【正文】 系統(tǒng)軟件采用 C51 單片機(jī)專用語言編寫，利用 Keil51 編譯器編譯，產(chǎn)生的目的代碼的運(yùn)行速度高，所需存儲(chǔ)空間小。盡管單片機(jī)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(qiáng)大的生命力，以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)迅速占領(lǐng)市場并獲得廣泛應(yīng)用。 單片 機(jī)最大特點(diǎn)是單片化 [3]， 體 積大大減小 、 功耗和成本低 、 可靠性高 、易擴(kuò)展、控制功能強(qiáng)、易于開發(fā)。 單片機(jī)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(jī) [3]。由于其具有 80C51 的原有功能，內(nèi)部還含有大容量的 Flash 存儲(chǔ)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(jī)的主流芯片之一。 五人制足球 比賽的方法具有很高的鍛煉價(jià)值，同時(shí)其趣味性 、 靈活性的特點(diǎn)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(yùn)動(dòng)員 所掌 握， 運(yùn)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(yùn)動(dòng)的魅力所在。 要累計(jì)兩隊(duì)各自的犯規(guī)總數(shù)，當(dāng)半場滿 5 次犯規(guī)時(shí)，有點(diǎn)球懲罰。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(shí)和資源在越來越多的 國家 得到了傳播。 該計(jì)分計(jì)時(shí)系統(tǒng)有如下的功能： 20 分鐘倒計(jì)時(shí)功能，隨時(shí)可以暫停倒計(jì)時(shí)。 基于 51 單片機(jī)的室內(nèi)五人制足球比賽計(jì)分計(jì)時(shí)系統(tǒng) 3 第 2 章 設(shè)計(jì) 原理 STC89C51 單片機(jī) STC 系列單片機(jī) [4]是美國 STC 公司最新推出的一種新型 51 內(nèi)核的單片機(jī)。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式 驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對端口 P0 寫“ 1”時(shí)可作為高阻抗輸入端用。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 （ ILL） 。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(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ ILL） 。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) （ 吸收或輸出電流 ） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。 （ 7） RST： 復(fù)位輸入。 EA 端必須保持低電平 （ 接地 ） 。 （ 9） XTAL1： 振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 當(dāng)一條指令訪問 7FH 以上的內(nèi)部地址單元時(shí)，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)。 基于 51 單片機(jī)的室內(nèi)五人制足球比賽計(jì)分計(jì)時(shí)系統(tǒng) 6 （ 13）時(shí)鐘振蕩器 ： 89C51[6] 中有一個(gè)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。采用外部時(shí)鐘的電路如圖 31（ b）圖所示。 MCS51 單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引 腳RST[7]， 采用施密特觸發(fā)輸入。 復(fù)位電路如圖 29 所示。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用單片機(jī)內(nèi)部的高增益反相放大器，外部電路簡，只需要一個(gè)晶振和 2 個(gè)電容即可，如圖 210 所示。 圖 211 四位一體數(shù)碼管顯示模塊 圖 212 二位一體數(shù)碼管顯示模塊 圖 213 一位數(shù)碼管顯示模塊 LED[10]是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。七段數(shù)碼 管 由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成顯示字段，其中 7 個(gè)長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個(gè)圓點(diǎn)形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，其通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字。 共陽極數(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。 共陰極數(shù)碼管 在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到地線 GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。