【文章內(nèi)容簡介】 .......................................................... 40 華北水利水電學院畢業(yè)設計 （論 文） 1 序 論 隨著單片機在各個領(lǐng)域的廣泛應用，許多用單片機做控制的球賽計時計分系統(tǒng)也應運而生，如用單片機控制 LCD 液晶顯示器 [1]計時計分器，用單片機控制 LED 七段顯示器計時計分器等。 根據(jù)此次課題要求，這里介紹一種球賽計時計分器的設計方法 （以籃球為例說明） ，即單片機 直接 驅(qū)動數(shù)碼管工作的電路 。 電路采用單片機作為核心元件，利用 10 個 8 段共陰極 LED 數(shù)碼管 [2]作為顯示器件。 6 個用于記錄甲、乙兩隊的分數(shù)，每隊 3 個，顯示分數(shù)范圍可達 0～ 999 分，足夠賽程計分的需要。 4 個用于記錄賽程時間， 2 個 用于顯示分鐘， 2 個用于顯示秒鐘。比賽前，將時間設置好，比賽開始時啟動計時，直至倒計時到零為止。計時范圍達到0～ 99 分鐘，能滿足實際賽程計時的需要。為了配合計時器調(diào)整時間和計分器校正比分，設計了 6 個按鍵， 4 個用于輸入甲、乙兩隊的分數(shù) 以及時間的加減 ， 另 2 個用于啟動 /暫停賽程時間 和交換場地比分 。另外 ， 還設計了定時報警系統(tǒng)，即比賽時間到時，揚聲器發(fā)出報警聲提示賽程結(jié)束。 該系統(tǒng)具有賽程定時設置，賽程時間暫停，及時刷新甲、乙雙方的成績以及賽后成績暫存等功能。設計分為軟件設計和硬件設計兩部分。主控芯片采用 AT89C51，使用匯編語言編寫軟件程序，主體分為計時顯示模塊、計分顯示模塊、定時報警、按鍵控制模塊。編程后利用 Keil C51 軟件來進行編譯，再將生成的 HEX 文件裝入芯片中，采用 Proteus 軟件來仿真，檢驗功能是否能夠正常實現(xiàn)，隨后可用 Protel99 畫出硬件電路圖。 通過本次基于 單片機的 籃球 賽 計時計分器的設計，可以了解、熟悉有關(guān)單片機開發(fā)設計 實例 的過程，并加深對單片機的理解和應用以及掌握單片機與外圍接口的一些方法和技巧。 華北水利水電學院畢業(yè)設計 （論 文） 2 第一章 系統(tǒng)方案說明 方案選擇 籃球賽計時計分器設計 的現(xiàn)狀 體育比賽計時計分系統(tǒng)是對體育比賽過程中所產(chǎn)生的時間 ， 比分等數(shù)據(jù)信息進行快速采集記錄、加工處理、傳遞和利用的系統(tǒng)。根據(jù)運動項目的不同，比賽規(guī)則要求也不同，體育比賽的計時計分系統(tǒng)包括測量類 、 評分類 、命中類 、 制勝類和得分類等多種類型。 籃球比賽是根據(jù)運動隊員在規(guī)定的比賽時間里得分多少來決定勝負的，因此，籃球比賽的計時計分系統(tǒng)是一種得分類型的系統(tǒng)?；@球比賽的計時計分系統(tǒng)由計時器、計分器等多種電子設備組成的，同時，根據(jù)目前高水平籃球比賽要求，完善的籃球比賽計時計分系統(tǒng)設備應能與現(xiàn)場成績處理 、現(xiàn)場大屏幕 、 電視 轉(zhuǎn)播車等多種設備相聯(lián)，以便實現(xiàn)激烈的比賽現(xiàn)場感和表演娛樂等功能目標 ?，F(xiàn)在，根據(jù)設計要求，介紹一下設計方案。 系統(tǒng)總體設計方案 根據(jù)課題要求，介紹以下兩種設計方法。一種是單片機帶外圍擴展，驅(qū)動數(shù)碼管工作的電路，可提升學生對單片機接口電路的綜合運用能力；另一種是單片機直接驅(qū)動數(shù)碼管工作的電路，該電路成本相對較低。兩種電路都以 單片機作為核心元件，利用 10 個 八 段共陰極 LED 數(shù)碼管作為顯示器件。 6個用于記錄甲、乙兩隊的分數(shù)，每隊 3 個，顯示分數(shù)范圍可達 0～ 999 分，足夠賽程計分的需要。 4 個用于記錄賽程時間 ， 2 個用于顯示分鐘， 2 個用于顯示秒鐘。比賽前，將時間設置好，比賽開始時啟動計時，直至倒計時到零為止。計時范圍達到 0～ 99 分鐘，能滿足實際賽程計時的需要。為了配合計時器調(diào)整時間和計分器校正比分，設計了 7 個按鍵， 4 個用于輸入甲、乙兩隊的分數(shù) ， 另 3 個用于啟動和暫停賽程時間。