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1、 籃球賽計時計分器設計 院 系 自動化學院 專 業(yè) 自動化 班 級 學 號 姓 名 指導教師 負責教師 2008年6月 畢業(yè)設計（論文） 摘 要 體育比賽中的計時計分系統(tǒng)是對體育比賽過程中所產生的時間、比分等數(shù)據(jù)信息進行快速采集、加工處理、傳遞和利用的系統(tǒng)。此系統(tǒng)能否清晰、穩(wěn)定、精確的反應體育比賽中的客觀數(shù)據(jù)，直接影響到比賽的公平性和公正性。本文針對上述情況研制了籃球賽計時計分器。該系統(tǒng)以單片機為核心，利用7段共陰LED作為顯示器件。為了調整比賽

2、中的時間和比分，在本設計中設立了8個按鍵，分別用于記錄甲、乙兩隊的分數(shù)，設置賽程時間，調整賽程時間，啟動和暫停賽程時間等功能，本系統(tǒng)還設計了定時報警系統(tǒng)。實踐證明，該系統(tǒng)精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾性強，具有一定的應用前景。 關鍵詞：計時器；計分器；單片機；LED顯示 Abstract The system of time and score recorded in the sporting games is the one like this: the data about time and socres that generated in the process of the gam

3、es can be collected rapidly, processed, transmited and be used. If the system can reflect the objective data in the games clearly, stably and accurately, it will affect the fairness and impartiality of the games. According to this, calculagraph and scores recorder of the basketball games are researc

4、hed and designed in this paper. The core of the system is the MCU, using seven segments LED as the display. In order to adjusting the time and the scores of the game, eight keys are used in this paper. The functions of these keys are: recording the scores of the team A and B, setting up or adjusting

5、 the time of the game, and starting or suspending the time of the game. The timing alarm system is also designed in the system. Experiments has proved that the system has high precision, good stability, strong anti-interference and it have a application prospects. Key words: calculagraph;scores rec

6、order; MCU; LED display 目 錄 第1章 緒 論 1 1.1 課題背景 1 1.1.1 籃球賽計時計分器發(fā)展過程 2 1.1.2 籃球賽計時計分器研究目的與意義 2 1.2 課題任務及要求 3 1.3 課題內容及安排 3 第2章 籃球賽計時計分器的總體方案論證 4 2.1 籃球賽計時計分器的硬件方案論證 4 2.2 籃球賽計時計分器的軟件方案論證 5 2.3 籃球賽計時計分器部分器件方案論證 6 2.3.1 硬件譯碼與軟件譯碼的比較 7 2.3.2 CD4511與MC14495的比較 8 第3章 籃球賽計時計分器的硬件設計 11 3.1

7、球賽計時計分器的工作原理 11 3.2 計時電路的設計 11 3.2.1 計時電路的工作原理 12 3.2.2 賽程時間設置 13 3.2.3 賽程時間啟/停設置 14 3.3 計分電路的設計 14 3.3.1 計分電路的工作原理 14 3.3.2 比分交換控制的實現(xiàn) 14 3.3.3 比分刷新控制器 14 3.3.4 比分校正控制電路 16 3.4 報警電路設計 16 3.5 單片機的選擇 17 3.6 顯示電路的設計 18 3.7 復位電路的設計 20 第4章 籃球賽計時計分器的軟件設計 22 4.1 監(jiān)控程序設計 22 4.2 計時顯示子程序設計 23

8、4.3 計分顯示子程序設計 25 4.4 LED顯示子程序設計 27 第5章 籃球賽計時計分器的整體調試 29 5.1 調試分析 29 5.2 故障調試及解決方式 30 5.3 聯(lián)調結果 32 結 論 35 社會經濟效益分析 37 參考文獻 38 致 謝 40 附錄Ⅰ 籃球賽計時計分器的硬件原理圖 41 附錄Ⅱ 程序清單 41 附錄Ⅲ 元器件清單 55 56 - - 第1章 緒 論 在我們生活的大千世界上，人類已進入了科學技術空前發(fā)展的信息社會。在這個瞬息萬變的信息社會里，隨著大規(guī)模集成電路、計算機技術的迅速發(fā)展，以及人工智能在測試技術方面的廣

9、泛應用，傳統(tǒng)電子測量儀器在原理、功能、精度及自動化水平等方面都發(fā)生了巨大的變化，逐步形成了一種完全突破傳統(tǒng)概念的新一代的儀器——智能儀器。目前，大多數(shù)傳統(tǒng)的電子儀器已有相應換代的智能儀器產品，而且還出現(xiàn)了不少全新的儀器類型，使現(xiàn)代電子儀器發(fā)生了根本性的變化。 1.1 課題背景 體育比賽計時計分系統(tǒng)是對體育比賽過程中所產生的時間,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

10、系統(tǒng)是一種得分類型的系統(tǒng)。籃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)設備應能夠與現(xiàn)場成績處理，現(xiàn)場大屏幕，電視轉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。 由于單片機的集成度高，功能強，通用性好，特別是它具有體積小，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，使單片機迅速得到了推廣應用，目前已經成為測量控制應用系統(tǒng)中的優(yōu)選機種和新電子產品的關鍵部位。世界各大電氣廠家，測控技術企業(yè)，機電行業(yè)，競相把單片機應用于產品更新，作為實現(xiàn)數(shù)字化，智能化的核心部件。籃球計時計分

