【正文】 .................................................................................................... 34 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................................................................ 35 致 謝 .............................................................................................................. 36 基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 1 基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 第 1 章 緒論 基于微處理芯片的智能儀器的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器芯片的集成度越來越高，已經(jīng)可以在一塊芯片上同時集成 CPU、存儲器、定時器、計數(shù)器、并 行和串行接口和A/D 轉(zhuǎn)換器等。 它是微電子技術(shù)與計算機技術(shù)的結(jié)晶，現(xiàn)已成為集成電路大家族中的重要成員 [1]。盡管單片機是從 1982 年才開始在我國應(yīng)用的，但它一經(jīng)上市便顯示出強大的生命力，以其獨特的優(yōu)點迅速占領(lǐng)市場并獲得廣泛應(yīng)用。這種超大規(guī)模集成電路芯片稱為 “單片微處理器 ”，也叫單片機。單片機的出現(xiàn)，對于科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域都產(chǎn)生了巨大影響，同樣引起儀器儀表結(jié)構(gòu)的根本性變革。以單片機為主體取代傳統(tǒng)儀器儀表的常規(guī)電子線路，可以很容易地將計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)有機的結(jié)合在一起，組成新一代的 “智能儀器 ”[2]。 單片 機最大特點是單片化 [3]， 體 積大大減小 、 功耗和成本低 、 可靠性高 、易擴展、控制功能強、易于開發(fā)。 這決定了它在智能儀器的設(shè)計中 很 長時期還會獲得形式多樣、特點不同的廣泛應(yīng)用。 它不僅用于智能儀器、電氣設(shè)備、數(shù)據(jù)采集、自動控制及國防工業(yè)等技術(shù)領(lǐng)域，而且進(jìn)入億萬家庭。各種普通家用電器中單片機的數(shù)量與日俱增。 單片機的典型代表是 Intel 公司在 20 世紀(jì) 80 年代初研制出來的 MCS51系列單片機 [3]。發(fā)型之后在全國迅速得到廣泛應(yīng)用，但 Intel 公司已集中精力在 CPU 的生產(chǎn)上，并逐漸放棄了單片機的生產(chǎn)。 ATMEL 公司是美國 20 世紀(jì)80 年代中期成立并發(fā)展起來的半導(dǎo)體公司。技術(shù)優(yōu)勢在于 Flash 存儲器，公司將 Flash 與 Intel 公司的 80C51 核相結(jié)合，形成了 Flash 單片機 AT89 系列。由于其具有 80C51 的原有功能，內(nèi)部還含有大容量的 Flash 存儲器，又增加了新功能，因此在電子產(chǎn)品開發(fā)及智能化儀器儀表中有著廣泛的應(yīng)用，成為目前取代 MCS51 系列單片機的主流芯片之一。本論文所研究的系統(tǒng)中便使用的AT89 系列的芯片 [3]。 基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 2 室內(nèi)五人制足球比賽 及發(fā)展 現(xiàn)狀 五人制足球是足球的一個變種。在五人制足球 比賽 中，每支球隊只有 5 名隊員 上場比賽而不是 11 名。 五人制足球 比賽的方法具有很高的鍛煉價值，同時其趣味性 、 靈活性的特點也能豐富業(yè)余文化生活、陶冶情操，五人制足球主要反映 運動員 所掌 握， 運用技術(shù)復(fù)雜，多姿多彩， 戰(zhàn)術(shù) 多樣，變幻莫測，攻守變換快，比賽起伏跌宕， 精彩紛呈 ，勝負(fù)難以預(yù)料，經(jīng)常出現(xiàn)戲劇性變化，這正是五人足球運動的魅力所在。 五人制足球與普通足球的其他不同包括 五人制通常在室內(nèi)比賽，比賽場地較小 ，使用較小的球門以及較小尺寸的足球，以及縮短了的比賽時間。 總結(jié)起來，室內(nèi)五人制足球比賽主要有三個不同之處： 的時間為 20分鐘。 ，足球出界需要停止時間表。 要累計兩隊各自的犯規(guī)總數(shù)，當(dāng)半場滿 5 次犯規(guī)時，有點球懲罰。 五人制足球出現(xiàn)在上世紀(jì)五六十年代的南美洲，自誕生之日起，五人制足球一直廣受歡迎。 1989 年國際足聯(lián)開始正式把五人制足球納入管理范圍之內(nèi)，成為其主管團(tuán)體。為了使五人制足球）更利于發(fā)揮運動員的能力，并且提高其比賽的觀賞性， 國際足聯(lián)制定了一整套針對五人制足球運動的新規(guī)則。在國際足聯(lián)與其成員的共同的努力下，五人制足球的相關(guān)知識和資源在越來越多的 國家 得到了傳播。五人制足球與 11 人制足球一樣有自己的世界杯和洲際杯，而且五人制足球?qū)⒂?20xx 年進(jìn)入巴西奧運會，成為 奧運會 正式比賽項目。 室內(nèi)五人制足球比賽的發(fā)展越來越趨于普遍化、大眾化，很需要一個準(zhǔn)確的有計分計時功能的設(shè)備，去幫助裁判更方便、更準(zhǔn)確、更公平的判決比賽，從而有了本 次的設(shè)計。 室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 概述 基于室內(nèi)五人制足球比賽的比賽規(guī)則， 本設(shè)計使用了 51 單片機芯片STC89C5顯示數(shù)碼管 、 74HC595 芯片、蜂鳴器、開關(guān)以及若干電阻電容 等完成了室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng)。 該計分計時系統(tǒng)有如下的功能： 20 分鐘倒計時功能，隨時可以暫停倒計時。 ，在計數(shù)跟暫停的時候都可以記錄比分跟犯規(guī)。 ，可以隨時發(fā)出提示聲音。 ，可以循環(huán)使用。 基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 3 第 2 章 設(shè)計 原理 STC89C51 單片機 STC 系列單片機 [4]是美國 STC 公司最新推出的一種新型 51 內(nèi)核的單片機。片內(nèi)含有 Flash 程序存儲器、 SRAM、 UART、 SPI、 A\D、 PWM 等模塊。該器件的基本功能與普通的 51 單片機完全兼容。 主要功能、性能參數(shù) 51 內(nèi)核，機器周期：增強型為 6 時鐘，普通型為 12 時鐘 ； ： 0~40MHZ，相當(dāng)于普通 8051 的 0~80MHZ； 對應(yīng) Flash 空間： 4KB\8KB\15KB； （ RAM） ： 512B； \計數(shù)器： 3 個 16 位； （ UART） 1 個； ： 8 個； ISP（ 在系統(tǒng)可編程） \IAP（ 在應(yīng)用可編程 ） ， 無需專用編程器 \仿真器； I\O 口： 32\36 個； ： ~； ： 40 腳 PDIP、 44 腳 PLCC 和 PQFP 等 89C51 單片機的引腳 [5]功能說明 （ 1） VCC： 電源電壓 基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 4 （ 2） GND： 地 （ 3） P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式 驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口 P0 寫“ 1”時可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址 （ 低 8位 ） 和數(shù)據(jù)總線復(fù)位，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 （ 4） P1 口 ： P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動 （ 吸收或輸出電流 ） 4 個 TTE 邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 （ ILL） 。 