另外 ， 還設計了定時報警系統(tǒng)，即比賽時間到時，揚聲器發(fā)出報警聲提示賽程結(jié)束。 華北水利水電學院畢業(yè)設計 （論 文） 3 二者的不同之處在于計時電路。前一種計時電路主要由按鍵開關(guān)、單片機 AT89C5譯碼器及 LED 顯示器構(gòu)成。當調(diào)時開關(guān) (十位 )按下時產(chǎn)生一個低電平，對應調(diào)分 (十位 )控制端 的 LE 輸出高電平，表示可以向 CD45ll的調(diào)分位 (十位 )發(fā)送數(shù)據(jù)，將要顯示數(shù)據(jù)的代碼經(jīng) 送到 CD4511 的 A 另— 端，送完后將 LE 清零。調(diào)時按鍵開關(guān)每按一次，數(shù)字自動加 1。直到調(diào)到需要設置的時間即可。調(diào)時 (個位 )的操作方法與之相同。時間設置完后 ,啟動定時器。如果比賽中暫停，按一下暫停鍵即可暫停計時。后一種計時電路主要由按鍵開關(guān)、單片機 AT89C51 及 LED 顯示器構(gòu)成，采用雙電源供電。單片機采用 +5V，數(shù)碼管采用 +15V 采用單片機直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示。當按下秒鐘加 1 按鍵時，秒計時顯示加 1；當按下秒 鐘減 1 按鍵時 , 秒計時顯示減 1；當按下分鐘加 1 按鍵時，分鐘顯示加 1，當按下分鐘減 1 按鍵時，分鐘顯示減 1。時間設置完后，啟動定時器開始倒計時。如果比賽中裁判叫暫停，則只要按一下暫停鍵，即可暫停計時。根據(jù)此次設計的實驗條件及設計目的，我采用 后 一種方案， 成本較低。 即單片機 直接 驅(qū)動數(shù)碼管工作的電路系統(tǒng)。球賽計時計分器系統(tǒng)圖如 11 圖所示。 圖 11 系統(tǒng)構(gòu)成圖 AT89C51 計分顯示 賽程比分 調(diào)整鍵盤 計時顯示 賽程時間 調(diào)整鍵盤 復位 晶振 華北水利水電學院畢業(yè)設計 （論 文） 4 系統(tǒng)基本功能介紹 本設計要實現(xiàn)的基本功能有：賽程時間設置，賽程時間啟 ／ 停設置，比分交換控制， 比分刷新控制，計時計分顯示，賽程結(jié)束報警。以下對個功能進行介紹。 賽程時間設置 在計時電路中 ， 按鍵開關(guān) K K K K4 用來設置賽程時間。 假設 ：比賽時間 第一節(jié)時間 15 分鐘，則通過按鍵 K K2 鍵，使數(shù)碼管 1 顯示 “1”，數(shù)碼管 2 顯示 5 即可 。 而數(shù)碼管 3 和 4 為秒?yún)^(qū)，全為零（在此設計中，我給每節(jié)比賽默認設置為 15） 。時間設置好后，等待比賽開始。 當比賽結(jié)束時，如果由于一些特殊原因需要增加比賽時間，這時增加比賽時間同樣由按鍵 K K K K4 來設置，并且設置方法與上面所述一 樣 ，一般情況下只需要 將 加時比賽 設 置為 5 分鐘 。 賽程時間啟動／暫停設置 當時間設置完成后，比如設置賽程時間為 45 分鐘，則在 LED 顯示器上顯示為 4500， 45 表示分鐘， 00 表示秒鐘。這時，如果裁判吹響開始的哨聲時，則應立即按下按鍵 K5，表示賽程開始，計時顯示則由 4500 變成 4459，4458??一直計時直到計為 0000 時表示賽程結(jié)束。按鍵 K5 為賽程啟動和暫?？刂啤? 比分交換控制 比分交換控制由 仿真原理圖 所示的 K6 鍵完成。我們知道，因為比分交換是在上半場賽程結(jié)束后進行的，也就是說比分交換 要 受賽程時間控制，只有當上半場計時器指示為 0000 時，按 K6 鍵，則會自動交換甲、乙兩隊的比分。如果上半場賽程時間沒有到 0000 時，則此時按下 K6 鍵， 對比賽沒有任何影響， 不能交換分數(shù)。 必須等到一節(jié)比賽或半場比賽結(jié)束才可以 。因此，K K6 鍵完成三重功能，即：啟動，暫停，比分交換。 比分刷新控制 由于在比賽中，甲、乙兩隊的比分是不斷在變化的，所以需要設置比分華北水利水電學院畢業(yè)設計 （論 文） 5 刷新控制裝置；此部分功能 由仿真原理圖 所示的按鍵開關(guān) K1~~K4 來完成的： K1 鍵：完成甲隊加 1 分操作 K2 鍵：完成甲隊減 1 分操作 K3 鍵：完成乙隊加 1 分操作 K4 鍵：完成乙隊減 1 分操作 計時計分顯示 計時計分顯示器是采用 八 段共陰極 LED 顯示器來顯示的。