11、器就是以單片機為核心的計時計分系統(tǒng)，由計時器，計分器，綜合控制器和24秒控制器等組成。 1.1.1 籃球賽計時計分器發(fā)展過程 籃球是以投籃為中心的對抗性體育運動之一，1892年1月(另一種說法是1891年12月)，為美國馬薩諸塞州菲爾德基督教青年會訓練學校教師詹姆士奈斯密斯博士所創(chuàng)。為了完善籃球游戲，他在1892年制定了13條規(guī)則，后逐步修改和增加條款，出場人數(shù)也逐漸減少，直至規(guī)定每隊5人，這才成為現(xiàn)代的籃球運動，同時伴隨著籃球的出現(xiàn)，籃球賽計時計分器也應運而生了。起初，并沒有正規(guī)的計時計分器，只有簡單的比賽計時鐘和記錄板。1932年，剛誕生的國際籃聯(lián)以美國大學使用的籃球規(guī)則為基礎，

12、制定了第一份世界統(tǒng)一的競賽規(guī)則，同時籃球賽計時計分器也開始進入了電子時代 ，開始出現(xiàn)比賽計時鐘、簡單電路搭成的計分電路。供暫停時用的計秒表或適宜的（可見的）裝置（不是比賽計時鐘）。兩個獨立的、顯然不同的和非常響亮的信號，記錄表，隊員犯規(guī)標志牌。80年代是高度、技術和速度同步發(fā)展時期，各國在重視發(fā)展高度的同時，電子技術也進入一個新的階段，逐步形成了一種完全突破傳統(tǒng)概念的新一代的儀器——智能儀器。目前，大多數(shù)傳統(tǒng)的電子儀器已有相應換代的智能儀器產品，同時以單片機為控制核心，智能器件也應用到了籃球賽場中。 1.1.2 籃球賽計時計分器研究目的與意義 經過多年的研究與生產實踐，解決了籃球賽計時計分

13、器穩(wěn)定性能低、精確度低、體積笨拙等制造工藝上的難題。但是籃球賽計時計分器還不能廣泛應用于各種場所，它的成本很高，一些中小型工廠、學校、企業(yè)還是延續(xù)手到計時和計分。采用單片機控制是這個系統(tǒng)按鍵操作使用簡潔，LED顯示，安裝方便。解決了籃球比賽計數(shù)器的安裝問題，節(jié)約了線材，適合在各種規(guī)模的體育場館使用，完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的用鐘表進行計時的方法，當然稍加改動也可以用于其他球類比賽，是體育器材向智能化發(fā)展的一個實例。 雖然籃球比賽中很早就開始研究應用了電子計時計分器，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)定性和高準確度計時計分仍存在一些問題。隨著科學技術的發(fā)展和電子技

14、術的不斷更新，對其穩(wěn)定和高準確度計時計分的實現(xiàn)至今仍是生產和科研的課題。 工程技術的電子化、集成化和系統(tǒng)化促進了電子工程技術的發(fā)展，同時也促進了電子工程技術在社會各行業(yè)中的廣泛應用。隨著單片機在各個領域的廣泛應用，許多單片機作控制的球賽計時計分系統(tǒng)也就應運產生，例如用單片機控制LCD液晶顯示器的計時計分器，用單片機控制LED七段顯示器的計時計分器等。同時單片機在此領域的廣泛應用，也大大提高了比賽中計時計分器的穩(wěn)定性和準確性。 1.2 課題任務及要求 本次設計的籃球賽計時計分器主要利用AT89C52單片機編程控制LED七段數(shù)碼管作顯示的球賽計時計分系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有賽程定時設置；賽程時間暫停

15、；及時刷新甲、乙兩隊雙方的成績；甲、乙雙方交換場地；賽后成績暫存以及24違例報警等功能。系統(tǒng)設計完成后應具有成本價格低廉、性能穩(wěn)定、高準確度顯示、操作方便且易攜帶等特點。廣泛適合各類學校和小團體作為賽程計時計分。 籃球賽計時計分器包含了89C52系列單片機的最小應用系統(tǒng)的構成，同時在此基礎上擴展了一些實用性強的外圍接口，進一步了解到LED顯示器的結構、工作原理以及這種顯示器的接口通信，學習利用串行口來擴展顯示接口等。 設計一個籃球賽計時計分器的系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有以下功能： 1 以AT89C52單片機為處理核心； 2 LED數(shù)碼管顯示時間和比分； 3 方便設置比賽中各個環(huán)節(jié)。 1.3

16、 課題內容及安排 本文對籃球賽計時計分器的設計進行了詳細的介紹，共分五章。第1章簡要介紹了整個課題的研究背景、目的、意義及整個任務的要求安排；第2章是針對此次課題的任務進行方案論證，尤其指明了顯示部分相應的處理方案，及其優(yōu)劣取舍，之后還包含了硬件方案和軟件方案分析；第3章具體介紹了籃球賽計時計分器的硬件設計，包括計時電路、計分電路、24秒違例報警電路以及比賽結束報警電路的設計等；第4章闡述了籃球賽計時計分器的軟件設計，包括時間顯示子程序，分數(shù)顯示子程序，延時子程序的設計等。第5章是針對硬件調試、軟件調試和整機聯(lián)調的結果進行了具體的分析和說明。 第2章 籃球賽計時計分器的總體方案論證

17、 籃球賽計時計分器的整體設計中最重要的部分是對籃球賽中的得分數(shù)據(jù)以及賽程時間處理后顯示，雖然籃球比賽中很早就開始研究應用了電子計時計分器，但其穩(wěn)定性和高準確度計時計分仍存在一些問題，隨著科學技術的發(fā)展和電子技術的不斷更新，對其穩(wěn)定和高準確度計時計分的實現(xiàn)至今仍是生產和科研的課題。尤其是單片機已廣泛應用在各個領域，計時計分器已經進入數(shù)字化，智能化時代。籃球賽計時計分器設計關鍵是必須考慮和解決在比賽過程中，對數(shù)據(jù)穩(wěn)定、精確、客觀的顯示，能夠抵抗各方面的干擾，給隊員以及場內、場外的觀眾一個清晰，明了的結果，尤其對于參賽的隊員特別重要，客觀、清晰的顯示賽場上的數(shù)據(jù)，直接影響隊員的決策。 為了解決上述