與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分 別作為定時 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入 （ P ） 和輸入 （ P ）， 參見表 41。 Flash 編程和程序校驗期間， P1 接收低 8 位地址。 表 31 和 的第二功能 引 腳 號 功能特性 T2（定時 /計數(shù)器 2 外部計數(shù)脈沖輸入），時鐘輸出 T2EX（定時 /計數(shù) 2 捕獲 /重裝載觸發(fā)和方向控制） （ 5） P2 口 ： P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動 （ 吸收或輸出電流 ） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口 P2 寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端 口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ ILL） 。 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器 （ 例如執(zhí)行 MOVX @DPTR 指令 ） 時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器 （ 如執(zhí)行 MOVX @RI 指令 ） 時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 （ 6） P3 口 ： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動 （ 吸收或輸出電流 ） 4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“ 1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口 。此時，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流 （ ILL） 。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表42 所示。 （ 7） RST： 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。 表 32 P3 口的第二功能 基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 5 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0 （外中斷 0） INT1 （外中斷 1） T0（ 定時 /計數(shù) 0） T1（定時 /計數(shù) 1） WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） （ 8） EA /VPP： 外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器 （ 地址為 0000HFFFFH ） 。 EA 端必須保持低電平 （ 接地 ） 。需注意的是 ： 如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 如 EA 端為高電平 （ 接 VCC 端 ） ， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 Flash 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 VCC 。 （ 9） XTAL1： 振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 （ 10） XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。 （ 11）數(shù)據(jù)存儲器： 89C51 有 256 個字節(jié)的內(nèi)部 RAM， 80HFFH 高 128 個字節(jié)與特殊功能寄存器 （ SFR） 地址是重疊的，也就是高 128。 字節(jié)的 RAM 和特殊功能寄存器的地址是相同的，但在物理上它們是分開的。 當(dāng)一條指令訪問 7FH 以上的內(nèi)部地址單元時，指令中使用的尋址方式是不同的，也即尋址方式?jīng)Q定是訪問高 128 字節(jié)。 RAM 還是訪問特殊功能寄存器。如果指令是直接尋址方式則為訪問特殊功能寄存器。 （ 12）中斷： 89C51 共有 6 個中斷向量 ： 兩個外中斷（ INT0 和 INT1）， 3 個定時器中斷（ 定時器 0， 1， 2） 和串行口中斷。 基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 6 （ 13）時鐘振蕩器 ： 89C51[6] 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸 入端和輸出端。 這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖 31（ a）圖所示。 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 C C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，對外接電容 C C2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程 度及溫度穩(wěn)定性 。 用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖 31（ b）圖所示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 則懸空。 （ a）內(nèi)部振蕩電路 （ b）外部振蕩電路 由于外部時鐘信號是通過一個 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 單片機系統(tǒng)的相關(guān)電路 復(fù)位 電路 單片機在啟動運行時都需要復(fù)位，使 CPU 和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。 MCS51 單片機有一個復(fù)位引 腳RST[7]， 采用施密特觸發(fā)輸入。當(dāng)震蕩器起振后，只要該引腳上出現(xiàn) 2 個機器周期以上的高電平即可確保時器件復(fù)位。復(fù)位完成后，如果 RST 端繼續(xù)保持高電平， MCS51 就一直處于復(fù)位狀態(tài)，只要 RST 恢復(fù)低電平后，單片機才能進(jìn)入其他工作狀態(tài)。單片機的復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和手動復(fù)位兩種，圖基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 7 6 是 51 系列單片機統(tǒng)常用的上電復(fù)位和手動復(fù)位組合電路，只要 Vcc 上升時間不超過 1ms，它們都能很好的工作。 復(fù)位電路如圖 29 所示。 圖 29 單片機復(fù)位電路 時鐘發(fā)生電路 單片機中 CPU 每執(zhí)行一條指令，都 必須在統(tǒng)一的時鐘脈沖的控制下嚴(yán)格按時間節(jié)拍進(jìn)行，而這個時鐘脈沖是單片機控制中的時序電路發(fā)出的。 CPU執(zhí)行一條指令的各個微操作所對應(yīng)時間順序稱為