【正文】 ............................................................... 27 安徽財經(jīng)大學管理科學與工程學院本科畢業(yè)設計 1 1 引言 進入 21世紀 ,伴隨著電子、信息技術(shù)的應用與迅速普及，人們對電子技術(shù)的要求越來越高。當今社會，科學技術(shù)日新月異，時代前進的步伐越邁越寬，應用自動化設備 ,計算機處理 ,現(xiàn)代化通訊 ,數(shù)字化信息 ,現(xiàn)代化顯示設備等高新技術(shù)而建立的現(xiàn)代化智能。 目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC卡，民用豪華轎 車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。 通過此次基于單片機設計的籃球計時計分系統(tǒng)，我們可以更清楚詳細的了解單片機程序設計的基本指令功能、編程步驟和技巧來講述單片機編程，并對 AT89S51 單片機的結(jié)構(gòu)和原理進行講述，以及基于單片機開發(fā)應用的相關(guān)芯片的工作原理，和相關(guān)外圍電路的設計和調(diào)試過程進一步了解，有助于今后的工作和 學習生活。 本課 題選取的目的及意義 體育比賽計時計分系統(tǒng)是對體育比賽過程中所產(chǎn)生的時間 ,比分等數(shù)據(jù)信息進行快速采集記錄、加工處理、傳遞和利用的系統(tǒng)。根據(jù)運動項目的不同，比賽規(guī)則要求也不同，體育比賽的計時計分系統(tǒng)包括測量類，評分類，命中類，制勝類和得分類等多種類型。 籃球比賽是根據(jù)運動隊員在規(guī)定的比賽時間里得分多少來決定勝負的，因此，籃球比賽的計時計分系統(tǒng)是一種得分類型的系統(tǒng)?；@球比賽的計時計分系統(tǒng)由計時器、計分器等多種電子設備組成 的，同時，根據(jù)目前高水平籃球比賽要求，完善的籃球比賽計時計分系統(tǒng)設備應能夠與現(xiàn)場成績處理，現(xiàn)場大屏幕，電視轉(zhuǎn)播車等多種設備相聯(lián)，以便實現(xiàn)激烈的比賽現(xiàn)場感和表演娛樂等功能目標。 由于單片機的集成度高，功能強，通用性好，特別是它具有體積小，重量輕，安徽財經(jīng)大學管理科學與工程學院本科畢業(yè)設計 2 能耗低，價格便宜，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特的優(yōu)點，使單片機迅速得到了推廣應用，目前已經(jīng)成為測量控制應用系統(tǒng)中的優(yōu)選機種和新電子產(chǎn)品的關(guān)鍵部位。世界各大電氣廠家，測控技術(shù)企業(yè)，機電行業(yè)，競相把單片機應用于產(chǎn)品更新，作為實現(xiàn)數(shù)字化，智能化的核心部件?；@球計時 計分器就是以單片機為核心的計時計分系統(tǒng)，由計時器，計分器，綜合控制器和 24 秒控制器等組成。 本系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容 隨著單片機在各個領(lǐng)域的廣泛應用，許多用單片機做控制的球賽計時計分系統(tǒng)也應運而產(chǎn)生，如用單片機控制 LCD 液晶顯示器計時計分器，用單片機控制LED 七段顯示器計時計分器等。 籃球比賽計時計分器是為了解決籃球比賽時計分與計時準確的問題。此裝置利用單片機 AT89C51 完成了計時和計分的功能。本文詳細地介紹了系統(tǒng)硬件與軟件的設計過程，采用該裝置可根據(jù)實際情況進行比分修改和時間的準確顯示，具有低功耗 ，可靠性，安全性以及低成本等特點 。 本次設計用由 AT89C51 編程控制 LCD 作顯示的球賽計時計分系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有賽程時間 倒計時、 暫停，及時刷新甲、乙雙方的成績等功能。它具有價格低廉，性能穩(wěn)定，操作方便并且易于攜帶等特點。廣泛適合各類學?；蛘咝⌒蛨F體作為賽程計時計分。 通過本次基于 C51 系列籃球計時計分器的設計，可以了解、熟悉有關(guān)單片機開發(fā)設計的過程，并加深對單片機的理解和應用以及掌握單片機與外圍接口的一些方法和技巧，這主要表現(xiàn)在以下一些方面： (1) 籃球賽計時計分系統(tǒng)包含了 8051 系列單片機的最小應用系統(tǒng) 的構(gòu)成，同時在此基礎(chǔ)上擴展了一些使用性強的外圍接口。 (2) 可以了解到 LCD顯示器的結(jié)構(gòu)、工作原理以及這種顯示器的接口實例與具體連接與編程方法。 (3) 怎樣利用串行口來擴展顯示接口等。 安徽財經(jīng)大學管理科學與工程學院本科畢業(yè)設計 3 2 系統(tǒng)分析 圖 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 本系統(tǒng)的基本電路模塊有： 51 單片機控制模塊，時鐘電路模塊，復位電路模塊， 3*3 矩陣鍵盤 電路模塊， LCD 顯示電路模塊。 打開 proteus 仿真電路圖， 按下軟件下方的“開始”圖標，啟動系統(tǒng)，再 按下矩陣鍵盤上第一行第一列的“開始”按鍵，系統(tǒng)開始工作，這時， LCD1602 液晶顯示器 依次從上到下分別顯示“ 1” 、 “ 12:00” 、 “ 24” 、 “ A:000— B:000”，分別表示“第 1 節(jié)” 、“每一節(jié)的比賽時間 12 分鐘倒計時”、“每一隊的進攻時間倒計時24 秒”、“ A 和 B 兩隊的比分”。當按下 第一行第二列的 “暫?！