【正文】 課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書 設(shè)計題目 籃球比賽計分器設(shè)計 學(xué)生姓名 張亞明 所在院系 電子信息與電 氣工程學(xué)院 專業(yè)、年級、班 電 子 信 息 工 程2020 級 1 班 設(shè)計要求： 1. 結(jié)合單片機(jī)串行口工作原理，用 AT89S52 設(shè)計一個籃球比賽計時計分器。 2. 能夠記錄整個賽程的比賽時間并可同時用數(shù)碼管顯示。 3. 擁有鍵盤接口，可通過鍵盤修改當(dāng)前的比賽成績（成績修改包括加減 3）。 4. 能夠隨時刷新甲、乙兩隊(duì)在整個比賽中的比賽成績。 5. 能夠通過數(shù)碼管顯示兩隊(duì)的比賽成績。 6. 比賽中場和結(jié)束時，能發(fā)出報警。 學(xué)生應(yīng)完成的工作： 1. 根據(jù)設(shè) 計任務(wù)選定合適的單片機(jī)，根據(jù)控制對象設(shè)計接口電路。 2. 根據(jù)電路工作過程，畫出軟件流程圖，根據(jù)流程圖編寫相應(yīng)的程序，進(jìn)行調(diào)試并打印程序清單。 3. 根據(jù)所確定的設(shè)計電路，利用相關(guān)軟件繪制電路原理圖、仿真圖等，提供元器件清單。 4. 根據(jù)電路及器件，完成安裝、焊接和調(diào)試工作。 5. 根據(jù)設(shè)計過程，撰寫實(shí)習(xí)報告。 6. 該生在此次設(shè)計中主要負(fù)責(zé)了倒計時程序的查找、電路的仿真和元器件的領(lǐng)取任務(wù)。 參考文獻(xiàn)閱讀： 【 1】 單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M].張毅剛編著 .高等教育出版社 。 【 2】 51 系列單片機(jī)及 C51 程序設(shè)計 [M].王建校 ,楊建國等編著 .科學(xué)出版社 。 【 3】 單片機(jī)原理及接口技術(shù) [M].徐煜明 ,韓艷編著 .電子工業(yè)出版社 。 【 4】 單片機(jī) C 語言和匯編語言混合編程實(shí)例詳解 [M].杜樹春 .北京航空航天大學(xué)出版社 。 工作計劃： 8:00~11:30 下達(dá)課程設(shè)計任務(wù)書，介紹課程設(shè)計整體情況 15:00~18:30 熟悉課題，查閱資料 8:00~11:30 教師進(jìn)行方案性提示，主要原理 15:00~18:30 學(xué)生根據(jù)課題需要，擬定系統(tǒng)硬件方案 8:00~18:30 討論， 優(yōu)化并確定系統(tǒng)硬件方案 8:00~18:30 討論并確定程序流程，逐步開始撰寫課程設(shè)計報告 8:00~18:30 根據(jù)程序流程圖編寫程序 8:00~18:30 討論、優(yōu)化最終完成系統(tǒng)軟件設(shè) 8:00~18:30 系統(tǒng)硬件電路制作，并檢查課程設(shè)計報告撰寫進(jìn)度 8:00~18:30 系統(tǒng)硬件電路制作，并檢查課程設(shè)計報告撰寫進(jìn)度 8:00~18:30 燒錄程序，系統(tǒng)調(diào)試 8:00~11:30 完成課程設(shè)計報告的撰寫 15:00~18:30 集中檢查收取課程設(shè)計報告及完成的實(shí)物 任務(wù)下達(dá)日期： 2020 年 5 月 7 日 任務(wù)完成日期： 2020 年 5 月 18 日 指導(dǎo)教師（簽名）： 學(xué)生（簽名）： 籃球比賽計分器設(shè)計 摘要： 籃球比賽計分器的設(shè)計是為了解決籃球比賽時計分與計時準(zhǔn)確方便和靈活適用的問題而提出的，我組設(shè)計的籃球比賽計分器硬件部分主要利用 AT89S52 單片機(jī)完成了計分與計時的功能，并通過兩個四位七段數(shù)碼管分別用來顯示比賽時間和甲、乙比賽雙方的分?jǐn)?shù)，軟件部分利用 Keil C51軟件來進(jìn)行編譯，通過 Proteus 軟件進(jìn)行仿真，最后將生成的 HEX 文件燒入到單片機(jī)芯片中。采用該系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行時間的準(zhǔn)確顯示和比分修改，具有低功耗、可靠性強(qiáng)、安全性高以及低成本等特點(diǎn) ， 主要不足之處在于計時顯示部分有時會出現(xiàn)顯示不穩(wěn)定的情況，基本滿足了本次設(shè)計要求。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；籃球賽計分；籃球賽計時；數(shù)碼管；按鍵；下載線 目 錄 1 設(shè)計背景 ??????????????????????? 1 2 方案論證 ??????????????????????? 2 共陽極數(shù)碼管靜態(tài)顯示 ??????????????? 2 共陽 極數(shù)碼管動態(tài)顯示 ??????????????? 2 兩種方案的對比 ?????????????????? 3 3 方案實(shí)施 ??????????????????????? 4 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 ????????????????? 4 硬件電路設(shè)計 ??????????????????? 4 系統(tǒng)控制中心單片機(jī) AT89S52?????????? 4 系統(tǒng)電源模塊 ????????????????? 6 按鍵控制鍵盤模塊 ??????????????? 7 晶振模塊 ???????? ??????????? 8 復(fù)位電路模塊 ????????????????? 8 報警電路模塊 ????????????????? 9 LED 顯示模塊 ????????????????? 9 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ??????????????????? 