【正文】 系統(tǒng)軟件采用 C51 單片機專用語言編寫，利用 Keil51 編譯器編譯，產(chǎn)生的目的代碼的運行速度高，所需存儲空間小。盡管單片機是從 1982 年才開始在我國應用的，但它一經(jīng)上市便顯示出強大的生命力，以其獨特的優(yōu)點迅速占領市場并獲得廣泛應用。 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)。 單片機的典型代表是 Intel 公司在 20 世紀 80 年代初研制出來的 MCS51系列單片機 [3]。由于其具有 80C51 的原有功能，內部還含有大容量的 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用，成為目前取代 MCS51 系列單片機的主流芯片之一。 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， 運用技術復雜，多姿多彩， 戰(zhàn)術 多樣，變幻莫測，攻守變換快，比賽起伏跌宕， 精彩紛呈 ，勝負難以預料，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。 要累計兩隊各自的犯規(guī)總數(shù)，當半場滿 5 次犯規(guī)時，有點球懲罰。在國際足聯(lián)與其成員的共同的努力下，五人制足球的相關知識和資源在越來越多的 國家 得到了傳播。 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。 基于 51 單片機的室內五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 3 第 2 章 設計 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 內核的單片機。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式 驅動 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。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 （ ILL） 。對端口 P2 寫“ 1”，通過內部的上拉電阻把端 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） 。 P3 口輸出緩沖級可驅動 （ 吸收或輸出電流 ） 4 個 TTL 邏輯門電路。 （ 7） RST： 復位輸入。 EA 端必須保持低電平 （ 接地 ） 。 （ 9） XTAL1： 振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。 當一條指令訪問 7FH 以上的內部地址單元時，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)。 基于 51 單片機的室內五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 6 （ 13）時鐘振蕩器 ： 89C51[6] 中有一個用于構成內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。采用外部時鐘的電路如圖 31（ b）圖所示。 MCS51 單片機有一個復位引 腳RST[7]， 采用施密特觸發(fā)輸入。 復位電路如圖 29 所示。本設計系統(tǒng)采用內部時鐘方式，利用單片機內部的高增益反相放大器，外部電路簡，只需要一個晶振和 2 個電容即可，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 個發(fā)光二極管組成顯示字段，其中 7 個長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個圓點形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，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 在應用時應將公共極 COM 接到地線 GND 上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。每個段其實就是一個發(fā)光二極管，導通即亮。 四位一體 共陽極數(shù)碼管的內部電路構造如圖 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)碼管的驅動通常分為兩種：靜態(tài)驅動和動態(tài)顯示。 基于 51 單片機的室內五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 12 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 “ 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，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通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)碼管就不會亮。 74HC595 74HC595 是硅結構的 CMOS 器件， 兼容低電壓 TTL 電路，遵守 JEDEC標準。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個脈沖。 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，就是因為里面多個震蕩電路。 本次設計選用的蜂鳴器是有源蜂鳴器。比如頻率為20xxHz 的蜂鳴器的驅動，可以知道周期為 500μs，這樣只需要把 PWM 的周期設置為 500μs，占空比電平設置為 250μs，就能產(chǎn)生一個頻率為 20xxHz 的方波，通過這個方波再利用三極管就可以去驅動這個蜂鳴器了。 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、驅動方式（直流 /方波）等。 3．濾波電容 基于 51 單片機的室內五人制足球比賽計分計時系統(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 220uF 的電解電容。 單片機在推廣應用的初期，主要使用匯編語言，這是因為當時的開發(fā)工具只能支持匯編語言。 C51 是專為 51 單片機 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 真單片機及其外圍器件 。