【正文】 過STC89C51編程控制LED七段數(shù)碼管來實現(xiàn)計時和計分的功能。該系統(tǒng)價格低廉，性能穩(wěn)定，攜帶方便且操作簡潔，廣泛應用于各類學?；蛘咝⌒蛨F體作為賽程計時計分。 Information engineering ,Physics amp。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。它由計時器、計分器等多種電子設備組成。以單片機為核心的籃球比賽計分器，計分準確，具有體積小，重量輕，能耗低，價格便宜，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特的優(yōu)點。本次籃球賽計時計分器的設計便是基于單片機的計時計分系統(tǒng)，它由計時器，計分器，綜合控制器和報警器等組成。不同的運動項目，有著不同的比賽規(guī)則，體育比賽的計時計分系統(tǒng)分多種類型，包括測量類、評分類、命中類、制勝類和得分類等。籃球賽計時計分器通過計時器，積分器等電子設備來展示比賽數(shù)據(jù)。單片機是微型計算機 [1]發(fā)展的一個重要分支，它以其獨特的結(jié)構(gòu)和性能，越來越普遍地應用 [6]的到國民經(jīng)濟建設的各個領域，而且采用AT89S51單片機設計 [3]，能使儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化、柔軟化方向發(fā)展，是檢測、處理、控制等功能一體化，重量大大減輕，便于攜帶和使用，具有很高的性價比。計時器由分、秒計數(shù)器完成，秒計數(shù)器為模60，分計數(shù)器應能計至40分鐘。 陜西理工學院畢業(yè)設計第 2 頁共 45 頁2系統(tǒng)總體設計 系統(tǒng)總體設計方案能記錄整個賽程的比賽時間，并能修改時間，暫停比賽時間。場中交換比賽場地時，能交換甲、乙兩隊比分的位置。 系統(tǒng)構(gòu)成圖 系統(tǒng)基本功能介紹一個四位一體數(shù)碼管顯示比賽時間，時間格式如：15：00，兩個三位一體數(shù)碼管顯示甲乙兩對的比分，比分格式如：008。甲乙隊比分采用三位數(shù)，上電初值為000，最大值為999，滿足常理要求，未開始比賽以及比賽結(jié)束后比分無法加減。可隨時暫停/啟動比賽時間。每按一次鍵，加/減1分。當比賽結(jié)束時，發(fā)出報警。ADD2為乙隊比分加1鍵，（比賽開始前為調(diào)整時間加1）DEC2為乙隊比分減1鍵，（比賽開始前為調(diào)整時間減1）RUN/STOP為啟動暫停鍵，比賽開始前按下啟動計時，比賽開始，比賽開始后，按下為暫停計時，比賽暫停。：按下RUN/STOP鍵，計時開始，比賽時間以1秒的頻率倒計時。，在比賽進行的狀態(tài)下按ADD1，DEC1鍵，可以對甲隊比分加、減1，按ADDDEC2鍵，可以對乙隊比分加、減1.：在一節(jié)比賽時間結(jié)束后，按下EXCHANGE鍵，比賽時間重新預置為15：00，同時左右兩邊數(shù)碼管的比分交換顯示。：在一節(jié)比賽時間倒計時到00：00時，蜂鳴器發(fā)出報警提示。這兩種顯示器之所以得到廣泛的應用，是由于其結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，并且接口也容易實現(xiàn)。（1）LED結(jié)構(gòu)與原理。其中7段發(fā)光管排列成“日”字形，在顯示器的右下角有一個點形的發(fā)光管用來顯示小數(shù)點，這樣它可以顯示每個數(shù)字和一些英文字母。（2）LED顯示器顯示方式點亮LED顯示器有兩種方式：一是靜態(tài)顯示；二是動態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，單獨的具有鎖存功能的I/O接口被每一個顯示器單獨占用來實現(xiàn)筆劃段字形代碼。這種電路的優(yōu)點在于：不同的字符可以在同一時間來顯示；但缺點就是端口資源占用較多。本設計采用的便是此種顯示方式。但如果要顯示不同字符，則要由位選碼來控制。）2．報警器（1）報警器的工作原理一般常見的報警器種類比較多，包括揚聲器，蜂鳴器等，本次設計所采用報警器為電磁式蜂鳴器。當電源接通以后，音頻信號由振蕩器產(chǎn)生并通過電磁線圈，讓電磁線圈周圍形成一個磁場。3．計時電路的工作原理圖 計時電路原理圖 陜西理工學院畢業(yè)設計第 7 頁共 45 頁4．計時電路的工作原理計時電路主要由開關KK7，單片機STC89C51以及LED顯示器構(gòu)成。當定時T0計數(shù)60秒后中斷返回，繼續(xù)定時計數(shù)下一個60秒；4位LED顯示器上顯示出“1459”四位數(shù)，表示比賽時間經(jīng)過了1秒鐘，即為14分59秒。