11 軟件設(shè)計環(huán)境介紹 ??????????????? 11 軟件設(shè)計方案 ????????????????? 11 系統(tǒng)調(diào)試 ????????????????????? 14 軟件調(diào)試及仿真 ??????????????? ? 14 硬件調(diào)試 ??????????????????? 14 4 結(jié)果與結(jié)論 ?????????????????????? 15 5 收獲與致謝 ?????????????????????? 16 6 參考文獻(xiàn) ??????????????????????? 17 7 附件 ????????????????????????? 18 元器件清單 ???????????????????? 18 硬件總電路圖 ??????????????????? 19 實(shí)物圖 ?????????????????????? 19 源 程序代碼 ???????????????????? 20 1 1. 設(shè)計背景 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)進(jìn)行快速采集記錄，加工處理，傳遞 數(shù)據(jù) 的信息系統(tǒng)。根據(jù)不同運(yùn)動項(xiàng)目的不同比賽規(guī)則要求，體育比賽的計時計分系統(tǒng)包括測量類 、 評分類 、 命中類 、 制勝類得分類等多種類型。 籃球比賽是根據(jù) 參賽隊(duì) 在規(guī)定的比賽時間里得分多少來決定勝負(fù)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) 是一個負(fù)責(zé)籃球比賽的數(shù)據(jù)采集和分配的專用系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)對比賽結(jié)果、成績信息的采集處理、傳輸分配， 即將籃球比賽比分?jǐn)?shù)據(jù)通過專用的技術(shù)接口分別傳送給裁判員、教練員、計算機(jī)信息系統(tǒng)和現(xiàn)場觀眾等。 籃球比賽的計時計分系統(tǒng)由計時器 、 計分器等多種電子設(shè)備組成， 由于比賽的不可重復(fù)性，決定了籃球計時計分系統(tǒng)是一個實(shí)時性很強(qiáng)、可靠性要求極高的電子服務(wù)系統(tǒng)，所以計時計分設(shè)備是籃球比賽中不可缺少的電子設(shè)備， 計時 計 分系統(tǒng)設(shè)計是否合理，關(guān)系到比賽系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定和可靠，并直接影響到比賽的順利進(jìn)行。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(shè)備應(yīng)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(shè)備相聯(lián)，以便實(shí)現(xiàn)高比 賽現(xiàn)場感 、 表演娛樂觀眾等功能目標(biāo) 。隨著比賽規(guī)則的進(jìn)一步完善，相應(yīng)的計時計分系統(tǒng)也必須隨之改進(jìn)。 單片機(jī)，亦稱單片微電腦或單片微型計算機(jī)。它是把中央處理器（ CPU）、隨機(jī)存取存儲器（ RAM）、只讀存儲器（ ROM）、輸入 /輸出端口（ I/0）等主要計算機(jī)功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機(jī)。計算機(jī)的產(chǎn)生加快了人類改造世界的步伐，但是它畢竟體積大。微計算機(jī)（單片機(jī)）在這種情況下誕生了，它為我們改變了什么？縱觀我們現(xiàn)在生活的各個領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機(jī)上各種儀表的控制，從計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到 工業(yè)自動化過程的實(shí)時控制和數(shù)據(jù)處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能 IC 卡、電子寵物等，這些都離不開單片機(jī)。 由于單片機(jī)的集成度高，功能強(qiáng)，通用性好，特別是它具有體積小，重量輕，能耗低，價格便宜，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，使單片機(jī)迅速得到了推廣應(yīng)用，目前已經(jīng)成為測量控制應(yīng)用系統(tǒng)中的優(yōu)選機(jī)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(jī)電行業(yè)，競相把單片機(jī)應(yīng)用于產(chǎn)品更新，作為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化 、 智能化的核心部件。本篇設(shè)計籃球比賽計時計分器就是以單片機(jī)為核心的計時計分系統(tǒng)。 2 證 本次為了使設(shè)計更加合理，我組共提出了兩種顯示方案，具體內(nèi)容如下： 共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極 COM 接到 +5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。 靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動電路具有輸出鎖存功能，即各個 LED 的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)的段碼將維持輸出不變，直到送入另一個字符的段碼為止。