18、問題，在所研制籃球賽計時計分器中采用軟硬件結合的方式，使研制成的籃球賽計時計分器具有很好的穩(wěn)定性及抗干擾性，且能保持較高的精確度，很符合需要。 2.1 籃球賽計時計分器的硬件方案論證 本系統(tǒng)采用單片機AT89C52作為核心元器件，利用7段共陰LED作為顯示器件，分別用于顯示比賽過程中的時間以及甲、乙兩對的分數(shù)。賽程計時采用倒計時方式。即比賽前將時間設置好，比賽開始時啟動計時，直至計時到零為止。 其次，為了配合計時器和計分器校正、調整時間和比分，在本設計中特定設立了按鍵。分別用于刷新甲、乙兩隊的分數(shù)、設置賽程時間、調整賽程時間、啟動賽程時間、暫停賽程時間以及刷新24秒違例顯示時間等功能，使

19、所設計的系統(tǒng)完全符合實際比賽中的需求。 再次，本系統(tǒng)還設計了定時報警系統(tǒng)，即比賽時間結束時，立即通過揚聲器發(fā)出報警聲，提示整個賽程結束。而且，當24秒違例時同樣也會發(fā)出報警，提示進攻方違例。 系統(tǒng)硬件電路由以下幾個部分組成：單片機AT89C52；計時電路；計分電路；報警電路；比賽進程顯示電路；按鍵開關。其中計時電路完成賽程時間的設定，隨時刷新的功能，系統(tǒng)硬件結構框圖如圖2.1所示。 圖2.1 籃球賽計時計分器的結構框圖 系統(tǒng)設計過程中采用單片機AT89C52作為核心元件，所以應該全面、深度掌握單片機的結構、特點以及它的工作原理，才能更好的發(fā)揮單片機的強大功能，完成本次畢業(yè)設計的任務

20、要求。一個完整的計算機應該由運算器、控制器、存儲器（ROM及RAM）和I/O接口組成。其結構框圖如圖2.2所示。 圖2.2 單片機結構框 2.2 籃球賽計時計分器的軟件方案論證 軟件是整個設計的關鍵所在，它可以使儀器的主要功能得以實現(xiàn)。而在軟件設計方法中，結構化設計是使用最廣泛的，最有效的，所以一般都采用模塊化設計的思想進行程序設計。根據(jù)這一原則和畢業(yè)設計任務書的要求，本設計的軟件部分主要包括：計時顯示模塊，計分顯示模塊，24秒違例顯示模塊，延時模塊等幾大模塊。各程序以模塊形式進行設計，獨立成章，運行過程中可以調用執(zhí)行，整個籃球賽計時計分器的軟件流程圖如圖2.3所示。 圖2.3

21、 主程序流程圖 2.3 籃球賽計時計分器部分器件方案論證 在整體方案設計過程中，對方案的選擇以及元器件的選擇，往往會影響到，整個系統(tǒng)設計的成功與否。所以在方案論證中，這一環(huán)節(jié)不是可缺少的。 2.3.1 硬件譯碼與軟件譯碼的比較 硬件譯碼即采用專用的帶驅動器的LED段譯碼器，如CD4511，MC14495，74LS164等。在本次設計中，選用了CD4511為LED顯示器的譯碼芯片,使用時只要將CD4511的輸入與微機系統(tǒng)輸出端口的某4個數(shù)據(jù)位相連，而CD4511的輸出直接與LED的a～g相接，便可實現(xiàn)對BCD碼的顯示。如圖2.4所示為對1位BCD碼的顯示。 圖2.4 采用CD451

22、1譯碼的1位LED顯示電路圖 軟件譯碼是在軟件設計時，在數(shù)據(jù)段定義0～9共10個數(shù)字。在程序中利用查表指令MOVC指令進行軟件譯碼?，F(xiàn)假設用共陰極LED來顯示數(shù)據(jù)，則可以用以下一段程序實現(xiàn)0～9的顯示,與單片機接口圖如圖2.5所示。 圖2.5 1位動態(tài)LED顯示器電路 MOV R1，#0AH MOV R0，#00H BUF：MOV A，R0 MOV DPTR，#DATA MOVC A，@A+DPTR MOV P1，A INC R0 DJNE R1，BUF SJMP NEXT DATA：DB 3FH，06H，

23、5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H，7FH，6FH 通過上述比較，可以得出，硬件譯碼方案，簡單，可實施性強，節(jié)省單片機的端口，而且不占用單片機內存。軟件譯碼占用單片機端口配置較多，而且工作不穩(wěn)定，所本設計選用硬件譯碼。 2.3.2 CD4511與MC14495的比較 CD4511為常用的四——七段BCD碼輸入端；a～g是7段碼輸出；為試燈腳；為消隱（滅燈）；和接高電平（電源）；LE端為選通腳，接低電平有效，當=0時LED數(shù)碼管顯示全亮筆段“8”字，可以檢查數(shù)碼管的質量好壞，有無筆段殘缺現(xiàn)象。當=0時強迫顯示器消隱；當LE=0時選通，LE=1時鎖存。如圖2.6所示為CD4511

