【正文】 .............................. 32 結(jié)論 ........................................................................................... 35 致謝 ........................................................................................... 36 參考文獻(xiàn) ................................................................................... 37 基于單片機(jī)的籃球比賽計(jì)分器設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 目的及意義 設(shè)計(jì)（論文）的目的 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)在我們生活中越來(lái)越被廣泛的使用，由于單片機(jī)的集成度高，功能強(qiáng)，通用性好，具有體積小，重量輕，能耗低，價(jià)格便宜，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等優(yōu)點(diǎn)使單片機(jī)迅速得到廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)成為各種電子產(chǎn)品中的關(guān)鍵部分。它具有賽程定時(shí)設(shè)置，賽程時(shí)間暫停，以及及時(shí)刷新甲、乙兩隊(duì)的成績(jī)和上半場(chǎng)結(jié)束后成績(jī)保留等功能。 (2) 可以了解到 LCD 顯示器的結(jié)構(gòu)、工作原理和接口實(shí)例和具體連接以及編程方法。 籃球比賽是根據(jù)運(yùn)動(dòng)員在規(guī)定的比賽時(shí)間里得分多少來(lái)決定勝負(fù)的，籃球比賽的計(jì)時(shí)計(jì)分系統(tǒng)是一種得分類(lèi)型的系統(tǒng)。本系統(tǒng) 具有賽事時(shí)基于單片機(jī)的籃球比賽計(jì)分器設(shè)計(jì) 2 間設(shè)置、賽事時(shí)間啟 /停設(shè)置、賽事得分，報(bào)警等功能。因?yàn)榛@球的出現(xiàn)，籃球計(jì)時(shí)計(jì)分器也隨之發(fā)展。籃球計(jì)數(shù)器也逐漸以單片機(jī)為核心來(lái)設(shè)計(jì)電路，使其功能更加強(qiáng)大，現(xiàn)在的籃球比賽計(jì)分器已經(jīng)能夠與現(xiàn)場(chǎng)成績(jī)處理，現(xiàn)場(chǎng)的大屏幕，電視轉(zhuǎn)播等多種設(shè)備相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)高比賽現(xiàn)場(chǎng)感，能夠?qū)崟r(shí)的傳達(dá)給觀眾 [2]。 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要解決的主要問(wèn)題： （ 1） LCD 顯示器的接口與單片機(jī)的連接以及編程方法。 章節(jié)安排 基于單片機(jī)的籃球比賽計(jì)分器設(shè)計(jì) 3 本次試驗(yàn)一共分為五章。 第四章：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的軟件設(shè)計(jì)，編寫(xiě)程序，進(jìn)行 Proteus 仿真。 設(shè)計(jì)思路 籃球計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器的核心是 51 單片機(jī)，本次設(shè)計(jì)采用的是 AT89C51 單片機(jī) ，它具有四個(gè)輸入 /輸出接口，其中 P0 和 P3 端口作為按鍵程序的設(shè)定端口， 按鍵用來(lái)啟動(dòng)比賽時(shí)間， 用來(lái)暫停比賽時(shí)間， 和 用來(lái)修改比賽 的時(shí)間， 按鍵用來(lái)計(jì)算客隊(duì)的分?jǐn)?shù)，當(dāng)客隊(duì)得分時(shí)進(jìn)行累加， 按鍵用來(lái)計(jì)算主隊(duì)的分?jǐn)?shù)，當(dāng)主隊(duì)得分時(shí)進(jìn)行累加， 按鍵用來(lái)更改客隊(duì)的分?jǐn)?shù)， 按鍵用來(lái)更改主隊(duì)的分?jǐn)?shù)， 用來(lái)接蜂鳴器做倒計(jì)時(shí)功能， P0 端口作為 LCD 顯示器的接口。 