如果比賽中被叫暫停，則只需要按下K7鍵，賽程計時暫停。STC89C51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部震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和輸出端。諧振器本身對外接電容CC2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度以及溫度的穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，使用30pF。1．計分電路8051系列單片機包括4個8位并行口和一個全雙工串行通信口。正是利用了8051單片機串行口可以外接串行輸入并行輸出移位寄存作為輸出口，球賽計分電路才能實現(xiàn)球賽雙方比分的刷新顯示。 計分電路原理圖3．計分電路的工作原理計分電路主要由單片機STC89C51， LED顯示器以及按鍵開關組成。按鍵一端接地，P0.2。假設比賽剛開始，雙方比分為000 ：000，當某一時刻之后，當甲隊加分時，則按下K2鍵，這時K2=0（低電平），其余K3K5K6=111（為高電平）K2K3K5K6相與后為低電平，使外部中斷INT0 [7]發(fā)生中斷，從而調(diào)用中斷服務程序，從程序中定義的LED顯示常數(shù)表TAB中取出要顯示的數(shù)據(jù)06H（因為LED顯示常數(shù)表TAB的偏移地址為36H，36H首先是指向LED顯示常數(shù)表TAB中第一個數(shù)據(jù)3FH的，當K5按下時，相當于將33H地址加1，這時便指向第二數(shù)據(jù)06H，即對應字母代碼關系表中的加1）。為適應不同產(chǎn)品的需求，STC89C51具備PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式 [10]，作為一個低功耗高性能單片機，它有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，STC89C51可以在線編程，也可以通過一般的方法進行編程。 管腳說明VCC：供電電壓。，其基本性能介紹如下：RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20 (A8) 21(A9) 22(A10) 23(A11) 24(A12) 25(A13) 26(A14) 27(A15) 28PSEN 29ALE/PROG 30EA/VPP 31(AD7) 32(AD6) 33(AD5) 34(AD4) 35(AD3) 36(AD2) 37(AD1) 38(AD0) 39VCC 40U1AT89C51 STC89C51引腳圖。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。當1被寫入P1口管腳后，內(nèi)部將其上拉為高，可以用來輸入，外部將P1口下拉為低電平時，由于內(nèi)部上拉的緣故，將輸出電流。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容，P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。當 “1” 被寫入P3口后，內(nèi)部會將P3口上拉為高電平，并用作輸入。P3口將輸出電流。P3口同時為閃爍編程[20]和編程校驗接收一些控制信號。當器件被振蕩器復位時，RST腳兩個機器周期的高電平時間要保持。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。它不僅涵蓋了其它EDA工具軟件的仿真功能，單片機及外圍器件也可以。雖然這款軟件在國內(nèi)剛剛被推廣，但對于從事單片機教學的教師、單片機愛好者、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者，早已青睞已久。它真正的實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的全套設計，從原理布圖、代碼調(diào)試 [11]一直到單片機和外圍電路的協(xié)同仿真，到一鍵切換到 PCB[8]的設計。在編譯這方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器的使用。這些功能是：原理布圖；PCB自動或人工布線；SPICE電路仿真。2．仿真處理器及其外圍電路，51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機均可以被仿真。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，完備的電子設計開發(fā)環(huán)境已經(jīng)在Proteus上得到建立。 