24、引腳分布圖。 圖2.6 CD4511引腳分布圖 為了能夠正確使用此芯片，必須了解它的內部邏輯關系，如表2.1為CD4511的邏輯功能表。 MC14495芯片為BCD碼——七段16進制譯碼驅動芯片。如圖2.7所示為Motorola公司生產的CMOSBCD——七段16進制譯碼器芯片，它具有鎖存、譯碼驅動等功能。它與CD4511主要區(qū)別是：它能對大于9的二進制數(shù)譯碼。即它可以用字母A，B，C，D，E，F(xiàn)來顯示二進制數(shù)10，11，12，13，14，15，同時還有譯碼器輸入大于等于10時的指 表2.1 CD4511的邏輯功能表 輸入 輸出 LE BI LT D C B A

25、 a b c d e f g 顯示數(shù)字 0 1 1 1 1 1 1 1 B 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 3 0 1 1 0 1

26、 0 0 0 1 1 0 0 1 1 4 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 5 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 6 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 7 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 8 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 9 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0

27、0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 示端（h+1）。當輸入數(shù)據(jù)大于10時，h+1端輸出“1”電平。另外還有輸入數(shù)據(jù)為1

28、5時，電路輸出VCR為0電平（其他輸入狀態(tài)時為高阻）的功能。電路內部還有一個290Ω的限流電阻。LE為選通端，電路中的鎖存器在LED為0時輸入數(shù)據(jù)，在LE=1時鎖存數(shù)據(jù)。MC14495引腳分布如圖2.7所示。 圖2.7 MC14495引腳分布圖 表2.2為MC14495的真值表，從表中可以看出，當顯示數(shù)據(jù)大于等于10時，h+1端輸高電平。 表2.2 MC14495的真值表 輸入 輸出 D C B A a b c d e f g h+1 顯示數(shù)字 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0

29、1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 2 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 3 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 4 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 5 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 6 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 7 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 8 1

30、0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 9 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 A 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 B 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 C 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 D 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 E 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 F 通過上述比較，根據(jù)本設計的實際要求，四—七段BC

31、D碼硬件譯碼芯片CD4511符合設計要求，且能完成譯碼任務，本設計選用CD4511譯碼芯片。 第3章 籃球賽計時計分器的硬件設計 硬件是整個籃球賽計時計分器設計的基礎，怎樣選擇合適的器件來焊接整個電路十分關鍵，也是本章敘述的重點。除此之外，以下部分還會分別闡述所選器件的特性和原理，以及它們所能實現(xiàn)的功能。 3.1 球賽計時計分器的工作原理 整個籃球賽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)碼管全部顯示為0000、000 000和00；然后按計時電路中的K5、K6按鍵來設置比賽時間的十位數(shù)和個位數(shù)，時間設置好時，等待賽程開始

32、，當裁判吹響開始哨聲時，立即按K7鍵，啟動計時，這時計時電路便工作，計時采用倒計時方式。上半場結束時，蜂鳴器會發(fā)出10秒鐘響聲，通知上半場,這時按一下K7鍵，便完成了甲、乙兩隊的分數(shù)交換。在整個賽程中，還要對兩隊比分進行及時刷新，這時通過計分電路中的K1～K4鍵完成此功能，K1和K2鍵完成甲隊加、減分，K3和K4鍵完成乙隊加、減分。按鍵每按一下，表示加或減1分。 由于加、減分本設計中采用中斷完成，且加、減的中斷優(yōu)先權小于計時電路的中斷優(yōu)先權，所以不會對計時電路造成影響。如果在賽程過程中，一方教練申請暫停時，經裁判批準，立即按K7鍵，即可以暫停計時，暫停時間到時，再按K7鍵繼續(xù)計時，直至上半場

33、賽程結束，蜂鳴器會發(fā)出10秒的響聲，下半場同上半場一樣。 3.2 計時電路的設計 在此部分電路設計中,為了節(jié)省單片機的端口，采用了硬件譯碼芯片CD4511，可以實現(xiàn)穩(wěn)定顯示。選用單片機的P1口為控制4位LED的段選碼；P2口的P2.0～P2.3用于控制4位LED位選碼。由于所有的段選碼連在一起，所以同一瞬間只能顯示同一種字符。但如果要顯示不同字符，則要借助位選口來控制，本設計采用共陰顯示，所以只要P2.0～P2.3輸出高電平即可。例如，現(xiàn)在要顯示5678四個數(shù)字，則首先應該將“5”的顯示代碼（共陰LED的顯示代碼為6DH）由P1.0～P1.3送出。然后P2.0～P2.3輸出相應位選碼（共陰

34、LED時P2.0～P2.3輸出1000）時，則可以看到在數(shù)碼管1上的顯示數(shù)字“5”。再將顯示的數(shù)字“5”延時5～10ms，以造成視覺暫留效果；同時代碼由P1.0～P1.3送出。用同樣的方法將其余3個數(shù)字“678”送數(shù)碼管2、3、4顯示，最后則可以在4位LED上看到“5678”四個數(shù)字。為了使顯示效果穩(wěn)定，可以使每個數(shù)碼管顯示的數(shù)字不斷重復，當重復頻率達到一定程度時，加之人眼視覺暫留作用，便可以看到相當穩(wěn)定的“5678”四個數(shù)字。圖3.1為模擬以上顯示的過程圖。 圖3.1 模擬顯示5678的過程圖 3.2.1 計時電路的工作原理 計時電路主要由按鍵開關K5～K7，單片機AT89C52，

