【正文】 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。 MCS51 單片機芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成震蕩器， XTAL1 為該放大器的輸入端， XTAL2 為該放大器輸出端，但形成時鐘電路還需附加其他電路。 基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 8 顯示模塊 顯示模塊采用 了 四位一體的數(shù)碼管 [9]、二位一體的數(shù)碼管以及一位數(shù)碼管，分別如圖 21 212 以及 213 所示。在單片機中使用最多的是七段數(shù)碼顯示器。數(shù)碼管按段數(shù)分為 七段數(shù)碼管 和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光 二極管 單元（多一個小數(shù)點顯示）；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和 共陰極數(shù)碼管 。 共陰極數(shù)碼管 是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 （ COM） 的數(shù)碼管。 原理圖及引腳圖 對于一位數(shù)碼管對應(yīng)的端名稱及排列如下圖所示 圖 214 一位數(shù)碼管引腳端名 稱 內(nèi)部的工作原理即如下圖所示。 本次設(shè)計選擇的二位一體 共陽極數(shù)碼管 是基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 10 18 個管腳的，其 內(nèi)部電路構(gòu)造如圖 216 所示 圖 216 二位 一體數(shù)碼管 內(nèi)部電路圖 其顯示的引腳位置圖為圖 217 圖 217 二位 一體數(shù)碼管 （ 18 腳） 引腳圖 而四位數(shù)碼管即相當(dāng)于四個一位的數(shù)碼管段選并聯(lián)而陰極（共陰數(shù)碼管）或陽極（共陽數(shù)碼管），則分別作為位選端。 硬件譯碼是指利用專門的硬件電路來實現(xiàn)顯示字符碼的轉(zhuǎn)換。如果驅(qū)動電路能力差，即負(fù)載能力不夠時，顯示器亮度就低，而且驅(qū)動電路長期在超負(fù)荷下運行容易損壞，因此， 數(shù)碼管 的驅(qū)動電路設(shè)計是一個非常重要的問題。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 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 根 I/O 端口來驅(qū)動，一個 89S51 單片機可用的 I/O 端口才 32 個，實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 所以為了簡化電路，本系統(tǒng)在數(shù)碼管驅(qū)動電路的設(shè)計上，利用單片機 P0口上外接的上拉電阻來實現(xiàn)，即將數(shù)碼管的 AG 段顯示引腳和 DP 小數(shù)點顯示引腳并聯(lián)到 P0 口與上拉電阻之間，這樣，就可以加大 P0 口作為輸出口的驅(qū)動能力，使得數(shù)碼管能按照正常的亮度顯示出數(shù)字。 數(shù)據(jù)在 SHcp（移位寄存器時鐘輸入）的上升沿輸入到 移位寄存器 中，在 STcp（存儲器時鐘輸入）的上升沿輸入到存儲寄存器中去。 基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 13 圖 220 74HC595 引腳圖 74HC595 的引腳說明 如表 24： 表 24 74HC595 引腳說明 表 引腳 描述 Q0?Q7 8 位并行數(shù)據(jù)輸出，其中 Q0 為第 15 腳 GND 地 Q7’ 串行數(shù)據(jù)輸出 MR 主復(fù)位（低電平 ） SHCP 移位寄存器時鐘輸入 STCP 存儲寄存器時鐘輸入 OE 輸出有效（低電平） DS 串行數(shù)據(jù)輸入 VCC 電源 蜂鳴器原理 蜂鳴器是 一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用 直流電壓 供電，廣泛應(yīng)用于計算機 、打印機、復(fù)印機、報警器、 電子玩具 、汽車電子設(shè)備、電話機、 定時器 等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲 器件 。必須用 2K5K 的方波去驅(qū)動它 。 有源蜂鳴器的優(yōu)點是：程序控制方便。在單片機的 軟件 設(shè)置中有幾個系統(tǒng)寄存器是用來設(shè)置 PWM 口的輸出的，可以設(shè)置占空比、周期等等，通過設(shè)置這些寄存器產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的 頻率 的波形之后，只要打開 PWM 輸出， PWM 輸出口就能輸出該頻 率的方波，這個時候利用這個波形就可以驅(qū)動蜂鳴器了。 驅(qū)動電路 蜂鳴器驅(qū)動電路一般都包含以下幾個部分：一個三極管、一個蜂鳴器、一個續(xù)流二極管和一個電源濾波電容。否則，在蜂鳴器兩端會產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動三極管，并干擾整個電路系統(tǒng)的其它部分。 