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文檔簡介

1、一、課程任務1.1 設計的目的和意義目前球場記分牌在傳統(tǒng)操作模式下,采用記分員手動反動記分牌記分,工作方式單一。由于種種弊端,電子計分板已經開始在一些大型的體育場流行起來,不僅發(fā)展速度迅猛并會逐漸取代傳統(tǒng)的電子記分牌。電子記分牌根據籃球比賽的特點,采用單片機為核心控制LED數碼管,具有亮度高、可視性好、功耗小、使用壽命長等優(yōu)點:具有性能穩(wěn)定,尺寸適中,運輸安裝煩死靈活,物美價廉等特點,特別適用于中、小型體育館和訓練館。1.2 設計任務與要求設計題目:籃球賽電子記分牌設計要求:(1)啟動時顯示為0分,計分范圍為0100分。(2)得分時加上相應的分數,失分時剪去相應的分數。(3)刷新分數的按鍵按下

2、時,伴隨提示音。二、引言2.1 單片機介紹單片機又稱單片機微控制器,其基本結構是將微型計算機的基本功能部件:中央處理機(CPU)、存儲器、輸入接口、輸出接口、定時器/計數器、中斷系統(tǒng)等全部集成在一個半導體芯片上。單片機結構上的設計,在硬件、指令系統(tǒng)及I/O能力等方面都有獨到之處,具有驕傲昂而有效的控制功能。雖然單片機只是一個芯片,但是無論從組成還是從其邏輯功能上來看,都具有微機系統(tǒng)的含義。另一方面,單片機畢竟是一個芯片,只有外加所需的輸入、輸出設備,才可以構成使用的單片機應用系統(tǒng)。2.2 單片機的特點(1) 具有較高的性能價格比。高性能、低價格是單片機最顯著的一個特點,其應用系統(tǒng)具有印制板小、

3、接插件少、安裝調試簡單方便等特點,使單片機應用系統(tǒng)的性能幾個比大大高于一般微機系統(tǒng)。(2) 體積小,可靠性高。由單片機組成的應用系統(tǒng)結構簡單,其體積特別小,極易對系統(tǒng)進行電磁屏蔽等抗干擾措施。另一方面,單片機對信息傳輸及對存儲器和I/O借口的訪問,一般情況下是在單片機內部進行的,因此,不易受到外界的干擾。所以單片機應用系統(tǒng)的可靠性比一般危機系統(tǒng)高得多。(3) 控制功能強。單片機采用面向控制的指令系統(tǒng),實時控制功能特別強。在實施控制方面,尤其是在位操作方面單片機又這不俗的表現。CPU可以直接對I/O口進行輸入、輸出操作及邏輯運算,并且具有很強的位置處理能力,能針對性的解決由簡單到復查的各類控制任

4、務。在單片機內存儲其ROM和RAM是嚴格分工的。ROM是作用程序存儲器,只放程序、常熟和數據表格,由于配置較大的程序存儲空間ROM,可以將已調試好的程序固化在ROM,這樣不僅掉電時程序不丟失,還避免了程序被破壞,從而確保了程序的安全性。而RAM用作數據純初期,存放臨時數據和變量,這種方案使單片機更適用于實時控制系統(tǒng)。 2.3 單片機基本組成(1) 運算器運算器以完成二進制的算術/邏輯運算部件ALU為核心,再加上暫存器TMP、累加器ACC、寄存器B、程序狀態(tài)標志寄存器PSW及布爾處理器。累加器ACC是一個八位寄存器,它是CPU中工作最頻繁的寄存器。在進行算術、邏輯運算時,累加器ACC往往在運算前