這些功能是： （ 1）原理布圖 （ 2） PCB 自動或人工布線 （ 3） SPICE 電路 仿真 革命性的特點 （ 1）互動的電路仿真 用戶甚至可以實時采用諸如 LED/LCD、鍵盤、 RS232 終端等動態(tài)外設模型來對設計進行交互仿真。 軟件調試的主要任務是排查錯誤，錯誤主要包括邏輯和功能錯誤，這些錯誤有些是顯性的，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。 本次設計的仿真電路 如圖 31 所示： 圖 31 Proteus 仿真電路圖 室內五人制足球比賽計分計時系統(tǒng)的主程序 本論文足球比賽計分計時系統(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 單片機的室內五人制足球比賽計分計時系統(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 系列單片機內部部件或擴展芯片進行初始 工作狀態(tài)設定，初始化子程序 的主要工作是設置定時器的工作模式，初值預置，開中斷和打開定時器等 。 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， 則比賽結束，蜂鳴器響，并且停止計時。amp。因此在按鍵按下的時候， 要把手上的干擾信號以及按鍵的機械接觸等干擾信號給濾除掉，一般情況下，可以采用電容來濾除掉這些干擾信號，但實際上，會增加硬件 成本及硬件電路的體積 ，總得有個辦法解決這個問題 。 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） 本次設計 按照設計的要求，總共添加了 9 個按鍵，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）、切換隊伍按鍵（ S10）以及復位鍵。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]； //得出時間千位 HC595（ HC595_ScanDATE[0]）； Delay_MS（ 200）； P0=0xff； //消隱 P0=LED_DATE[time_m%10]； //得出時間百位 基于 51 單片機的室內五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 26 HC595（ HC595_ScanDATE[1]）； Delay_MS（ 200）； P0=0xff； //消隱 P0=LED_DATE[time_s/10]； //得出時間十位 HC595（ HC595_ScanDATE[2]）； Delay_MS（ 200）； P0=0xff； //消隱 P0=LED_DATE[time_s%10]； //得出時間最個位 HC595（ HC595_ScanDATE[3]）； Delay_MS（ 200）； P0=0xff； //消隱 P0=LED_DATE[A_Score/10]； //得出 A 隊得分十位 HC595（ HC595_ScanDATE[4]） ； Delay_MS（ 200）； P0=0xff； //消隱 P0=LED_DATE[A_Score%10]； //得出 A 隊得分個位 HC595（ HC595_ScanDATE[5]）； Delay_MS（ 200）； P0=0xff； //消隱 P0=LED_DATE[B_Score/10]； //得出 B 隊得分十位 HC595（ HC595_ScanDATE[6]）； Delay_MS（ 200）； P0=0xff； //消隱 P0=LED_DATE[B_Score%10]； //得出 B 隊得分個位 HC595（ HC595_ScanDATE[7]）； Delay_MS（ 200）； P0=0xff； //消隱 基于 51 單片機的室內五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 27 HC595（ HC595_ScanDATE[8]）； P0=LED_DATE[A_Foul]； //A 隊犯規(guī) AF = 1； Delay_MS（ 500）； AF = 0； P0=0xff； // 消隱 P0=LED_DATE[B_Foul]； //B 隊犯規(guī) BF = 1； Delay_MS（ 500）； BF = 0； P0=0xff； // 消隱 } 基于 51 單片機的室內五人制足球比賽計分計時系統(tǒng) 28 第 4 章 系統(tǒng)運行及測試結果分析 本章主要介紹系統(tǒng)樣應用結果，并對結果進行分析。 Keil 中生成的 .hex 文件下載到仿真圖中的單片機內進行仿真。 仿真結果 ： 仿真后，主要出現(xiàn)了一個問題那就是 當點擊開始仿真按鈕之后，顯示犯規(guī)數(shù)的數(shù)碼管不會顯示初始數(shù)字“ 0”，出現(xiàn)錯誤，如下圖所示： 基于 51 單片機的室內五人制足球比賽計分計時系統(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 隊犯規(guī) AF = 1； Delay_MS（ 500）； AF = 0； 之后順利的解決這個問題，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 倒計時不會自動開始，在暫停計時的時候，無法進行比分以及犯規(guī)數(shù)的加減。 實際中使用的單片機為 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閃爍 。 ② 在驅動端口與電源間串聯(lián)電阻，增加驅動能力。因此 可以通過程序控制 腳的電平來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關閉 。 本論文的主要工作具體概括如下： （ 1） 廣泛閱讀了相關資料，設計并實現(xiàn)了 基于 STC89C51 單片 機控制、七段數(shù)碼管 顯示的 ， 室內五人制足球比賽計分計時 系統(tǒng) 。 展望 隨著室內五人制足球比賽愈發(fā)蓬勃發(fā)展，用一個準確的計分計時系統(tǒng)去提供公平公正的比賽環(huán)境就顯得越來越重要，本 設計基于單片機制作產(chǎn)生，所以存在著單片機自身的缺陷，例如 受制版工藝、布局結構、器件質量等因素的影響導致抗干擾能力差，故障率高，不易擴展，對環(huán)境依賴性強 等，但是其本身經(jīng)濟實惠、成本較低，所以本系統(tǒng)還是很適用于一些小型、業(yè)余的室內足球比賽