【正文】 2B； \計(jì)數(shù)器： 3 個(gè) 16 位； （ UART） 1 個(gè)； ： 8 個(gè)； ISP（ 在系統(tǒng)可編程） \IAP（ 在應(yīng)用可編程 ） ， 無(wú)需專用編程器 \仿真器； I\O 口： 32\36 個(gè)； ： ~； ： 40 腳 PDIP、 44 腳 PLCC 和 PQFP 等 89C51 單片機(jī)的引腳 [5]功能說(shuō)明 （ 1） VCC： 電源電壓 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) 4 （ 2） GND： 地 （ 3） P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 ，足球出界需要停止時(shí)間表。以單片機(jī)為主體取代傳統(tǒng)儀器儀表的常規(guī)電子線路，可以很容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起，組成新一代的 “智能儀器 ”[2]。 STC89C51RC 是采用 8051 核的可編程芯片，最高工作 時(shí)鐘頻率 為80MHz，片內(nèi)含 8K Bytes 的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀 程序存儲(chǔ)器 ，芯片內(nèi)集成了通用 8 位 中央處理器 和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元 。 它不僅用于智能儀器、電氣設(shè)備、數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)控制及國(guó)防工業(yè)等技術(shù)領(lǐng)域，而且進(jìn)入億萬(wàn)家庭。 1989 年國(guó)際足聯(lián)開始正式把五人制足球納入管理范圍之內(nèi)，成為其主管團(tuán)體。 （ 4） P1 口 ： P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) （ 吸收或輸出電流 ） 4 個(gè) TTE 邏輯門電路。 表 32 P3 口的第二功能 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) 5 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0 （外中斷 0） INT1 （外中斷 1） T0（ 定時(shí) /計(jì)數(shù) 0） T1（定時(shí) /計(jì)數(shù) 1） WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） （ 8） EA /VPP： 外部訪問(wèn)允許。 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 C C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，對(duì)外接電容 C C2 雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程 度及溫度穩(wěn)定性 。 10pF，在這個(gè)系統(tǒng)中選擇了 33pF；石英晶振選擇范圍最高可選24MHz，它決定了單片機(jī)電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)震蕩頻率，在本系統(tǒng)中選擇的是 12MHz，因而時(shí)鐘信號(hào)的震蕩頻率為 12MHz。 本次所采用的的是共陽(yáng)極（ COM）的數(shù)碼管。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè) 數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。也就是說(shuō)，有源蜂鳴器內(nèi)部帶震蕩源，所以只要一通電就會(huì)叫；而 無(wú)源內(nèi)部不帶震蕩源，所以如果用直流信號(hào)無(wú)法令其鳴叫。 2．續(xù)流二極管 蜂鳴器本質(zhì)上是一個(gè)感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個(gè)續(xù)流二極管提供續(xù)流。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。使用定時(shí)器、外部中斷、串行口中斷中的某一個(gè)或某幾個(gè)時(shí) EA 都要置 1。就是在給其中一個(gè) 數(shù)碼管 加驅(qū)動(dòng)電壓的時(shí)候它是亮的，而其他的是暗的，但由于數(shù)碼管暗 下來(lái)需要一定的時(shí)間，當(dāng)它還沒(méi)有完全暗下來(lái)的時(shí)候，系統(tǒng)又給它施加驅(qū)動(dòng)電壓了，同時(shí)人眼具有 視覺(jué)暫留 特點(diǎn)，所以我們看到的就是穩(wěn)定的亮的數(shù)字了。其他的功能跟仿真時(shí)相同，沒(méi)有任何問(wèn)題。 （ 3） 基于 Keil C51 開發(fā)平臺(tái)開發(fā)了測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量控制程序，包括 單片機(jī)內(nèi)部相關(guān)寄存器的初始化、 倒計(jì)時(shí) 模塊、 按鍵檢測(cè)模塊以及 數(shù)碼管的顯示 模塊的程序編寫和調(diào)試 ，程序簡(jiǎn)潔，運(yùn)行速度快。 實(shí)物展示 及 按鍵測(cè)試 實(shí)物拍攝的圖片如圖 47 所示： 圖 47 實(shí)物圖 進(jìn)行以下的測(cè) 試： 按下暫停 /繼續(xù)按鍵（ S9），此時(shí)倒計(jì)時(shí)暫停，如圖 48 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) 32 圖 48 測(cè)試暫停 /繼續(xù)按鍵（ S9） 按下加一分按鍵（ S3），此時(shí)左邊隊(duì)伍顯示數(shù)字“ 01”，如圖 49 所示： 圖 49 測(cè)試加一分按鍵（ S3） 按下犯規(guī)數(shù)加一按鍵（ S4），此時(shí)左邊隊(duì)伍犯規(guī)數(shù)顯示“ 1”，如圖 410 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) 33 圖 410 測(cè)試犯規(guī)加一按鍵（ S4） 按下隊(duì)伍切 換按鍵（ S10），再按下兩次加一分按鍵（ S3），此時(shí)右邊隊(duì)伍分?jǐn)?shù)顯示“ 02”，如圖 411 所示： 圖 411 測(cè)試隊(duì)伍切換按鍵（ S10） 其余按鍵均按此方法測(cè)試，結(jié)果完全正確。 