圖 221 蜂鳴器驅(qū)動電路圖 基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 16 第 3 章 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計 對于 單片機 控制的系統(tǒng) ，軟件和硬件 同樣重要 ，硬件 僅 解決了信號輸入輸出問題，軟件 完成對數(shù)據(jù) 的處理、傳送、存儲、顯示等， 是系統(tǒng)的控制和處理核心。 支持 51 單片機 用的 C 語言編程 [11]的編譯器主要有兩種： Franklin C51 編譯器和 Keil C51 編譯器，我們簡稱 C51。 Proteus 軟件仿真 Proteus[13]軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件。 其功能特點如下 ： Proteus 軟件具有其它 EDA 工具軟件的功能。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等， Proteus 建立了完備的 電子 設(shè)計開發(fā)環(huán)境。 Proteus 可以完成單片機系統(tǒng)原理圖電路繪制、 PCB 設(shè)計，更為顯 著點的特點是可以與 keil的 u Visions4 IDE 工具軟件結(jié)合進行編程仿真調(diào)試。 表 31 定時 /計數(shù)器工作方式設(shè)置表 對定時器裝初值 [14]：本系統(tǒng)用的定時器 0 TH1=（ 65536200） /256； TL1=（ 65536200） %256； 所設(shè)定時間為50ms 中斷設(shè)置： 對 IE 賦值，開中斷 ① 開定時器中斷（ ET0=1 或 ET1=1） ② 開總中斷（ EA=1）。 本次設(shè)計初始化部分程序如下所示： void Init（） //初始化函數(shù) { LED2=0； TMOD=0x01； //定時器 0 第一種工作方式 TH0=（ 6553650000） /256； //裝初值，定時 50ms TL0=（ 6553650000） %256； EA=1； //開總中斷 ET0=1； //打開定時器 0 } 倒計時程序 利用定時器 0 進行倒計時的時間計算，首先定義定時器溢出標(biāo)志time_bit，再分別定義初始時間 20 ： 00 的分鐘變量 time_m 以及秒變量基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 20 time_s。 倒計時程序如下所示： void Timer（） interrupt 1 { Time_bit++； if（ Time_bit==20） { Time_bit=0； if（ time_s==0 amp。 time_m!=0） { time_s=59； time_m； } else time_s； } TH0=（ 6553650000） /256； TL0=（ 6553650000） %256； } 按鍵檢測程序 其實，作為一個按鍵從沒有按下到按下以及釋放是一個完整的過程，也就是說，當(dāng)按下一個按鍵時，總希望某個命令只執(zhí)行一次，而在按鍵按下的過程基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 21 中，不要有干擾 進來，因為，在按下的過程中，一旦有干擾過來，可能造成誤觸發(fā)過程 。從而提高了系統(tǒng)的可靠性。 本次設(shè)計中顯示時間的四位一體數(shù)碼管和兩個顯示比分的二位一體數(shù)碼管是通過 74HC595 進行動態(tài)掃描的，而兩個顯示犯規(guī)的數(shù)碼管則 是直接連接在單片機的 和 端口上。在 Proteus 面板上畫出系統(tǒng)的電路圖。 圖 43 仿真窗口截圖 然后點擊仿真界面左下角開始鍵即可進行仿真。完成后通過單片機開發(fā)版和 STCISP 軟件實現(xiàn) 單片機對 .hex 文件的 下載。 數(shù)碼管閃爍的解決方案 發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的閃爍較為嚴(yán)重，經(jīng)過去上網(wǎng)查閱相關(guān)的資料和某些單片機論基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 30 壇上的材料，可能是以下的原因： ① 既然 是動態(tài)顯示，那么一定要反復(fù)的輸出顯示數(shù)據(jù)，當(dāng)輸出顯示數(shù)據(jù)之間的時間間隔太小時，就會出現(xiàn)閃爍！最好的問題就是用靜態(tài)的，否則就要讓間隔時間很小 。 數(shù)碼管 不亮 的解決方案 發(fā)現(xiàn)了 顯示犯規(guī)數(shù)的兩個數(shù)碼管不亮，經(jīng) 過請教 導(dǎo)師 以及同學(xué) ，可能是 單片機端口的驅(qū)動能力不夠的原因，因為其他數(shù)碼 管都是通過 74HC595 芯片驅(qū)動的，可能的解決方案有： ① 讓單片機的端口輸出低電平，利用三極管將低電平轉(zhuǎn)換為高電平，驅(qū)動數(shù)碼管。