离开掉电模式：硬件复位或通过一个激活的外部中断。通过硬件复位退出掉电模式后，用户就应该给WDT喂狗，就如同通常AT89S52 复位一样。浹繢腻叢着駕骠構砀湊。 通过中断退出掉电模式的情形有很大的不同。中断应持续拉低很长一段时间，使得晶振稳定。当中断拉高后，执行中断服务程序。为了防止WDT在中断保持低电平的时候复位器件，WDT 直到中断拉低后才开始工作。这就意味着WDT应该在中断服务程序中复位。鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。为了确保在离开掉电模式最初的几个状态WDT不被溢出，最好在进入掉电模式前就复位WDT。在进入待机模式前，特殊寄存器AUXR的WDIDLE位用来决定WDT是否继续计数。惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。默认状态下，在待机模式下，WDIDLE=0，WDT继续计数。为了防止WDT在待机模式下复位AT89S52，用户应该建立一个定时器，定时离开待机模式，喂狗，再重新进入待机模式。贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。定时器0和定时器1在AT89S52中，定时器0和定时器1的操作与AT89C51和AT89C52一样。嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲。定