實(shí)物完成及實(shí)物調(diào)試 在仿真成功之后，著手完成真正的實(shí)物制作，采用的是網(wǎng)孔電路板焊接器件，按照電路圖排版。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，從按鍵被識(shí)別按下之后，延時(shí) 5ms 以上，從而避開了干擾信號(hào)區(qū)域，再來(lái)檢測(cè)一次，看按鍵是否真得已經(jīng)按下，若真得已經(jīng)按下，這時(shí)肯定輸出為低電平，若這時(shí)檢測(cè)到的是高電平，證明剛才是由于干擾信號(hào)引起的誤觸發(fā)， CPU 就認(rèn)為是誤觸發(fā)信號(hào)而舍棄這次的按鍵識(shí)別過(guò)程。定時(shí) /計(jì)數(shù)器有四種工作方式，由 M1M0 進(jìn)行開始 初始化 調(diào)用檢測(cè)按鍵部分 調(diào)用顯示函數(shù) 結(jié)束 倒計(jì)時(shí)程序 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) 19 設(shè)置，具體方式見下表。 本論文中 所有程序的編譯均 采用德國(guó) Keil Software 公司開發(fā)的 Keil C51 編譯器 [12]。比如為 2500Hz 的蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)，可以知道周期為 400μs，這樣只需要驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的 I/O 口每 200μs 翻轉(zhuǎn)一次電平就可以產(chǎn)生一個(gè)頻率為 2500Hz，占空比為 1/2duty 的方波，再通過(guò)三極管放大就可以驅(qū)動(dòng)這個(gè)蜂鳴器了。圖 220 為引腳圖。 數(shù)碼管與單片機(jī)接口設(shè)計(jì) 由于單片機(jī)的并行口不能直接驅(qū)動(dòng) 數(shù)碼管 ，所以，在一般情況下，必須采用專用的驅(qū)動(dòng)電路芯片 [13]，使之產(chǎn)生足夠大的電流， 數(shù)碼管 才能正常工作 。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 CPU執(zhí)行一條指令的各個(gè)微操作所對(duì)應(yīng)時(shí)間順序稱為單片機(jī)的時(shí)序。如果指令是直接尋址方式則為訪問(wèn)特殊功能寄存器。此時(shí)，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流 （ ILL） 。該器件的基本功能與普通的 51 單片機(jī)完全兼容。 總結(jié)起來(lái)，室內(nèi)五人制足球比賽主要有三個(gè)不同之處： 的時(shí)間為 20分鐘。單片機(jī)的出現(xiàn)，對(duì)于科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域都產(chǎn)生了巨大影響，同樣引起儀器儀表結(jié)構(gòu)的根本性變革。 本設(shè)計(jì)中搭建了 很多89C51 單片機(jī) 相關(guān)電路，包括了 利用單片機(jī)復(fù)位電路，時(shí)鐘電路等。各種普通家用電器中單片機(jī)的數(shù)量與日俱增。為了使五人制足球）更利于發(fā)揮運(yùn)動(dòng)員的能力，并且提高其比賽的觀賞性， 國(guó)際足聯(lián)制定了一整套針對(duì)五人制足球運(yùn)動(dòng)的新規(guī)則。對(duì)端口寫“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器 （ 地址為 0000HFFFFH ） 。 用戶也可以采用外部時(shí)鐘。 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) 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。 原理圖及引腳圖 對(duì)于一位數(shù)碼管對(duì)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。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 端口多，如驅(qū)動(dòng) 5 個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58=40 根 I/O 端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，一個(gè) 89S51 單片機(jī)可用的 I/O 端口才 32 個(gè)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。必須用 2K5K 的方波去驅(qū)動(dòng)它 。否則，在蜂鳴器兩端會(huì)產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動(dòng)三極管，并干擾整個(gè)電路系統(tǒng)的其它部分。 其功能特點(diǎn)如下 ： Proteus 軟件具有其它 EDA 工具軟件的功能。 本次設(shè)計(jì)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(shí)器 0 第一種工作方式 TH0=（ 6553650000） /256； //裝初值，定時(shí) 50ms TL0=（ 6553650000） %256； EA=1； //開總中斷 ET0=1； //打開定時(shí)器 0 } 倒計(jì)時(shí)程序 利用定時(shí)器 0 進(jìn)行倒計(jì)時(shí)的時(shí)間計(jì)算，首先定義定時(shí)器溢出標(biāo)志time_bit，再分別定義初始時(shí)間 20 ： 00 的分鐘變量 time_m 以及秒變量基于 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) 20 time_s。 本次設(shè)計(jì)中顯示時(shí)間的四位一體數(shù)碼管和兩個(gè)顯示比分的二位一體數(shù)碼管是通過(guò) 74HC595 進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描的，而兩個(gè)顯示犯規(guī)的數(shù)碼管則 是直接連接在單片機(jī)的 和 端口上。 