基于單片機(jī)的籃球比賽計(jì)分器設(shè)計(jì) 5 第 3 章 器件介紹 AT89C51 單片 機(jī) 簡(jiǎn)介 AT89C51 是一個(gè) CMOS 8 位具有高性能、低電壓的單片機(jī)，片內(nèi)含隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 Flash 只讀存儲(chǔ)器。 主要 引腳 腳有 ： VCC和 VSS 分別接正負(fù)端的 5V電源， RST 為復(fù)位端，外接電容和電阻構(gòu)成復(fù)位電路， P0～P3 是編程常用的輸入輸出口， XTAL1 和 XTAL2 為 晶體 振蕩器 I/O 端口，外接 6MHZ或 12MHz 晶 體震蕩頻率 [4]，引腳圖如圖 31 所示。 VCC：電壓端口。在程序校驗(yàn)時(shí) ， P0 端口 輸出指令，校驗(yàn)時(shí)，要 在電路外接上 上拉電阻。 Flash 程序校驗(yàn)和 編程期間， P1 端可以 接收低 8 位 的 地址。 P2 口當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器或外部程序存儲(chǔ)器的 16 位地址進(jìn)行存取時(shí)，地址的高八位輸出。作為輸入時(shí)，因?yàn)橥獠康南吕瓰榈碗娖?，所以P3 口將輸出電流。當(dāng)振蕩器接復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 引腳兩個(gè)時(shí)鐘周期為高電平。要是想要禁止 ALE 的輸出則可在 SFR8EH 地址上置低電平。但在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào) 將不會(huì)出現(xiàn) [4]。 振蕩器特性 : XTAL1 和 XTAL2 為反向放大器的輸入 端 和輸出 端 。它 對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)脈 沖 寬 度沒(méi)有 任何 的 要求，但 是 必須 要 保證脈沖的高低電平 所 要求的寬度 [6]。 1602 液晶也 可以 叫 1602 字符型液晶，它是一種用來(lái) 專(zhuān)門(mén) 顯示字母 、 符號(hào) 、數(shù)字 等的點(diǎn)陣型 的 液晶模塊。 第 2 腳： VCC 接 正 5V 電源。 第 6 腳： EN 端為使能端 ,讀取信息 置高電平 ，執(zhí)行指令 在負(fù)跳變時(shí)。各個(gè)引腳排布如圖 32 所示。 我們寫(xiě)程序時(shí)甚至可以直接用 P1=?A?這樣的方法 就可以，計(jì)算機(jī)會(huì) 在編譯時(shí)把 39。 以下是 1602 的 16 進(jìn)制 ASCII 碼 值 地址 ，讀取方法先 讀上面那行 ，在讀左面那列 ，例 如：感嘆號(hào)！的 ASCII 為 0x21，字母 B 的 ASCII 為 0x42（前面加 0x表示十六進(jìn)制）[9]，如表 34 所示。其產(chǎn)品一般 是 用金屬外殼 來(lái)封裝， 有的也用 玻璃殼或塑料封裝 ，市場(chǎng)上常見(jiàn)的是用金屬外殼來(lái)封裝的 。 我們通常使用的時(shí)鐘內(nèi)部也含有晶體。其中多諧振蕩器是由由晶體管或者集成電路組成。在接通電源后，振蕩器發(fā)出的音頻信號(hào)流過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。 (a) 有源 （ b）無(wú)源 圖 33 蜂鳴器圖 其中 a 為有源， b 為無(wú)源，從圖 33（ a）、（ b）看，兩種蜂鳴器的形狀差不多，但是兩者在高度是有區(qū)別的，有源蜂鳴器的高度約為 9mm，無(wú)源蜂鳴器的高度約為 8mm。有源蜂鳴器直接基于單片機(jī)的籃球比賽計(jì)分器設(shè)計(jì) 12 接上額定電源就可以連續(xù)發(fā)聲，而無(wú)源蜂鳴器和電磁揚(yáng)聲器一樣，需要接在音頻輸出的電路中才能發(fā)聲。 表 36 蜂鳴器的優(yōu)缺點(diǎn) 類(lèi)別 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 無(wú)源蜂鳴器 便宜，可以發(fā)出音節(jié)，在一些電路中，可以和 LED 復(fù)用一個(gè)控制口 程序編程較復(fù)雜 有源蜂鳴器 程序控制方便 價(jià)格較貴 蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)方式 蜂鳴器是直流電壓驅(qū)動(dòng)的，不需要利用交流信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，只需對(duì)驅(qū)動(dòng)口輸出驅(qū)動(dòng)電平并通過(guò)三極管放大驅(qū)動(dòng)電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音。