正因?yàn)槿绱?，靜態(tài)顯示器的亮度都比較高。靜態(tài)顯示的程序設(shè)計，是將 一個兩位數(shù)的個位與十位分開，并且用查表指令，輸出對應(yīng)位的表格代碼。 圖 21數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路圖 共陽極數(shù)碼管的動態(tài)顯示，是四位數(shù)碼管有一個 I/O 口控制 LED 片的多段復(fù)用，共陽極分別由相應(yīng)的 I/O 口線控制，形成各片的分時選通。若要各位數(shù)碼管能夠同時顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用動態(tài)顯示方式，即在某一時刻，讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而且其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，這樣在同一時刻，兩個數(shù)碼管只有選通的那一位顯示字符，而另一個是滅著的。同樣，在下一時刻，只讓第二個的位選線處于選通狀態(tài)，另一位選線關(guān)閉，如此循環(huán)下去，就可以使兩位數(shù)碼管顯示出所要顯示的字符。雖然這些字符不是在同一時刻出現(xiàn)，但由于 LED 片燈的余暉和人眼的視覺暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，就可以造成兩位同時亮的假象，達(dá)到同時顯示的3 效果。設(shè)計基本與靜態(tài)設(shè)計相同，不同之處是在多了位選信號。在程序設(shè)計中在每次輸出字符時，都要給相應(yīng)的那位進(jìn)行置位，另一位復(fù)位，確保每次只有一個數(shù)碼管亮。 圖 22數(shù)碼管動態(tài)顯示電路圖 數(shù)碼管靜態(tài)顯示需要靜態(tài)驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動，靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的 每一個段碼都有一個單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用 BCD 碼二 /十進(jìn)位轉(zhuǎn)換器進(jìn)行驅(qū)動，靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，顯示亮度高，無閃爍，占用 CPU 時間少，缺點(diǎn)是功耗比較大，占用 I/O 端口多，如驅(qū)動 5 個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58＝ 40 個 I/O 端口 來驅(qū)動， 而 一個 89S52 單片機(jī)可用的 I/O 端口 才 32 個。故實(shí)際應(yīng)用時必須增加 位 驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬體電路的復(fù)雜性。 數(shù)碼管動態(tài)顯示需要動態(tài)驅(qū)動：動態(tài)驅(qū)動是將所數(shù)碼管的 7 個顯示片段的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 端增加位選通控制電路，位選通有 各自獨(dú)立的I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字型碼時，所有數(shù)碼管都接受到相同的字型碼，將需要顯示的數(shù)碼管的選通 COM 端電路的控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮，通過分時輪流控制各個 LED 數(shù)碼管的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象看及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功能更低、硬件電路也較靜態(tài)顯示簡單。 考慮設(shè)計要求和器件的限制，我組的課程設(shè)計采用的是共陽極數(shù)碼管的動態(tài)顯示。 4 籃球比賽計時計分器主要包括單片機(jī)控制系統(tǒng)、計時計分 LED 顯示模塊、 蜂鳴器 報警 、 按鍵控制鍵盤模塊 、復(fù)位電路模塊、晶振模塊 和 系統(tǒng) 電源模塊。通過這幾個模塊的協(xié)調(diào)工作就可以完成相應(yīng)的計時計分控制和顯示功能。模塊框圖如圖 31 所示。 圖 31系統(tǒng)框圖 本設(shè)計是 采用單片機(jī) AT89S52 作為系統(tǒng)的核心 元件 ，利用 7 段共陽 LED 作為顯示器件。 在此設(shè)計中共接入了 8 個 7 段 共 陽 LED 顯示 器，其中 4 個用于記錄甲、乙兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)，每隊(duì)兩個 LED 顯示 器顯示范圍為 0~99 分，足以滿足賽程需要，另外 4 個用來記錄賽程時間，其中兩個用于顯示分鐘，兩個用于顯示秒鐘。 賽程計時采用倒計時方式，比賽開始時啟動計時，直至計時到本節(jié)時間為零，結(jié)束本節(jié)比賽，同時 蜂鳴器開始 報警，時間刷新為下一節(jié)準(zhǔn)備，等待開始。 計時范圍可達(dá)到 0~99 分鐘，也完全滿足實(shí)際賽程的需要。 系統(tǒng)控制中心單片機(jī) AT89S52 AT89S52 是 一個低功耗 、 高性能 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的單片機(jī) AT89S52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 本設(shè)計所采