其中計分是用6 個 LED 顯示器。計時采用 4 個 LED 顯示器；顯示格式為 000000 和 0000。 賽程 每節(jié)比賽 結(jié)束報警 當 每節(jié) 比賽結(jié)束時，系統(tǒng)會自動發(fā)出 10 秒鐘報警聲，提示 此節(jié) 結(jié)束 ，直至整個比賽結(jié)束。 華北水利水電學院畢業(yè)設計 （論 文） 6 第二章 系統(tǒng)硬件電路設計 籃球賽計時計分器電路工作過程 整個籃球計時計分器的工作過程如下：首先在比賽之前，接通電源，系統(tǒng)自動復位，此時計時電路與計分電路中的共陰極數(shù)碼管分別顯示為 0000和 000000；然后我們按照計時電路圖中的 K K K K4 鍵來設置比賽時間 ， K K2 設置分位， K K4 設置秒位。比賽分四節(jié)進行，可以對每節(jié)比賽時間進行設置，在這里我將每節(jié)比賽時間默認為 15 分鐘 。時間設置好時，等待賽程開始，當裁判吹響哨聲時， 按下 K5 啟動計時，這時計時電路便開始工作，計時采用倒計時方式，即從 15 分鐘減為 0 分鐘表示 第一節(jié) 結(jié)束。 第一節(jié)比賽結(jié)束后，比賽進入休息時間，當?shù)诙?jié)比賽開始時，按下 K6 健比賽雙方交換場地和比分，時間重置為 15 分鐘。哨聲響起時，按下 K5 健，倒計時開始。第二節(jié)與第一節(jié)比賽過程一樣， 直至上半場比賽結(jié)束。 在整個賽程中，我們還要對兩隊比分進行及時刷新，這時我們通過計分電路圖中的K1~K4 鍵完成此功能， K1 和 K2 鍵完成甲隊加分、減分， K3 和 K4 鍵完成乙隊加分、減分。按鍵每按一下，表示加上或者減去 1 分。由于加分、減分我們采用中斷完成，且加、減分的中斷優(yōu)先權(quán)小于計時電路中的中斷優(yōu)先權(quán)，所以不會對計時電路造成影響。如果在賽程過程中，一方的教練申請暫停時，經(jīng)裁判批準，我們立即按下 K5 鍵，即可以暫停計時，暫停時間到時，再按下 K5 鍵繼續(xù)計時，直至 整個 賽程結(jié)束，蜂鳴器會發(fā)出 10 秒的響聲。 比賽期間如果發(fā)生誤 判，比如兩分變?nèi)?，進球無效，都可以通過減分按鍵對比分進行修改，非常方便。 系統(tǒng)硬件電路組成 華北水利水電學院畢業(yè)設計 （論 文） 7 計時電路 1． 顯示器及其接口 顯示器是最常用的輸出設備，其種類繁多，但在單片機系統(tǒng)設計中最常用的是發(fā)光二極管顯示器（ LED）和液晶顯示器（ LCD）兩種。由于這兩種顯示器結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，接口容易實現(xiàn)，因而得到廣泛的應用。下面介紹發(fā)光二極管顯示器（ LED）的結(jié)構(gòu)、工作原理及其接口電路。 （ 1） LED 結(jié)構(gòu)與原理 圖 21 為典型的數(shù)碼管。 圖 21 8 段 LED 數(shù)碼管 圖 22 共陰極與 共陽極 LED 顯示器 如圖 21， LED 顯示器又稱為數(shù)碼管， LED 顯示器由 8 個發(fā)光二極管組成。中 7 個長條形的發(fā)光管排列成 “日 ”字形，另一個點形的發(fā)光管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。 LED 顯示器有兩種不同的形式：一種是 8 個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極 LED 顯示器；另一種是 8 個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為華北水利水電學院畢業(yè)設計 （論 文） 8 共陰極 LED 顯示器。如圖 22 所示 。本設計采用的是共陰極數(shù)碼管顯示 。 表 21 列出了共陽極與共陰極 LED 顯示器顯示數(shù)字、字母與顯示代碼之間的對應關(guān)系 。 表 21 代碼對應表 顯示字符 共陰極段碼 共陽極段碼 顯示字符 共陰極段碼 共陽極段碼 0 3FH C0 8 7FH 80H 1 06H F9 9 6FH 90H 2 5BH A4 A 77H 88H 3 4FH B0 B 7CH