5、暫存一個操作數,而運算后又保存其結果。寄存器B主要用于乘法和除法操作。標志寄存器PSW也是一個八位寄存器,用來存放運算結果的一些特征,如有無進位、借位等。(2) 控制器控制器是CPU的神經中樞,它包括時控制邏輯電路、指令寄存器、譯碼器、地址指針DPTR及程序計數器PC、堆棧指針SP等。這里程序計數器PC是由16位寄存器構成的計數器。8051CPU C指定的地址,從ROM相應單元中取出指令字節(jié)放在指令寄存器中寄存,然后,指令寄存器中的指令代碼被譯碼器譯成各種形式的控制信號,這些信號與單片機時鐘振蕩器產生的時鐘脈沖在定時與控制電路中相結合,形成按一定時間節(jié)拍變化的電平和時鐘,即所謂控制信息,在CP

6、U內部協(xié)調寄存器之間的數據傳輸、運輸等操作。(3) 存儲器存儲器是單片機的又一個重要組成部分。其中每個存儲單元對應一個地址,用兩位16進制數表示容量為256個單元的存儲器,其地址為:00HFFH。存儲器中每個存儲單元可以存放一個八位二進制信息,通常用兩位16進制數來表示,這就是存儲器的內容。存儲器的存儲單元地址和存儲但單元的內容是不同的兩個概念,不能混淆。2.4 單片機的發(fā)展現在可以說單片機是百花齊放,百家爭鳴的時期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機,從8位、16位到32位,數不勝數,應有盡有,有與主流C51系列兼容,也有不兼容的,但他們各具特色,互成互補,為單片機的應用提供廣闊的天

7、地??v觀單片機的發(fā)展過程,可以預示單片機的發(fā)展趨勢,大致有:(1) 低功耗CMOS化MCS-51系列的8931推出時的功耗達650mv,而現在的單片機普遍都在100mv左右,隨著對單片機功耗要求越來越低,現在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS。像89C51就采用了HMOS和CHMOS。CMOS雖然功耗較低,但由于其物理特征決定其工作速度不夠高,而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點,這些特征,更適合于在要求第供貨像電池供電的應用場合。所以這種工藝將會死今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。(2) 微型單片機現在常規(guī)的單片機普遍是將中央處理器、隨機存取數據存儲、只讀程序存儲器、并行和串行通信接口

8、,中斷系統(tǒng)、定時系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上,增強型的單片機集成了如:A/D轉換器、PMW、WDT、有些單片機將LCD驅動電路都集成在單一的芯片上,這樣單片機包含的單元電路就更多,功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據用戶的要求量身定做,制造出具有自己特色的單片機芯片。(3) 主流與多品種共存現在雖然單片機的品種繁多,各具特色,但仍以89C51位核心的單片機占主流,兼容其結構和指令系統(tǒng)的有PHLIPS公司的產品,ATMEL公司的產品和中國臺灣的Winbond系列單片機。所以89C51位核心的單片機占據了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指令集也有著強勁的發(fā)展勢頭,

9、中國臺灣的HOLTEK公司近年的單片機產量與日俱增,與其低價質優(yōu)的優(yōu)勢,占據一定的市場份額。三、硬件設計3.1 總體方案設計 籃球積分器的硬件電路分成主控模塊、鍵盤輸入模塊、信息提示模塊三部分進行設計。 主控模塊以AT89S51為核心,完成輸入輸出信息處理、計時器中斷相應、數值計算等,協(xié)調整個系統(tǒng)有條不緊的工作。鍵盤輸入模塊作為人機交互接口,允許用戶控制系統(tǒng)的工作狀態(tài),完成如記分開始/暫停、記分清零、比賽隊伍分數調整等功能。信息提示模塊包含4個2位8段數碼管和一個蜂鳴器,用于實時顯示系統(tǒng)工作狀態(tài),方便用戶進行下一步操作。 圖3-1位整體電路圖整體電路圖 圖3-13.2 單片機的選型主控模塊以A

10、T89S51單片機作為微控制器。AT89S51單片機是一種低電壓,高性能CMOS8位單片機,片內含8k bytes 的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 byres的隨機存取數據存儲器 (RAM),器件采用高密度、非易失性存儲技術生產,兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)。片內置通用8位中央處理和Flash存儲單元。由于它的這些優(yōu)良特性,AT89S51單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應用。采用AT89S51作為微控制器,可以很好地滿足籃球記分牌的系統(tǒng)要求。如圖3-2。CPU圖解 圖3-23.3 電源開關開關模塊由電源插頭、電源按鍵和一個LED指示燈組成。其中電源開關控制電路的通斷,LED提示用火

