【正文】 .................................. 34 附 錄 ............................................................................................................................... 35 致 謝 ............................................................................................................................... 42 第一章 緒 論 引言 進入 21世紀，伴隨著電子，信息通信技術的應用與普及開發(fā)，人們對電子技術的要求也越來越高，目前嵌入式單片機滲透到我們生活的各個領域 。 按照歷史性、本質性、普遍性要求 ， 嵌入式系統(tǒng)應定義為 ：“ 嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng) ”， 可分軟件部分 和 硬件部分 ，而當代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下 開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在單片機上。 體育比賽計時計分器是對體育比賽過程中所產(chǎn)生的時間、 比分等數(shù)據(jù)進行快速采集記錄 、 加工處理 、 傳遞利用的 工具。 雖然籃球比賽中很早就開始研究應用了電子計分器，但通常都是利用模擬電子器件、數(shù)字電子器件或是模擬、數(shù)字混合組成的，其穩(wěn)定性和高準確度計分仍存在一些問題。 國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 伴隨著科技的日新月異，各式各樣的電子產(chǎn)品的問世和發(fā)展層出不窮，籃球計分屏是一個無處不在的電子產(chǎn)品，經(jīng)過多年的發(fā)展，技術已經(jīng)相當成熟了。 隨著電子技術的產(chǎn)業(yè)結構調整，生產(chǎn)工藝 的飛速發(fā)展和籃球的廣泛推廣，市場對籃球計分器的需求也越來越大。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機、攝象機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。 隨 著單片機的發(fā)展，人們對事物的要求越來越高，單片機的應用軟件技術也發(fā)生了巨大的變化，從最初的匯編語言，開始演變到 C語言開發(fā)，不但增加了語言的可讀性， 結構性，而且對于跨平臺的移植也提供了方便，另外一些復雜的系統(tǒng)開始在單片機上采用操作系統(tǒng)，一些小的 RTOS 等，一方面加速了開發(fā)人員的開發(fā)速度，節(jié)約開發(fā)成本，另外也為更復雜的實現(xiàn)提供了可能。 第二章 系統(tǒng)總體方案設計 本 設計主要利用單片機 AT89C51 作為核心元件，利用 3 組 4 位共陽極的數(shù)碼管作為顯示器件， 分別用于記錄 A、 B兩隊的分數(shù)，以及賽程時間，每個隊的數(shù)碼管顯示分數(shù)范圍可達到 0— 9999 分，足夠滿足賽程需要。 系統(tǒng)硬件方案設計 該系統(tǒng)硬件電路包括：單片機 AT89C5時鐘電路、復位電路、電源電路、按鍵控制電路、計分電路、計時電路、報警電路。 圖 21 籃球賽計分器的硬件結構框圖 AT89C51 計分顯示 時鐘電路 計分電路 報警電路 計時電路 計時顯示 鳴笛警示 按鍵控制 復位電路 電源電路 系統(tǒng)軟件方案設計 軟件部分要求實現(xiàn)的功能有：開 始時所有顯示屏 都顯示 0；有預置比賽時間的功能；具有 AB 兩隊分別計分的功能；有鳴笛警示功能；只有當預置時間后，并按開始按鈕，計時器才能開始計時，只有當開始計時后， AB兩隊才能加分等。 第三章 系統(tǒng)硬件設計 設計一個 基于 51 單片機 的籃球賽計分屏 ， 初步確定本設計的總體框架結構，再根據(jù)具體 設計要求選定合適的設計方案以及選取合適的 元 器件 進行系統(tǒng)硬件設計 。 