后來采用了 如圖 46 的電路： 基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 31 圖 46 驅(qū)動蜂鳴器電路 如圖所示，蜂鳴器的正極接到 VCC（＋ 5V）電源上面，蜂鳴器的負(fù)極接到三極管的發(fā)射極 E，三極管的基級 B 經(jīng)過限流電阻 R1 后由單片機的 引腳控制，當(dāng) 輸出高電平時，三極管 T1 截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng) 輸出 低電平時，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。 基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 34 第 5 章 全文總結(jié)及展望 工作總結(jié) 本 論文設(shè)計并實現(xiàn)了 基于 STC89C51 單片機控制的 室內(nèi)五人制足球比賽計分計時 系統(tǒng)， 系統(tǒng)能 實現(xiàn)室內(nèi)五人制足球比賽的計時、計分、計犯規(guī)數(shù)等要求 。 （ 4） 系統(tǒng)完成后測試了 系統(tǒng)所需要具備的功能，包括倒計時 20 分鐘、隊伍各自的加一分，兩隊犯規(guī)數(shù)的累計，倒計時暫停跟繼續(xù)、結(jié)束時發(fā)出提示音以及過程中 發(fā)出提示音，檢測了所有按鍵，基本上實現(xiàn)了本次畢業(yè)設(shè)計全部的要求。 基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 35 參 考 文 獻 [1] 趙文博 ， 劉文濤 .單片機語言 C51 程序設(shè)計 .北京 ： 人民郵電出版社 .. [2] 方彥軍 ， 孫健 . 智能儀器技術(shù)及其應(yīng)用 . 第一版 . 北京 ： 化學(xué)工業(yè)出版社 ， 20xx. 2~10. [3] 王幸之 ， 鐘愛琴 ， 王雷 .AT89 系列單片機原理與接口技術(shù) .第一版 .北京 ： 北京航空航天大學(xué)出版社 ， . [4] 89C51 中文使用手冊 ： //[5] 89C51 單片機中文資料 ： //[6] 蘭吉昌． 51 單片機應(yīng)用設(shè)計百例．第一版 .北京 ， 化學(xué)工業(yè)出版社 ， . [7] 蔡美琴 ， 張為民 ， 毛敏 .MCS51 系列單片機系統(tǒng)及其應(yīng)用 .第二版 .北京 ： 高等教育出版社 ， [8] 沙占友 ， 王彥鵬 ， 孟志永 .單片機外圍電路設(shè)計．第一版 .北京 ： 電 子工業(yè)出版社 ，. [9] 李秀忠 .基于單片機的 LED 顯示屏控制電路設(shè)計 .現(xiàn)代電子技術(shù) 。 要設(shè)計制作更高水平的系統(tǒng)，需要采用更穩(wěn)定、質(zhì)量更好的工件，設(shè)計更高水平的布局結(jié)構(gòu)以及制版工 藝，編寫更穩(wěn)定適用出錯率低的程序等等。 （ 2）設(shè)計完成了 蜂鳴器驅(qū)動電路、單片機復(fù)位電路、時鐘發(fā)生電路以及74HC595 驅(qū)動數(shù)碼管電路 ，電路以精簡為主，性價比較高。最后成功的解決了這個問題。 最后選擇了第二個方案進行調(diào)整，成功點亮了數(shù)碼管，數(shù)碼管能正確顯示出犯規(guī)數(shù)字。 ③ 有新數(shù)據(jù)的時候才更新顯示緩沖區(qū)，否則就不更新 。 電路板實物測試結(jié)果 程序 編譯成功后下載到單片機中上電測試， 顯示時間的四位一體數(shù)碼管以及顯示分?jǐn)?shù)的二位一體數(shù)碼管出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，顯示犯規(guī)數(shù)的數(shù)碼管不亮，按下蜂鳴器響 （ S7）鍵后，蜂鳴器沒有任何響聲。研究程序之后，發(fā)現(xiàn)之前編寫的程序是讓我在按下暫停 /繼續(xù)鍵（ S9）之后才開始計時的，而比分、犯規(guī)加減鍵則是為了防止沒有開始倒計時，不小心觸碰到而加了下面這樣的程序語句： if（ TR0==1） //判斷是否開始，以免還未開始有誤按 所以， 完善 的方法也很簡單，將暫停 /繼續(xù)鍵（ S9）多余的功能程序刪除，在主程序 main 函數(shù)加入“ TR0=1”這個語句，就能讓系統(tǒng)自動開始倒計時了。 下載程序的步驟： 雙擊仿真圖中的芯片出現(xiàn)下面窗口 圖 41 程序下載窗口截圖 1 選擇 keil C 產(chǎn)生 文件如下窗口 圖 42 程序下載窗口截圖 2 點擊打開，然后點擊 ok。 將從下面幾方面 ① keil程序調(diào)試及 Proteus 仿真 ② 實物完成 ③ 實際電阻測量及結(jié)果分析 keil 程序調(diào)試及 Proteus 仿真 本系統(tǒng)的調(diào)試主要以軟件為主，其中，系統(tǒng)電路圖的繪制和仿真我采用的是 Proteus 軟件，而程序方面，采用的是匯編語言，用 Keil 軟件將程序?qū)懭雴纹?機。除去復(fù)位鍵，其他鍵位連接在單片機的仿真電路如圖 35 所示： 圖 35 按鍵連接仿真圖 對每個功能鍵編寫的程序如下所示： 加 1 分按鍵（ S3）： if（ S3==0） //加 1 分按鍵 { Delay_MS（ 1000）； if（ S3==0） { 基于 51 單片機的室內(nèi)五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 22 while（ !S3）；