11、電路是否有通電。當電源接通,開關鍵按下電流通過開關到達LED燈使得LED燈亮起,從而提示電路通電。當開關再次按下,電流斷開,LED等熄滅,提示電路斷電.電路圖如圖3-3和圖3-4.開關電路圖 圖3-3LED燈電路圖 圖3-43.4 復位和振蕩電路的設計復位電路可以實現上電復位和按鍵復位兩種復位方式:上電復位電路由電容串聯電阻構成,由圖并結合“電容電壓不能突變”的性質,可以知道,當系統(tǒng)一上電,RST腳將會出現高電平,并且這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來決定。典型的51單片機當RST腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復位,所以適當組合 RC的取值就可以保證可靠的復位。按鍵復位電路則是通過按下R

12、ESET按鍵拉高RST引腳電平來實現的。 晶體振蕩電路由一個12MHZ石英晶振和兩個30pF的電容組成,用于產生穩(wěn)定的時鐘脈沖信號供單片機工作。電路圖如圖3-5和3-6.復位模塊電路圖 圖3-5晶體振蕩電器路圖 圖3-63.5 按鍵輸入模塊用戶通過鍵盤輸入模塊對系統(tǒng)進行控制。按鍵k2是控制分數增加,按鍵k3是控制分數減少,按鍵k4是控制權加,按鍵k5是控制權減。數字權加/減以后按下k2或k3就會就可以實現分數的加減,加/減的分數就是權數。4個按鍵的引腳分別接在AT89S51的I/O口P20P23,在單片機內部采用順序掃描法檢測到按鍵按下,從而執(zhí)行相應的任務。電路圖如圖3-7.按鍵電路圖 圖3-

13、73.6 信息顯示模塊信息顯示用到1個4位8段共陰極數碼管和一個蜂鳴器。數碼管顯示3位數字,第一位為權數,第二位為隔開符號(中間的一個橫杠),第三、第四位一起進行分數的加減。由于P0口的驅動能力有限,所以外接了一排阻,從而增強了對數碼管的驅動能力。數碼管采用共陽極連接方式,其陰極分別接單片機P0P7口,當單片機某口輸出低電平時,對應的數碼管亮。電路圖如圖3-8.蜂鳴器接在P37口上,在比賽比分有改動時會發(fā)出提示音。顯示模塊電路圖 圖3-83.7 系統(tǒng)所用元器件元器件列表元件型號數量CPUAT89C512104瓷片電容130pF4104瓷片電容210uF2晶振 12MHz2蜂鳴器2PNP三極管M

14、JE35021602液晶2電阻10K2RESPACK-82按鍵 48四、軟件系統(tǒng)設計4.1 軟件系統(tǒng)總體設計方案這里選用的是國外進口的51系列兼容單片機C語言開發(fā)系統(tǒng)的C編寫。與匯編相比,C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢,因而易學易用。給芯片提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案,通過一個集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。主程序流程如下:數碼管初始狀態(tài)顯示00 開始掃描按鍵K1-K4 是否有鍵按下 N顯示dat,add蜂鳴進行相應的計數 Y 用兩位數碼管顯示獨立按鍵按下的次數。數碼管字型碼由P0口控制、位選通由P2控制,本