硬件設計原理 AT89C51 簡介 [2] AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器（ FPEROM—— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令 集和輸出管腳相兼容。 AT89C51 單片機為很多控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。與 MCS51 兼容 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 128 8位內部 RAM 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 可編程串行通道 片內振蕩器和時鐘電路 管腳說明： VCC：供電電壓。 P0 口： P0 口的 8 位皆為漏極開路輸出簡稱 OD；內部無上拉電阻，所以執(zhí)行輸出功能時，外部必須接上拉電阻；若要實現(xiàn)輸入功能，必須先輸入高電平“ 1”，才能讀取該端口所連接的外部數(shù)據(jù)；若系統(tǒng)連接外部存儲器，則 P0 可作為地址總線和數(shù)據(jù)總線的多功能引腳，此時內部具有上拉電阻，無需外接上拉電阻。 P2 口： P2口為 8 位、可位尋址的雙向輸入 /輸出口，內部具備約 30 千歐姆的上拉電阻，實現(xiàn)輸出功能時，不需要連接外部上拉電阻；實現(xiàn)輸入功能時，必須先輸入高電平“ 1”，才能讀取該端口所連接的外部數(shù)據(jù)； P2 口 的 8位類似漏極開路輸出，但內部已接上上拉電阻，每個引腳可驅動 4個 LS型 TTL 負載；若系統(tǒng)連 接外部存儲器，而外部存儲器的地址線超過了 8根時，則 P2 可作為地址總線（ A8A15）的引腳。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 31所示： 表 31 AT89C51的一些特殊功能口 I/O口 備選功能 /特殊功 能 RST：復位 信號 。 ALE/ PROG ： 地址鎖存控制信號。此外，由于 ALE是以晶振 1/6 的固定頻率輸出脈沖，因此可作為外部時鐘或者外部定時脈沖使用。 PSEN ：外部程序存儲器 讀 選通信號。在具體應用時，外部 ROM 讀取時，在每個機器周期會動作兩次，外部 RAM 讀取時，兩個 PSEN 信號被跳過不會輸出。 當 信號 保持低電平時， 對 ROM 的讀操作僅僅限定在外部程序存儲器，當信號為高電平或者懸空時，對 ROM 的讀操作是從內部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 動態(tài)顯示是一種最常見的多位顯示方法，應用非常廣泛。在實際應用中，一般采用動態(tài)顯示的方式解決此問題。通常將所有位的段選線相應地并聯(lián)在一起，由一個單片機的 8位 I/O 口控制，形成段選線的多路復用。在這種方式中，雖然每一時刻只選通一位數(shù)碼管，但由于人眼具有一定的“視覺殘留”，只要延時時間設置恰當，便會感覺到多位數(shù)碼管同時被點亮了。 在編程時，需要輸出段選和位選信號，位選信號選中其中一個數(shù)碼管，然后輸出段碼，使該數(shù)碼管顯示所需要的內容，延時一段時間后，再選中另一個數(shù)碼管，再輸出對應的段碼，高速交替。其中 744 7447 必須使用共陽極七段數(shù)碼顯示器， 744 7444511 等則使用共陰極七段顯示器。 74LS247 的引腳如下 圖 32 所示 ： 圖 32 74LS247引腳圖 引腳的功能： （ 1） A、 B、 C、 D 為輸入端， abcdefg 為輸出端。 7 個與非門和一個驅動電路成對連接，以產(chǎn)生可用的 BCD 數(shù)據(jù)及其補碼至 7 個與或非譯碼門。 該電路接受 4位二進制編碼 —— 十進制數(shù)（ BCD）輸入并借助于輔助輸入端狀態(tài)將輸入數(shù)據(jù)譯碼后去驅動一個七段顯示器。 BCD 輸入計數(shù) 9 以上的顯示圖案是鑒定輸入條件的唯一信號。試燈（ LT）可在端處在高電平的任何時刻去進行，該電路還含有一個滅燈輸入（ BI）。 1）需要 015 的輸出功能時，滅燈輸入（ BI）必須為開路或者保持在高電平狀態(tài)，若不要滅掉十進制零，則動態(tài)滅燈輸入（ RBI）必須開路或者處于高電平狀態(tài)。 