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(guò)去上網(wǎng)查閱相關(guān)的資料和某些單片機(jī)論基于 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) 30 壇上的材料，可能是以下的原因： ① 既然 是動(dòng)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(shí)間間隔太小時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)閃爍！最好的問(wèn)題就是用靜態(tài)的，否則就要讓間隔時(shí)間很小 。 （ 4） 系統(tǒng)完成后測(cè)試了 系統(tǒng)所需要具備的功能，包括倒計(jì)時(shí) 20 分鐘、隊(duì)伍各自的加一分，兩隊(duì)犯規(guī)數(shù)的累計(jì)，倒計(jì)時(shí)暫停跟繼續(xù)、結(jié)束時(shí)發(fā)出提示音以及過(guò)程中 發(fā)出提示音，檢測(cè)了所有按鍵，基本上實(shí)現(xiàn)了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)全部的要求。最后成功的解決了這個(gè)問(wèn)題。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(jì)時(shí)的，而比分、犯規(guī)加減鍵則是為了防止沒(méi)有開始倒計(jì)時(shí)，不小心觸碰到而加了下面這樣的程序語(yǔ)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(jiǎn)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(gè)語(yǔ)句，就能讓系統(tǒng)自動(dòng)開始倒計(jì)時(shí)了。 因此可以采用軟件濾波的方法去除這些干擾信號(hào)，一般情況下，一個(gè)按鍵按下的時(shí)候， 總是在按下的時(shí)刻存在著一定的干擾信號(hào)，按下之后就基本上進(jìn)入了穩(wěn)定的狀態(tài)。 初始化中 TMOD 設(shè)置為 0x01，轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的為 00000001，對(duì)應(yīng)定時(shí)器的工作方式寄存器可以知道，設(shè)定的模式為，定時(shí)器 0 工作在方式 1 圖 33 工作方式寄存器 TMOD GATE：門控位 GATE=0 時(shí)，只要用軟件使 TCON 中的 TR0 或者 TR1 為 1，就可以啟動(dòng)定時(shí) /計(jì)數(shù)器工作； GATE=1 時(shí)，要同時(shí)滿足以下要求，才能啟動(dòng)定時(shí) /計(jì)數(shù)器工作（一般不使用） ① 用軟件使 TR1 或 TR0 為 1， ② 同時(shí)外部中斷（ INT0/1）引腳（ ， ）也為高電平 M1M0；工作方式設(shè)置位。由 C51 產(chǎn)生的目的代碼的運(yùn)行速度極高，所需存儲(chǔ)空間極小，完全可以和匯編語(yǔ)言媲美。 而利用 I/O 定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形的方式會(huì)比較麻煩一點(diǎn)，必須利用 定時(shí)器 來(lái)做定時(shí)，通過(guò)定時(shí)翻轉(zhuǎn) 電平產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形，這個(gè)波形就可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器了。 移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（ Ds），和一個(gè)串行輸出（ Q7’） ， 和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一 個(gè)并行 8 位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能 OE 時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線 。 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中為了簡(jiǎn)化硬件線路設(shè)計(jì)，數(shù)碼管譯碼采用軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用的是共陽(yáng)極數(shù)碼管。 其 在應(yīng)用時(shí)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(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。 圖 29 單片機(jī)復(fù)位電路 時(shí)鐘發(fā)生電路 單片機(jī)中 CPU 每執(zhí)行一條指令，都 必須在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖的控制下嚴(yán)格按時(shí)間節(jié)拍進(jìn)行，而這個(gè)時(shí)鐘脈沖是單片機(jī)控制中的時(shí)序電路發(fā)出的。 RAM 還是訪問(wèn)特殊功能寄存器。對(duì) P3 口寫入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口 。片內(nèi)含有 Flash 程序存儲(chǔ)器、 SRAM、 UART、 SPI、 A\D、 PWM 等模塊。 五人制足球與普通足球的其他不同包括 五人制通常在室內(nèi)比賽，比賽場(chǎng)地較小 ，使用較小的球門以及較小尺寸的足球，以及縮短了的比賽時(shí)間。這種超大規(guī)模集成電路芯片稱為 “單片微處理器 ”，也叫單片機(jī)。 74HC595芯片能 將串行輸入的 8 位數(shù)字，轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿休敵龅?8 位數(shù) 。 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(lái)的 MCS51系列單片機(jī) [3]。在國(guó)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(lái)越多的 國(guó)家 得到了傳播。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） 。 EA 端必須保持低電平 （ 接地 ） 。采用外部時(shí)鐘的電路如圖 31（ b）圖所示。 圖 211 四位一體數(shù)碼管顯示模塊