35、譯碼器以及LED顯示器構成。其工作過程如下：當調時（十位）開關K5按下時，產生一個低電平；立即數(shù)00H取出，同時對應調分（十位）控制端P2.0的LE輸出高電平，表示此時可以向調分（十位）的CD4511發(fā)送數(shù)據(jù)，但CD4511的輸出端a～g不會有輸出，因為LE=1時，CD4511鎖存。這時只要將要顯示數(shù)據(jù)的代碼以P1口的P1.0 ～P1.3送到CD4511的輸入端A～D端，送完后，將LE清零。這時便可以將要顯示數(shù)據(jù)的代碼經CD4511譯碼后，從輸出端a～g輸出，送LED顯示器顯示。 時間設置完后，啟動單片機內部定時器，開始定時計數(shù)。計時采用倒計時，比如：設置的時間為45分鐘，則在LED上顯示4

36、500四位數(shù)。定時計數(shù)60秒后中斷返回，繼續(xù)定時計數(shù)下一個60秒；同時則在4位LED顯示器上顯示4459四位數(shù)，表示時間已過去1秒鐘，即為44分59秒。這樣一直持續(xù)下去。直到變?yōu)椤?000”時表示賽程結束。如果比賽中，裁判叫暫停，則只要按一下K7鍵，即可暫停計時。計時電路的原理如圖3.2所示： 圖3.2 計時電路的原理圖 3.2.2 賽程時間設置 在圖3.2所示的計時電路中，按鍵開關K5、K6用來設置賽程時間，每按一次，數(shù)字自動加1，直到調到需要設置的時間即時。例如：比賽時間上半場時間為20分鐘，則通過按K5鍵，使數(shù)碼管1顯示“2”即可；再按K6鍵，設置比賽時間的個位數(shù)，使數(shù)碼管2顯

37、示“0”即可。一般比賽時間為40分鐘，所以只需要按K5鍵使數(shù)碼管1顯示“4”，按K6使數(shù)碼管2顯示“0”即可。時間設置好后，等待賽程開始。 當比賽結束時，如果由于一些特殊原因需增加比賽時間，這時增加比賽時間同樣由按鍵開關K5、K6用來設置，且方法跟上面一樣，但一般情況下只需按K6設置即可。因為加賽時間只有幾分鐘。 3.2.3 賽程時間啟/停設置 當時間設置完后，比如設置賽程時間為45分鐘，則在圖3.2所示的LED顯示器上則顯示為4500，45表示分鐘，00表示秒鐘。這時，如果裁判吹響開始哨聲時，則應立即按下按鍵K7，表示賽程開始，計時顯示則由4500變成4459，4458……一直計為00

38、00時表示賽程結束。如圖3.2所示，按鍵K7為賽程啟動和暫?？刂?。 3.3 計分電路的設計 8051系列單片機除了有4個8位并行口外，還有一個能同時進行串行發(fā)送和接收的全雙工串行通信口。它能同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，還能作為同步移位寄存器用。 球賽計分電路正是利用了89C52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來實現(xiàn)球賽比分刷新顯示的。 3.3.1 計分電路的工作原理 計分電路主要由單片機AT89C52、串/并轉換器、LED顯示器、74LS21以及按鍵開關組成。其工作過程如下：按鍵開關K1～K4組成甲、乙兩隊加減分控制。按鍵開關K1～K4一端接地，另一端輸入與門74LS2

39、1以及單片機AT89C52的P3.5、P3.4、P0.2、P0.1。當K1～K4四個按鍵的任何一個按下時，與門的8腳輸出都會產生低電平使單片機發(fā)生中斷，同時與單片機相連的對應端口也會產生一個低電平，從而使相應LED顯示，其工作原理如圖3.3所示。 3.3.2 比分交換控制的實現(xiàn) 比分交換控制由圖3.2所示的K7鍵完成。因為比分交換是在上半場賽程結束后進行的，也就是說比分交換受賽程時間控制，只有當上半場計時器指示為0000時，按K7鍵，則會自動交換甲、乙兩隊分數(shù)。如果上半場賽程時間沒有到0000時，則此時按下K7鍵，只會暫停比賽，不能交換分數(shù)。如果要繼續(xù)賽程，再按一次K7即可。因此，K7鍵完

40、成三重功能，即：啟動、暫停、比分交換。 3.3.3 比分刷新控制器 由于在比賽中，甲、乙兩隊的比分是不斷變化的，所以需設置比分刷新控制裝 圖3.3 計分電路原理圖 置；此部分功能由圖3.3所示的計分電路中的按鍵K1～K4完成： 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。 3.3.4 比分校正控制電路 比分校正控制電路由四輸入與門74LS21和4個按鍵組成，其中K1、K2鍵接74LS21的9、10腳，完成甲隊加、減分控制；K3、K4鍵接74LS21的12、13腳，完成乙隊加、減分控制。有關74LS

41、21集成電路的引腳分布圖及內部構造如圖3.4所示。 圖3.4 74LS21引腳分布圖 74LS21芯片的主要控制引腳說明： 14腳為電源腳。 7腳接地。 1、2、4、5、9、10、12、13為與門輸入腳。 6、8腳為與門輸出腳。 3.4 報警電路設計 本設計采用壓電蜂鳴器作為報警的音響器件，當P3.6輸出高電平1時，7406的輸出為低電平0，使壓電蜂鳴器引線獲得將近5V的直流電壓，而產生蜂鳴音。當P3.6端輸出低電平0時，7406的輸出端升高到約5V，壓電蜂鳴器兩引線間的直流電壓降至接近0V，發(fā)聲停止。其工作原理如圖3.5所示。 圖3.5 7406驅動報警電路 當比