每個(gè)段其實(shí)就是一個(gè)發(fā)光二極管，導(dǎo)通即亮。 四位一體 共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路構(gòu)造如圖 218 所 示（共陰極數(shù)碼管二極管反向） 。 軟件譯碼就是編寫軟件譯碼程序，通過譯碼程序來得到要顯示的字符的字段碼，譯碼程 序通常為查表程序。 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)通常分為兩種：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)顯示。 基于 51 單片機(jī)的室內(nèi)五人制足球比賽計(jì)分計(jì)時(shí)系統(tǒng) 12 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃 “ a， b， c， d， e， f， g， dp” 的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共 極 COM 增加 位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。 74HC595 74HC595 是硅結(jié)構(gòu)的 CMOS 器件， 兼容低電壓 TTL 電路，遵守 JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。 分類 蜂鳴器分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器兩種。 有源蜂鳴器往往比無源的貴，就是因?yàn)槔锩娑鄠€(gè)震蕩電路。 本次設(shè)計(jì)選用的蜂鳴器是有源蜂鳴器。比如頻率為20xxHz 的蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)，可以知道周期為 500μs，這樣只需要把 PWM 的周期設(shè)置為 500μs，占空比電平設(shè)置為 250μs，就能產(chǎn)生一個(gè)頻率為 20xxHz 的方波，通過這個(gè)方波再利用三極管就可以去驅(qū)動(dòng)這個(gè)蜂鳴器了。 1．蜂鳴器 發(fā)聲元件，在其兩端施加直流電壓（有源蜂鳴器）或者方波（無源蜂鳴器）就可以發(fā)聲，其主要 參數(shù)是外形尺寸、發(fā)聲方向、工作電壓、工作頻率、工作電流、驅(qū)動(dòng)方式（直流 /方波）等。 3．濾波電容 基于 51 單片機(jī)的室內(nèi)五人制足球比賽計(jì)分計(jì)時(shí)系統(tǒng) 15 濾波電容 C1 的作用是濾波，濾除蜂鳴器電流對其它部分的影響，也可改善電源的交流阻抗，如果可能，最好是再并聯(lián)一個(gè) 220uF 的電解電容。 單片機(jī)在推廣應(yīng)用的初期，主要使用匯編語言，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的開發(fā)工具只能支持匯編語言。 C51 是專為 51 單片機(jī) 開發(fā)的一種高性能的 C 編譯器。它不僅具有其它 EDA 工具 的軟件仿真功 能，還能仿 真單片機(jī)及其外圍器件 。這些功能是： （ 1）原理布圖 （ 2） PCB 自動(dòng)或人工布線 （ 3） SPICE 電路 仿真 革命性的特點(diǎn) （ 1）互動(dòng)的電路仿真 用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如 LED/LCD、鍵盤、 RS232 終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。 軟件調(diào)試的主要任務(wù)是排查錯(cuò)誤，錯(cuò)誤主要包括邏輯和功能錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤有些是顯性的，而有些是隱形的，可以通過仿真開發(fā)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)逐步改正。 本次設(shè)計(jì)的仿真電路 如圖 31 所示： 圖 31 Proteus 仿真電路圖 室內(nèi)五人制足球比賽計(jì)分計(jì)時(shí)系統(tǒng)的主程序 本論文足球比賽計(jì)分計(jì)時(shí)系統(tǒng)的程序框圖如下圖所示，主要包括了系統(tǒng)初始化部分、檢測按鍵部分以及顯示函數(shù)部分等，主程序框圖如圖 32 所示： 基于 51 單片機(jī)的室內(nèi)五人制足球比賽計(jì)分計(jì)時(shí)系統(tǒng) 18 圖 32 主程序框圖 初始化程序 初始化，是對將要用到的 51 系列單片機(jī)內(nèi)部部件或擴(kuò)展芯片進(jìn)行初始 工作狀態(tài)設(shè)定，初始化子程序 的主要工作是設(shè)置定時(shí)器的工作模式，初值預(yù)置，開中斷和打開定時(shí)器等 。 圖 34 中斷允許 IE 每一位都需要用程序置 1 或 清 0。 time_bit 每溢出 20 次為 1 秒，先判斷 time_m 跟 time_s 是否均為 0，如果是， 則比賽結(jié)束，蜂鳴器響，并且停止計(jì)時(shí)。amp。因此在按鍵按下的時(shí)候， 要把手上的干擾信號(hào)以及按鍵的機(jī)械接觸等干擾信號(hào)給濾除掉，一般情況下，可以采用電容來濾除掉這些干擾信號(hào)，但實(shí)際上，會(huì)增加硬件 成本及硬件電路的體積 ，總得有個(gè)辦法解決這個(gè)問題 。 消除干擾的程序如下所示： if（ S2==0） //犯規(guī)數(shù)減 1 按鍵 { Delay_MS（ 1000）； if（ S2==0） 本次設(shè)計(jì) 按照設(shè)計(jì)的要求，總共添加了 9 個(gè)按鍵，分別是加 1 分按鍵（ S3）、減 1 分按鍵 （ S5） 、犯規(guī)數(shù)加 1 按鍵 （ S4） 、犯規(guī)數(shù)減 1 按鍵（ S2）、蜂鳴器響按鍵（ S6）、 停蜂鳴器（ S7）、暫停 /繼續(xù)按鍵（ S9）、切換隊(duì)伍按鍵（ S10）以及復(fù)位鍵。