電路仿真：在PROTEUS繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。許多單片機實例功能不僅可以變得形象化，許多單片機上運行的實例過程也變得形象化。它的元器件、連接線路和傳統(tǒng)的單片機實驗硬件之間實現(xiàn)了高度的對應。實踐證明，通過 Proteus 進行系統(tǒng)仿真開發(fā) [5]好后再進行實際制作，使單片機系統(tǒng)設計的效率得到極大提高。,ARM cortex處理器被增加，（TMS320）。Keil提供了完整的開發(fā)方案，它高度集成了C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器， 陜西理工學院畢業(yè)設計第 12 頁共 45 頁開始開始讓這些部分在一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）下組合在一起。均可以運行Keil軟件。Keil使用說明：啟動Keil 建立一個工程 選擇工程保存位置 選擇單片機（MCU）型號 Keil彈出對話框詢問是否將初始化代碼一起加入工程 , 開始編寫程序 寫完程序后，點“編譯”“鏈接” 編譯成功后，生成HEX文件，將生成的HEX裝載到仿真單片機完成相應的功能。定時中斷初始化按下調(diào)試開關，產(chǎn)生低電平開放定時中斷立即數(shù)OOH取出，LE輸出高電平，然后將LE清零啟動定時器，T0開始定時調(diào)用中斷定時程序按下計分鍵輸出低電平，外部中斷產(chǎn)生調(diào)用中斷程序串行數(shù)據(jù)輸出，移位脈沖輸出顯示數(shù)據(jù)，兩隊相應比分變化串行口發(fā)送完畢，標志清零 計分部分程序流程圖 計時部分程序流程圖 陜西理工學院畢業(yè)設計第 13 頁共 45 頁 Proteus仿真 為籃球賽計時計分器的系統(tǒng)仿真圖。在硬件設計時也應該細細考慮將各個使用到的芯片、接口設計成容易使用軟件進行測試的模式。另外要注意的是，即使一個非常簡單的故障，在顯示界面上也是不易察覺的，需要非常謹慎清晰的頭腦來分析發(fā)現(xiàn)。因此，程序在上電啟動時，針對外部RAM 務必要進行細致的檢測。觀察寫入和讀出的數(shù)據(jù)是否都保持一致。確保總線之間沒有發(fā)生短路，也都沒有接到“地”上。像串行通信芯片UART，都帶環(huán)路測試的功能。對于單片機開發(fā)者，雖然單片機硬件仿真器讓工作變得更加方便，但也很容易造成人的懶惰心理。在硬件仿真調(diào)試之前，要做好一下準備工作：（1）編程結(jié)束后，對寫的代碼進行整體檢查和走查。所以，針對代碼錯誤多的地方要重點檢查。通過用程序測試程序的測試方法，編寫一個調(diào)用該子程序的代碼，定義要測試子程序的入?yún)l件，給一個入?yún)⒖此芊癜搭A期輸出一個正確的出參。（4）利用專門的調(diào)試工具或程序語言提供的調(diào)試功能來分析程序的動態(tài)執(zhí)行。(5) 在不影響硬件各部分功能實現(xiàn)的情況下，可以允許有一些小的Bug或缺陷產(chǎn)生，但要反復運行調(diào)試，確保程序中沒有致命的或一些隱藏著的重大缺陷，將Bug的比率降到最低。 硬件調(diào)試，默認比賽時間為15：00，甲乙隊比分默認000。 陜西理工學院畢業(yè)設計第 16 頁共 45 頁，對兩隊比分進行加減操作。 陜西理工學院畢業(yè)設計第 17 頁共 45 頁，按EXCHANGE鍵，比分交換顯示，比賽時間重新預置為15：00。在設計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，給我的感覺就是下手很難，很不順手，看似很簡單的電路，要動手把它給設計出來，是很難的一件事，主要原因是我們沒有經(jīng)常動手設計過電路。由于設計的計劃沒有安排好，設計的時間極為倉促，尤其是在硬件調(diào)試的過程中出現(xiàn)了很大的問題。本次設計測試結(jié)果以及不足之處：計時電路可完成倒計時、暫停、繼續(xù)等功能，在比賽時間到后可進行報警。 陜西理工學院畢業(yè)設計第 19 頁共 45 頁致謝首先，感謝學校四年來對我的培養(yǎng)。其次，感謝尊敬的梁芳老師，有了他的諄諄教誨，處處提點，才使本論文的前期準備以及整個研究過程順利完成。從梁芳老師的教學態(tài)度上，我學到的不僅僅只有書本上的知識，還有做人的道理。在此謹向梁芳老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 還有許許多多給予我學業(yè)上鼓勵和幫助的朋友，在此無法一一列舉，在此也一并表示忠心地感謝！ 陜西理工學院畢業(yè)設計第 20 頁共 45 頁參考文獻[1]徐惠民