42、賽結束時，系統(tǒng)會自動發(fā)出10秒鐘報警聲，提示賽程結束。 3.5 單片機的選擇 單片機自從問世以來就一直是工業(yè)檢測、控制應用的主角。市場上常用的單片機有Intel公司的MCS-51系列，日本松下公司的MN6800系列等。其中，MCS-51由于單片機應用系統(tǒng)具有體積小，可靠性高，功能強，價格低等特點，很容易作為產品進行生產而更受青睞。 然而作為本系統(tǒng)的核心元件，選擇哪一型號的MCS-51系列單片機顯得尤為關鍵，下面就逐個進行比較： 8031單片機片內不帶程序存儲器ROM，使用時需外接程序存儲器和一片邏輯電路74LS373，外接的程序存儲器多為EPROM的2764系列。用戶若想對寫入到EPR

43、OM中的程序進行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫入。寫入到外接程序存儲器的程序代碼沒什么保密性可言。 8051單片機片內有4K ROM，無須外接存儲器和74LS373，更能體現(xiàn)“單片”的簡練。但是編的程序無法燒寫到其ROM中，只有將程序交芯片廠代為燒寫，并是一次性的，今后都不能改寫其內容。 8751單片機與8051單片機基本一樣，但8751單片機片內有4K的EPROM，用戶可以將自己編寫的程序寫入單片機的EPROM中進行現(xiàn)場實驗與應用，EPROM的改寫同樣需要用紫外線照射一定時間擦除后再燒寫。 89C51單片機為EPROM型，在實際電路中可以直接互換8051單片機

44、或8751單片機，不但和8051單片機指令，管腳完全兼容，而且其片內的4K程序存儲器是FLASH工藝的。 89C52是一種低功耗高性能的具有8K字節(jié)可電氣燒錄及可擦除的程序ROM的八位CMOS單片機。該器件是用高密度、非易丟失存儲技術制造并且與國際工業(yè)標準89C51單片機指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。 綜上所述，從使用方便與簡化電路以及其性價比等角度來考慮，89C52比較合適的。本系統(tǒng)采用CPU為89C52的單片微機，89C52本身帶有8K的內存儲器，可以在編程器上實現(xiàn)閃爍式的電擦寫達幾萬次以上，比以往慣用的8031CPU外加EPROM為核心的單片機系統(tǒng)在硬件上具有更加簡單、方便等優(yōu)點，而且完

45、全兼容MCS-51系列單片機的所有功能。89C52管腳圖如圖3.6所示， 圖3.6 89C52管腳圖 下面介紹89C52的主要管腳功能如下： VCC（40）：電源+5V；VSS（20）：接地；P0口（32-39）：雙向I/O口，既可作低8位地址和8位數(shù)據(jù)總線使用，也可作普通I/O口；P3口（10-17）：多用途端口，既可作普通I/O口，也可按每位定義的第二功能操作；P2口（21-28）：既可作高8位地址總線，也可作普通I/O口；P1口（1-8）：準雙向通用I/O口；RST（9）：復位信號輸入端；ALE/PROG：地址鎖存信號輸出端；PSEN：內外程序存儲器選擇線；XTAL1（19）和

46、XTAL2（18）：外接石英晶體振蕩器。 MCS-51的CPU可包括運算部件，控制器，程序狀態(tài)字，B寄存器，累加器Acc（或A），位處理器等。 3.6 顯示電路的設計 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構簡單，價格便宜，接口容易實現(xiàn)，因而得到廣泛應用。下面介紹發(fā)光二極顯示器(LED)的結構、工作原理及其接口電路。 (1)LED結構與原理 LED顯示器又稱為數(shù)碼管，它主要由8段發(fā)光二極管組成，如圖3.7(a)所示。 圖3.7(a)中，a ～g為數(shù)字或字符顯示段，h段為小數(shù)點顯示，通

47、過a ～g為7個發(fā)光段的不同組合，可以顯示0～9和A～F共16個數(shù)字和字母。例如，當a、b、g、e、d段亮時，顯示數(shù)字“2”，當a、f、e、g段亮時，則顯示字母“F”。 LED可以分為共陰極和共陽極兩種結構，如圖3.7(b)和(c)所示。 圖3.7 LED顯示原理圖 其中圖(b)為共陰極結構。即把8個發(fā)光二極管陰極連在一起。這時如果需要點亮a ～g中的任何一盞燈，則只需要在相應端輸入高電平即可；輸入低電平則截止。比如我們現(xiàn)在要顯示數(shù)字“3”，則只要在對應的a、b、c、d、g段送入高電平，在其他端送入低電平即可，點亮為“3”。圖(c)為共陽極結構。其顯示端輸入低電平有效，高電平截止。

48、 （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。(本設計采用靜態(tài)顯示)。 所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示器顯示某一個字符時，相應的發(fā)光二極管恒定地導通或截止。如圖3.8所示為4位靜態(tài)LED顯示器電路。該電路每一位可單獨顯示。只要在要顯示的那位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持顯示相應的顯示字符。這種電路的優(yōu)點是：在同一瞬間可以顯示不同的字符；但缺點就是占用端口資源較多。從圖3.8可以看出，每位LED顯示器需單獨占用8根端口線。因而，在數(shù)據(jù)較多時往往不采用此種設計，而是采用動態(tài)顯示方式。 圖3.8 4位靜態(tài)LED顯示器電路 所謂動態(tài)顯示，就是將要顯

49、示的多位LED顯示器采用一8位的段選端口，然后采用動態(tài)掃描方式點亮各位顯示器。在每一瞬間只使某一位顯示字符，在此瞬間，段選控制I/O口輸出相應字符段選碼，而位選則控制I/O口在該顯示位送入選通電平，以保證該位顯示相應字符。如此輪流，使每位分時顯示該位應顯示的字符。如圖3.9所示為4位LED動態(tài)顯示電路。 圖3.9 4位動態(tài)LED顯示器電路 3.7 復位電路的設計 本系統(tǒng)的復位電路是采用上電復位的電路，是常用復位電路之一。上電自動復位是在加電瞬間電容通過充電來實現(xiàn)的，其電路如圖3.10所示。在通電瞬間，電容C通過電阻R充電，RST端出現(xiàn)正脈沖，用以復位，只要電源Vcc的上升時間不超過