顯示函數(shù)的程序如下所示： void Display（） //顯示函數(shù) { P0=LED_DATE[time_m/10]； //得出時(shí)間千位 HC595（ HC595_ScanDATE[0]）； Delay_MS（ 200）； P0=0xff； //消隱 P0=LED_DATE[time_m%10]； //得出時(shí)間百位 基于 51 單片機(jī)的室內(nèi)五人制足球比賽計(jì)分計(jì)時(shí)系統(tǒng) 26 HC595（ HC595_ScanDATE[1]）； Delay_MS（ 200）； P0=0xff； //消隱 P0=LED_DATE[time_s/10]； //得出時(shí)間十位 HC595（ HC595_ScanDATE[2]）； Delay_MS（ 200）； P0=0xff； //消隱 P0=LED_DATE[time_s%10]； //得出時(shí)間最個(gè)位 HC595（ HC595_ScanDATE[3]）； Delay_MS（ 200）； P0=0xff； //消隱 P0=LED_DATE[A_Score/10]； //得出 A 隊(duì)得分十位 HC595（ HC595_ScanDATE[4]） ； Delay_MS（ 200）； P0=0xff； //消隱 P0=LED_DATE[A_Score%10]； //得出 A 隊(duì)得分個(gè)位 HC595（ HC595_ScanDATE[5]）； Delay_MS（ 200）； P0=0xff； //消隱 P0=LED_DATE[B_Score/10]； //得出 B 隊(duì)得分十位 HC595（ HC595_ScanDATE[6]）； Delay_MS（ 200）； P0=0xff； //消隱 P0=LED_DATE[B_Score%10]； //得出 B 隊(duì)得分個(gè)位 HC595（ HC595_ScanDATE[7]）； Delay_MS（ 200）； P0=0xff； //消隱 基于 51 單片機(jī)的室內(nèi)五人制足球比賽計(jì)分計(jì)時(shí)系統(tǒng) 27 HC595（ HC595_ScanDATE[8]）； P0=LED_DATE[A_Foul]； //A 隊(duì)犯規(guī) AF = 1； Delay_MS（ 500）； AF = 0； P0=0xff； // 消隱 P0=LED_DATE[B_Foul]； //B 隊(duì)犯規(guī) BF = 1； Delay_MS（ 500）； BF = 0； P0=0xff； // 消隱 } 基于 51 單片機(jī)的室內(nèi)五人制足球比賽計(jì)分計(jì)時(shí)系統(tǒng) 28 第 4 章 系統(tǒng)運(yùn)行及測試結(jié)果分析 本章主要介紹系統(tǒng)樣應(yīng)用結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行分析。 Keil 中生成的 .hex 文件下載到仿真圖中的單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行仿真。 仿真結(jié)果 ： 仿真后，主要出現(xiàn)了一個(gè)問題那就是 當(dāng)點(diǎn)擊開始仿真按鈕之后，顯示犯規(guī)數(shù)的數(shù)碼管不會(huì)顯示初始數(shù)字“ 0”，出現(xiàn)錯(cuò)誤，如下圖所示： 基于 51 單片機(jī)的室內(nèi)五人制足球比賽計(jì)分計(jì)時(shí)系統(tǒng) 29 圖 44 圖片描述 研究程序后發(fā)現(xiàn)在 給出數(shù)碼管高電平（ =1）之后沒有隨 后給出低電平（ =0），修改完程序如下所示： P0=LED_DATE[A_Foul]； //A 隊(duì)犯規(guī) AF = 1； Delay_MS（ 500）； AF = 0； 之后順利的解決這個(gè)問題，數(shù)碼管顯示出正確的數(shù)字 系統(tǒng)中存在一些缺陷需要完善，例如 倒計(jì)時(shí)不會(huì)自動(dòng)開始，在暫停計(jì)時(shí)的時(shí)候，無法進(jìn)行比分以及犯規(guī)數(shù)的加減。 實(shí)際中使用的單片機(jī)為 STC89C52。 ② 只要刷新速度高于 20 次 /秒，就沒問題 ， 保證頻率了，如何掃描不均勻的話也可能會(huì)閃爍 。 ② 在驅(qū)動(dòng)端口與電源間串聯(lián)電阻，增加驅(qū)動(dòng)能力。因此 可以通過程序控制 腳的電平來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉 。 本論文的主要工作具體概括如下： （ 1） 廣泛閱讀了相關(guān)資料，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了 基于 STC89C51 單片 機(jī)控制、七段數(shù)碼管 顯示的 ， 室內(nèi)五人制足球比賽計(jì)分計(jì)時(shí) 系統(tǒng) 。 展望 隨著室內(nèi)五人制足球比賽愈發(fā)蓬勃發(fā)展，用一個(gè)準(zhǔn)確的計(jì)分計(jì)時(shí)系統(tǒng)去提供公平公正的比賽環(huán)境就顯得越來越重要，本 設(shè)計(jì)基于單片機(jī)制作產(chǎn)生，所以存在著單片機(jī)自身的缺陷，例如 受制版工藝、布局結(jié)構(gòu)、器件質(zhì)量等因素的影響導(dǎo)致抗干擾能力差，故障率高，不易擴(kuò)展，對環(huán)境依賴性強(qiáng) 等，但是其本身經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、成本較低，所以本系統(tǒng)還是很適用于一些小型、業(yè)余的室內(nèi)足球比賽