例如頻率為 2021Hz 的蜂鳴器，就可以知道它的周期為 500μ s，那么只需要把 PWM 的周期設(shè)為 500μ s，占空比設(shè)置為 250μ s，這樣就會(huì)產(chǎn)生頻率為 2021Hz 的方波，使用三極管和這個(gè)方波就可以去驅(qū)動(dòng)這個(gè)蜂鳴器了。所以蜂鳴器電路一般由三極管、蜂鳴器、電阻和電 源濾波電容組成 [10]，電路如圖 34 所示。 它的作用是穩(wěn)壓、 上拉、限流 ，讓內(nèi)部電路穩(wěn)定的工作，來(lái)達(dá)到 提升內(nèi)存的穩(wěn)定性 的作用 ， 同時(shí)也可以 增 加 內(nèi)存 的使用時(shí)間 。如：標(biāo)示為 “103”的阻值 是 1010^3=10kΩ；標(biāo)為 “222”的阻值為 2210^2=；標(biāo)為 “105”的阻值為 1010^5=1MΩ。前三位 的 數(shù)字分別表示 電 阻值的百位、十位 和 個(gè)位數(shù)字，第四位數(shù)字 則 表示前面三個(gè)數(shù)字乘 以 10 的 N 次 冪 ，單位為 Ω； 數(shù)字后面的英文字母代表 的是 誤差 (G=2%、 F=1%、 D=%、 B=%、 A 或基于單片機(jī)的籃球比賽計(jì)分器設(shè)計(jì) 14 W=%、 Q=%、 T=%、 V=%)。 圖 36 按鍵實(shí)物圖 通常，按鍵分為編碼和非編碼，此次設(shè)計(jì)用的是非編碼按鍵。 如圖 3 38 所示。 飽和狀態(tài)：當(dāng) PN 結(jié)的導(dǎo)通電壓小于三極管發(fā)射極的電壓，并且當(dāng)基極的電流增大到一定值時(shí)，集電極的電流處于某一定值，幾乎不會(huì)發(fā)生改變，此時(shí)的三極管就不具備電流放大的功能，這時(shí)集電極和 發(fā)射極的電壓很小，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)導(dǎo)通?；趩纹瑱C(jī)的籃球比賽計(jì)分器設(shè)計(jì) 16 三極管的工作狀態(tài)圖如圖 39 所示。因此電容間通過(guò)的電流是通過(guò)電場(chǎng)形式存在的。由于 電路中 存在 電感，電阻， 所以形成的 電流 通常含有噪聲，會(huì)影響電路的正常工作，產(chǎn)生干擾，這就叫做 “耦合 ”。旁路電容要盡量靠近負(fù)載器件的供電電源管腳。高頻旁路 里的 電容一般較小，一般取、 等；而耦合電容的容量一般 要比旁路電容大 ，可 以 是 10μF 或者 大于 10μF，這要通過(guò) 驅(qū)動(dòng)電流變化 的 大小 以及電路參數(shù) 來(lái)確定。 在電路中， 有時(shí) 我們 會(huì)看 到 電解電容并聯(lián)一個(gè)小電容， 其中電解電容的容量較大， 這時(shí)大電容 就會(huì) 通低頻， 而 小電容 則通 高頻。 通俗來(lái)講 濾波就 是充電 和 放電的過(guò)程。 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) Proteus 軟件 由英國(guó) Labcenter 公司研制的 Proteus 仿真軟件和開(kāi)發(fā)平臺(tái)目前是仿真平臺(tái)里最完整的，同時(shí)也是最先進(jìn)的嵌入式系統(tǒng)。具有 其 模擬電路 的 仿真、數(shù)字電路 的 仿真、單片機(jī) 以及 外圍電路組成 的系統(tǒng)仿真、 I2C 調(diào)試器、 RS232 動(dòng)態(tài)仿真、鍵盤(pán)和 LCD 顯示器、 SPI 調(diào)試器 的 仿真功能； 并且包含各類(lèi)的 虛擬儀器，如示波器、信號(hào)發(fā)生器等。 都可以用此軟件進(jìn)行仿真。 （ 5）將 Keil 軟件編譯生成的 HEX 文件下載到單片機(jī)芯片中，就可對(duì)電路進(jìn)行仿真，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 使用 KEIL 軟件編寫(xiě)的程序，可通過(guò)下載到開(kāi)發(fā)板里來(lái)觀看實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，本次試驗(yàn)使用 KEIL 軟件的界面如圖 42 所示。在編譯成功時(shí)，可以使用單步調(diào)試功能，來(lái)看程序的運(yùn)行結(jié)果。 編輯是指在界面內(nèi)進(jìn)行程序的編寫(xiě)。若發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和所 要求的不符，則可退回編輯界面，進(jìn)行程序的重新編寫(xiě)。 本次試驗(yàn)使用的開(kāi)發(fā)板如圖 43所示。 定義為按鍵三，按鍵三為主隊(duì)加分鍵。 