50、1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復位初始化。 圖3.10 上電復位的電路 第4章 籃球賽計時計分器的軟件設計 軟件設計一般按下列步驟進行：先分析系統(tǒng)對軟件的要求；然后在此基礎上進行軟件總體設計，包括程序整體結構設計和對程序進行模塊化設計，模塊化設計即將程序劃分為若干個相對獨立的模塊；接著畫出每一個專用模塊的詳細流程圖，并選擇合適的語言編寫程序；最后按照軟件總體設計時給出的結構框圖，將各模塊連接成一個完整的程序。在主程序的設計中要合理地調用各模塊程序，特別注意各模塊的入口、出口及對硬件的資源占用情況。 采用模塊化設計方法以后，依據(jù)系統(tǒng)的功能要求將軟件的初

51、始化模塊、監(jiān)控模塊、計時模塊、計分模塊、24違例模塊、顯示模塊、延時模塊分別進行設計和調試，然后把它們連接起來，進行總調。 在劃分模塊時應注意：每個模塊不宜太長，冗長復雜的設計不宜調用與運行，所以通常編制20-50行的程序段較合適；應使模塊之間相互獨立，盡可能限制模塊之間的信息交換，以利于模塊的調試；應盡量利用已有并且熟悉的模塊。模塊化設計的優(yōu)點是：無論是硬件還是軟件，每一個模塊都相對獨立，故能獨立地進行設計、研制、調試和修改，從而使復雜的工作得以簡化。模塊之間的相互獨立也有助于研制任務的分解和設計人員之間的分工合作，這樣可提高工作效率和儀表的研制速度。上述各種研制調試完成之后，還需要將它

52、們按一定的方法連接起來，才能構成完整的儀表，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、傳輸、處理和輸出等各種功能。軟件模塊的連接，一般是通過監(jiān)控主程序調用各種功能模塊，或采用中斷的方法實時地執(zhí)行相應的服務模塊來實現(xiàn)，并且按功能層次繼續(xù)調用下一級模塊。模塊之間的聯(lián)系是由數(shù)據(jù)接口（數(shù)據(jù)緩沖器和標志狀態(tài)）來完成的。 4.1 監(jiān)控程序設計 整個設計既要包含實現(xiàn)任務要求的各種功能程序，也要有可以監(jiān)控儀器儀表正常工作，保證其可靠性方面的監(jiān)控程序。整個儀器的測量都是自動完成的，所以設計一套功能完備的監(jiān)控程序是必須的也是必要的。 監(jiān)控程序的主要作用是實時的響應來自系統(tǒng)的各種信息，按信息的類別進行處理；當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能自動的采

53、取有效的措施，消除故障，保證系統(tǒng)能夠繼續(xù)進行正常工作。 4.2 計時顯示子程序設計 計時顯示子程序主要由硬件譯碼器CD4511以及LED來完成。本設計定義P2.0～P2.3為片選端口，定義P1.0～P1.3為數(shù)據(jù)端口，顯示數(shù)據(jù)的代碼以P1口的P1.0～P1.3送到CD4511的輸入端A～D端，送完后，將LE清零。這時便可以將要顯示數(shù)據(jù)的代碼經CD4511譯碼后，從輸出端a～g輸出，送LED顯示器顯示。計時顯示子程序流程圖如圖4.1所示： 圖4.1 計時顯示子程序流程圖 根據(jù)上述流程圖編寫程序如下： ****************************************

54、******************************* 一秒鐘到了，時間減1秒 *********************************************************************** CJNE A,#00H,N0 ;秒鐘個位回到0沒有 MOV 43H,#09H ;秒鐘個位送初值9 AJMP N1 N0: DEC 43H AJMP NEXT N1: MOV A,42H CJNE A,#00H,LP3 ;秒鐘十位回到0沒有

55、 MOV 42H,#05H ;秒鐘十位送初值5 MOV A,41H CJNE A,#00H,LP2 ;分種個位回到0沒有 MOV 41H,#09H ;分鐘個位送初值9 MOV A,40H CJNE A,#00H,LP1 ;分鐘十位回到0沒有 MOV 41H,#00H CLR P0.0 SETB P3.6 ;時間到發(fā)出10秒鐘警報 LCALL D10S C

56、LR P3.6 LP3: DEC 42H ;將秒鐘十位減1 AJMP NEXT LP1: DEC 40H ;將分鐘十位減1 AJMP NEXT LP2: DEC 41H ;將分鐘個位減1 AJMP NEXT *********************************************************************** 顯示賽程時間，24秒違例時間 *******************************

57、**************************************** NEXT:CLR P2.3 ;顯示時間 MOV P1,43H ;顯示秒鐘個位 NOP NOP SETB P2.3 CLR P2.2 ;顯示秒鐘十位 MOV P1,42H NOP NOP SETB P2.2 CLR P2.1 ;顯示分鐘個位 MOV P1,4

58、1H NOP NOP SETB P2.1 CLR P2.0 ;顯示分鐘十位 MOV P1,40H NOP NOP SETB P2.0 CLR P0.6 ;顯示違例秒鐘十位 MOV P1,44H NOP NOP SETB P0.6 CLR P0.7 ;顯示違例秒鐘個位 MOV P1,45H NO