3）當動態(tài)滅燈輸入（ RBI）和輸入端 A、 B、 C、 D都處于低電平而試燈輸入（ LT）為高電平時，則所有段的輸出端進入關閉且動態(tài)滅燈輸出（ RBO）處于低電平狀態(tài)。 注： BI/RBO 是用做滅燈（ BI）與 /或動態(tài)滅燈輸出（ RBO）的線與邏輯。 非編碼鍵盤結構簡單，可自由裁量設計，非常適用于單片應用系統(tǒng)。因為有機械的接觸，在觸點閉合或斷開的瞬間會出現(xiàn)電壓抖動。去抖動由硬件和軟件兩種方法：硬件方法就是在鍵盤中附加去抖動電路消除抖動；而軟件方法則是采用時間延遲以躲避抖動，待觸點狀方法處理。為了保證鍵盤的正確輸入，鍵 接口必備以下功能： （ 1）鍵掃描與識別，判斷有無鍵按下以及按鍵位置 ， 鍵掃描與識別是通過“行掃描”與“列狀態(tài) ” 的配合來確定是否有鍵按下以及所在行、列的位置。鍵盤掃描有 下列 三種方式： 程控掃描方式 ： 只有單片機空閑時才調用掃描程序響應用戶鍵入請求。 中斷掃描方式 ： 與中斷請求電路配合，當有鍵按下時產(chǎn)生中斷請求，由單片機響應并執(zhí)行中斷服務程序掃描鍵 盤。檢測鍵關閉后，延時 10ms 后再檢測一次，兩次檢測相同再進一步進行鍵處理。由于鍵位碼比較零亂，因此接下來的工作是根據(jù)需要把反映閉合鍵 和鍵位置的鍵位碼換乘反映鍵功能的鍵碼。鍵碼既可以根據(jù)鍵位碼查詢表求得，也可以根據(jù)鍵碼編排規(guī)律計算得到。鍵釋放后鍵處理工作完成。在進行硬件設計時，首先要確定元器件，并且知道這些元器件的工作原理和功能，然后才可以進行設計。一般來說，對硬件部分的設計都應包括繪制 SCH 原理圖和 PCB 印刷圖，由于本次設計我主要負責軟件部分的設計，硬件參與得不是很多，所以硬件部分元器件的功能就不詳細介紹了。Relays 74LS247 TTL 74LSseries All— SubCategories (電阻 ) Resistors All— Sub BUTTON AllCategories All— SubCategories 7404 TTL 74LSseries All— SubCategories SOUNDER Speakersamp。 分別控制計時數(shù)碼管的 4 個位的位線， 和 分別連接計時器時間的十位和個位的 初值按鈕， 分別與 74LS247 的輸入端 A、B、 C、 D 相連接， 74LS247 的 QA、 QB、 QC、 QD、 QE、 QF、 QG 分別與計時數(shù)碼管的 a、 b、c、 d、 e、 f、 g 七段的陰極相連接，用 74LS247 驅動 4 位數(shù)碼管的動態(tài)顯示 。 分別控制 B隊計分數(shù)碼管的 4個位的位線 ， 分別控制 A 隊計分數(shù)碼管的 4 個位的位線， 分別與 74LS247 的輸入端 A、 B、 C、 D相連接， 74LS247 的 QA、 QB、 QC、 QD、 QE、 QF、 QG 分別與計時數(shù)碼管的 a、b、 c、 d、 e、 f、 g七段的陰極相連接，用 74LS247 驅動 4位數(shù)碼管的動態(tài)顯示。 接蜂鳴器，用 一個按鍵接到 上，當按下該按鍵時，產(chǎn)生一個外部中斷，蜂鳴器發(fā)出警報聲。 第四章 系統(tǒng)軟件設計 本系統(tǒng)是利用單片機的定時功能 來 進行時間處理，實現(xiàn)計時顯示功能 ， 利用單片機的計數(shù)功能來進行分數(shù)處理，實現(xiàn)計分顯示功能，對時間和分數(shù)進行處理的過程中，要通過中斷來控 制實現(xiàn)， 當有按鍵按下 時 ，計分器就會有相應的加分 減分 處理，然后通過數(shù)碼管顯示器 動態(tài)掃描并顯示 出來。 軟件設計原理 定時器 /計數(shù)器 [2] 51 單片機內部有兩個 16 位可編程的定時器 /計數(shù)器，分別稱為定時器 /計數(shù)器 0 和定時器 /計數(shù)器 1，它們具有四種工作方式，其控制字和狀態(tài)均在相應的特殊功能寄存器中，通過對控制寄存器的編程，就可方便地選擇適當?shù)墓ぷ鞣绞健? 定時 /計數(shù)器的核心是的 16 位加法計數(shù)器，定時器 T0的加法計數(shù)器用特殊功能寄存器 TH0、 TL0 表示， TH0 表示加法計數(shù)器的高 8 位， TL0 表示加法計數(shù)器的低 8 位。 它們均是 8位寄存器，在特殊功能寄存器中占地址 8AH8DH。此外，內部還有一個 8位的 工作 方式寄存器 TMOD 和一個 8 位的控制寄存器 TC