定義為按鍵 7，按鍵 7 是 24 秒清零鍵，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)， 24 秒倒計(jì)時(shí)，在 24 秒內(nèi)若沒(méi)投進(jìn)球則計(jì)時(shí)為零時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲，提示投球已過(guò) 24 秒，開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，此功能不起作用。 P0 端口作為 LCD 顯示器的顯示接口，由圖 44 可以看出在 P0 端口處還加入了一個(gè)10K 的排阻，是因?yàn)?P0 端口本身不含有 內(nèi)部上拉電阻，目的是使 輸 出的 更穩(wěn)定， 而且傳輸 的 距離更遠(yuǎn) ，可以 用來(lái) 消減 線路 傳輸時(shí) 對(duì)信號(hào)的損耗 ；也起到了一個(gè)限流的作用。“ 12：00”表示的是每一小節(jié)比賽的時(shí)間。 時(shí)間的顯示主要程序如下： lcd(0x80+0x4a)。:39。 在比賽開(kāi)始前，我們可以自行對(duì)比賽時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，按下時(shí)間的加減按鍵，即可修改時(shí)間，但在比賽開(kāi)始之后，比賽時(shí)間不可修改，如圖 4 47 所示。 在比賽過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)主隊(duì)的分?jǐn)?shù)記錄錯(cuò)誤，則可按下客隊(duì)減一分鍵來(lái)更改客隊(duì)的分?jǐn)?shù)，如圖 49 所示。 //主隊(duì)分?jǐn)?shù) lcddata(39。I39。)。 lcddata(tab[zhudui/100])。 //客隊(duì)分?jǐn)?shù) lcddata(39。A39。)。 lcddata(tab[kedui/100])。 圖 411 倒計(jì)時(shí)開(kāi)始電路 由圖 410 可以看出電路圖中 口接的是蜂鳴器，當(dāng)時(shí)間 00:10 時(shí)，由仿真圖可以看出蜂鳴器導(dǎo)通，即可進(jìn)行提示，客主兩隊(duì)的比分為 16:9，也意味著上半場(chǎng)比賽結(jié)束。 } else { beep=1。 此時(shí) 擁有球權(quán)的 人 必須在得 到 球后的 24 秒鐘內(nèi) 完成 投籃。 //24 秒 lcddata(tab[msc24/10])。 flang=0。 jie++。)。 lcddata(39。}} 基于單片機(jī)的籃球比賽計(jì)分器設(shè)計(jì) 26 交換電路 在比賽第一小節(jié)結(jié)束時(shí)，長(zhǎng)按暫停鍵即可交換兩隊(duì)的比賽分?jǐn)?shù)，如圖 414 所示。 zhudui++。 msc24=24。 delay(50)。 kedui++。 msc24=24。 delay(50)。 num_fen++。 } //加一分鐘 if(f2==0){ delay(50)。 delay(50)。 但是和 計(jì)算器清零 鍵 有所不 一樣的 的是，復(fù)位電路 的方法不一樣 。 手動(dòng)復(fù)位則是需要人為的在復(fù)位端加入高電平， 一般 使用 的辦法是在 復(fù)位端 端和電源 +Vcc 之間接 入 一個(gè)按 鍵， 當(dāng)人為按下按 鍵 時(shí)， Vcc 的 +5V 電 壓 就會(huì)直接加到 復(fù)位 端。所以上電復(fù)位所需的最短時(shí)間則是振蕩器建立的兩個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間。 晶振電路由電容和石英晶體組成， ～ 12MHZ 是晶體的震蕩頻率的范圍， 6MHz或 12MHz 是一般電路選擇的振蕩頻率，本次實(shí)驗(yàn)選擇 12MHz 的晶振頻率。當(dāng)電路中的電信號(hào)和晶振的頻率相同時(shí) ，電路就會(huì)輸出強(qiáng)大的信號(hào)和基于單片機(jī)的籃球比賽計(jì)分器設(shè)計(jì) 29 頻率穩(wěn)定的正弦波。 晶振和集成電路間一般是通過(guò)銅線相連的，這根銅線可以看成一段導(dǎo)線，導(dǎo)線在切割磁場(chǎng)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生電流，導(dǎo)線越長(zhǎng)，電流就越強(qiáng)。但晶振的輸出能力有限，它僅可以輸出以毫瓦為單位的電量。 圖 418 晶振電路 在畫(huà) PCB 版圖的時(shí)候，晶振要離單片機(jī)芯片越近越好。上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位所要達(dá)到的功能都是一樣的。 圖 416 手動(dòng)復(fù)位電路 上電復(fù)位是指單片機(jī)接通電源的時(shí)后，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行的復(fù)位，即在上電后，單片機(jī)恢復(fù)到