59、P NOP SETB P0.7 4.3 計分顯示子程序設計 計分電路主要由串/并轉換芯片CD4094、LED顯示器以及74LS21組成。當有按鍵按下時，使其外部中斷INT0發(fā)生中斷，從而使相應LED顯示。因為按鍵開關按下時為低電平。例如：現(xiàn)在以甲隊加分為例，來說明整個過程。假設比賽剛開始，雙方比分為000 000，某一時刻后，當甲隊加分時，則安下K1，這時K1=0（低電平），其余K2K3 K4=111（為高電平），K1K2K3K4相與的結果為低電平，這時與門8腳輸出低電平到單片機AT89C52的P3.3腳，使其外部中斷INT1發(fā)生中斷，從而調用中斷服務程序，將要

60、顯示的數(shù)據(jù)從程序中定義的LED顯示常數(shù)表TAB中取出數(shù)據(jù)06H（因為LED顯示常數(shù)表TAB的偏移地址為33H，33H首先是指向LED顯示常數(shù)表TAB中第一個數(shù)據(jù)3FH的，當K3按下時，相當于將33H地址加1，這時便指向第二數(shù)據(jù)06H）經串行發(fā)送端P3.0送至串/并轉換器CD4094的輸入端第2腳（數(shù)據(jù)輸入DATA）。由于串行口的工作方式設置為方式0。所以在串行數(shù)據(jù)通過RXD引腳輸出時，則TXD引腳會輸出多位時鐘作為移位脈沖。將8位數(shù)據(jù)順利送到CD4094中。另外在RXD引腳輸出數(shù)據(jù)的同進，單片機P3.7腳輸出高電平給CD4094的第1腳STR（使能控制），使前一片CD4094中的8位數(shù)據(jù)從Q′

61、S移位至下一片CD4094輸入端的第2腳。在RXE引腳輸出數(shù)據(jù)過程中，連續(xù)使單片機P3.7腳輸出6次高電平，這樣便使6片CD4094中得到不同的顯示代碼。然后使單片機P3.7腳輸出低電平，將6片CD4094中顯示代碼送LED顯示器顯示，便得到顯示為 000 001。因為，在程序中定義33H、34H、35H、36H、37H、38H，6地址單元，分別對應甲隊、乙隊3個LED顯示器在程序中定義的LED顯示常數(shù)表TAB中的偏移首地址。單片機的RXD每次發(fā)送6個數(shù)據(jù)，分別對應以33H、34H、35H、36H、37H、38H為偏移首地址單元里的數(shù)據(jù)。例如：甲隊加分表示以33H為偏移首地址的單元加1，指向第

62、二個數(shù)據(jù)06H，其他以34H、35H、36H、37H、38H為偏移首地址單元里的數(shù)據(jù)仍然指向第一個數(shù)據(jù)3FH，這樣將這6個數(shù)據(jù)：06H、3FH、3FH、3FH、3FH、3FH經單片機的RXD發(fā)送出去，再在單片機P3.7腳輸出的6次高電平作用下產生6次移位，便在6片CD4094中得到顯示代碼：3FH、3FH、3FH、3FH、3FH、06H。然后在P3.7=0顯示為：000 001。以甲隊加分為例，計分顯示子程序流程圖如圖4.2所示。 圖4.2 計分顯示子程序流程圖 根據(jù)上述流程圖編寫程序如下： *********************************************

63、*************************** KP1: INC 36H ;甲隊+1程序 MOV A,36H CJNE A,#0AH,KP5 MOV 36H,#00H INC 37H MOV A,37H CJNE A,#0AH,KP5 MOV 37H,#00H INC 38H ***********************************************************************

64、* 顯示分數(shù) ************************************************************************ KP5: CLR P3.7 ;顯示分數(shù) MOV R1,#33H MOV R2,#06H LP6: MOV A,@R1 MOV DPTR,#TAB ;查找顯示數(shù)據(jù) MOVC A,@A+DPTR MOV SBUF,A ;通過串行口發(fā)送顯示 JNB TI,$

65、 ;串行口是否發(fā)送完畢 CLR TI ;串行口標志清0 INC R1 DJNZ R2,LP6 ;6次是否發(fā)送完畢 SETB P3.7 4.4 LED顯示子程序設計 顯示子程序是字符顯示，通過單片機的串口與移位寄存器相連，然后輸出寫顯示命令。在顯示過程中一定要調用延時子程序，其任務是將處理數(shù)據(jù)的結果送顯示器顯示。通過對LED顯示子程序的編寫、鏈接、調試等能夠完成時間、分數(shù)的顯示。8段LED共陰極常用字型碼及其對應的顯示字符見下表4.1所示： 表4.3 8段LED共陰極

66、常用字型碼 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 C0H 8 7FH 80H 1 06H F9H 9 6FH 90H 2 5BH A4H A 77H 88H 3 4FH B0H B 7CH 83H 4 66H 99H C 39H C6H 5 6DH 92H D 5EH A1H 6 7DH 82H E 79H 86H 7 07H F8H F 71H 8EH 第5章 籃球賽計時計分器的整體調試 調試的任務主要包括硬件調試、軟件調試和整體聯(lián)調。由于硬件和軟件的研制是相對獨立進行的，因此軟件調試是在硬件完成之前，而硬件也是在無完整軟件情況下進行調試的。在調試中找出缺陷，判斷故障源，對硬、軟件做出修改，反復進行這一過程，直至確信沒有錯誤之后，接入單片機進行整機聯(lián)調。 5.1 調試分析 軟件的調試和硬件的調試都是獨立進行的，軟件部分包括計時顯示子程序、計分顯示子程序、24秒違例報