辨I時，兩個倒計時都暫停，再按下“開始”按鍵，倒計時繼續(xù)進行，當?shù)谝还?jié)比賽結(jié)束時， 12分鐘倒計時和 24 秒倒計時到 0，這是 LED 發(fā)光二極管快速地閃爍幾次，這時按下 第一行第三列的 “改變節(jié)次”按鍵，節(jié)次加 1，到第 二節(jié)，依次可以顯示 第 1 節(jié)到第 4 節(jié)。 LCD1602 液晶顯示器中下一行的 A隊與 B隊的比分可以通過矩陣鍵盤第 主機 顯示電路 復位電 路 鍵盤電路 時鐘電路 報警電路 安徽財經(jīng)大學管理科學與工程學院本科畢業(yè)設計 4 二行第三行的 6個按鍵分別控制，依次為 A隊加 1分、 A 隊加 2分、 A 隊加 3分、B隊加 1 分、 B 隊加 2分、 B 隊加 3分。通過以上操作，從而實現(xiàn)籃球計時計分器的基本操作。 3 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)硬件總體設計 圖 系統(tǒng)整體電路圖 將設計的通信系統(tǒng)硬件進行模塊化設計，主要由以下模塊構(gòu)成： A ： AT89C51 單片機 最小系統(tǒng) ，控制的核心部件 ； B ： 3*3 矩陣鍵盤電路 ； C ： LCD1602 液晶 顯示電路 ； D ： LED 發(fā)光二極管報警電路； E ： 復位電路； F ： 時鐘電路。 AT89C51 控制器 時鐘電路 復位電路 3*3 矩陣鍵盤電路 LCD 液晶顯示電路 LED 二極管報警 安徽財經(jīng)大學管理科學與工程學院本科畢業(yè)設計 5 AT89C51 單片機 AT89C51 簡介 MCS51 是指由美國 INTEL 公司生產(chǎn)的一系列單片機的總稱，這一系列單片機包括了很多品種，如 8031， 8051， 8751， 8032， 8052， 8752 等，其中 8051 是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機都是在 8051 的基礎(chǔ)上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習慣于用 8051 來稱呼 MCS51 系列單片機，而 8031 是前些年在我國最流行的單片機，所以很多場合會看到 8031 的名稱。 INTEL 公司將 MCS51 的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司，所以有很多公司在做以 8051 為核心的單片機，當然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中 89C51 就是這幾年在我國非常流行的單片機，它是由美國 ATMEL 公司開發(fā)生產(chǎn)的。 本課題中用到的芯片就是 AT 系列中的 AT89C51 單片機芯片。 AT89C51 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 128 bytes 的隨機存 取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，內(nèi)置功能強大的微型計算機的 AT89C51 提供了高性價比的解決方案。 AT89C51 具有 PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。它是一個低功耗高性能單片機， 40 個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口， AT89C51 可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash 存儲 器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 如圖所示，圖 為 AT89C51 單片機基本構(gòu)造，其基本性能介紹如下： 安徽財經(jīng)大學管理科學與工程學院本科畢業(yè)設計 6 圖 AT89C51 引腳圖 AT89C51 本身內(nèi)含 40 個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含2 個外中端口， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口， AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 主要 特性 AT89C51 的主要特性如下表所示： 兼容 MCS— 51 指令系統(tǒng) 4k 可反復擦寫 (1000 次） Flash ROM 安徽財經(jīng)大學管理科學與工程學院本科畢業(yè)設計 7 表 AT89C51 主要功能描述 管腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路 雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時， P1 口作為第八位地址 接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL32 個雙向 I/O 口 可編程 UARL 通道 兩個 16 位可編程定時 /計數(shù)器 全靜態(tài)操作 024MHz 1 個串行中斷 128x8bit 內(nèi)部 RAM 兩個外部中斷源 共 6 個中斷源 可直接驅(qū)動 LED 3 級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設置睡眠和喚醒功能 安徽財經(jīng)大學管理科學與工程學院本科畢業(yè)設計 8 門電流。當 P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