15、次要顯示的是P24-P27四位。無源蜂鳴器由P37口控制,獨立按鍵由P20-P23控制。數碼管初始狀態(tài)顯示00,當賦予真值的時候,相應的執(zhí)行按鍵掃描程序,開始掃描按鍵是否有按下,當發(fā)現有按鍵按下時,相應的執(zhí)行計數功能,當分數加減按鍵按下執(zhí)行完分數加或減之后執(zhí)行蜂鳴程序,最后是顯示DAT與ADD的值。4.2 按鍵掃描対按鍵的檢測,有兩種常用方法:行掃描法和線反轉法。在此采用線反轉法,其識別按鍵的過程介紹如下。判斷鍵盤中有無按鍵按下:將全部按鍵置低電平,然后檢測各個按鍵的狀態(tài)。只要有按鍵的電平為底,則表示按鍵中有按鍵按下,而且低電平的鍵位就是閉合的按鍵。若所有按鍵均為高電平,則鍵盤中無按鍵按下。4

16、.2.1 分數加流程圖如下:按鍵按下消除抖動dat加加權數dat是否大于100 dat=100 蜂鳴器發(fā)聲等待按鍵是否釋放 N顯示當前dat的值 當按鍵按下時,延時程序延時,消除按鍵按下時產生的震動,加上權數并檢查是否小于零。如果小于零數碼管不操作,蜂鳴器響一聲;不小于零則蜂鳴器響一聲,并且在按鍵松開后顯示dat上數值。繼續(xù)掃描,等待指令。4.2.2 分數減流程圖如下:按鍵按下消除抖動dat減權數dat是否小于0 N Ydat=0蜂鳴器發(fā)聲 N等待按鍵是否釋放 Y 顯示當前dat的值按鍵按下時,延時程序延時,消除按鍵按下時產生的震動,減去權數并檢查是否小于零。如果小于零數碼管不操作,蜂鳴器響一

17、聲;不小于零則蜂鳴器響一聲,并且在按鍵松開后顯示dat上數值。繼續(xù)掃描,等待指令。4.2.3 權數加流程圖如下:顯示當前ADD的值NAdd=15Add是否大于15消除抖動Add加1按鍵按下Y按鍵按下時,延時程序延時,消除按鍵按下時產生的震動,ADD加1上并檢查是否大于15。如果大于15數碼管不變;不大于15則在按鍵松開后顯示ADD的值。繼續(xù)掃描,等待指令。4.2.4 權數減按鍵按下流程圖如下:顯示當前ADD的值Add=0Add是否小于0Add減1消除抖動按鍵按下時,延時程序延時,消除按鍵按下時產生的震動,ADD減1上并檢查是否大于15。如果大于15數碼管不變;不大于15則在按鍵松開后顯示ADD

18、的值。繼續(xù)掃描,等待指令。 總結這一次的課程設計,我的課題是籃球賽電子記分牌。由于這一系統(tǒng)包含單片機基礎、數碼管動態(tài)顯示、矩陣鍵盤掃描、定時器和中斷等知識體系,涉及面較廣,通過這一課程設計,可以更好地檢測和鞏固學到的知識,加深自己對電子世界的認識。在本次的設計中,在自己負責的模塊的設計中,我除了得到了正確的結果之外,更多的是面對錯誤及失敗,而這些錯誤大多數是由于自己對該部分電路原理掌握的不夠透徹而造成的。通過查閱資料,連接、調試電路和程序,我得出了一些心得體會,比如:電流表顯示數值為0時,不一定會死接法的問題,可以試著調整量程,可能是量程選大了;電路板轉孔時為了定位準確要事先轉好槽孔。這些以后

19、在設計過程中依舊可以借鑒。謝 辭本次課程設計的題目我很感興趣,做得也非常認真。從方案的制定、元器件的選擇、電路的搭建與調試等多方面都付出了很多努力,甚至愛遇到棘手的問題是徹夜坐在電腦前反復修改調試。雖然辛苦,但是收獲頗豐。在這里要感謝很多同學和朋友在本次課程設計中給予的支持和幫助。特別是要感謝我的指導老師惲老師,在我遇到困難的時候,他給了我極大的幫助。尤其是電路設計的模塊方面,老師給了我耐心細致的指導。教會了我能夠熟悉的運用匯編語言和C語言程序設計。讓我學到了部分常用芯片的用的運用。參考文獻1 趙全利. 單片機原理及應用教程. 北京,機械工業(yè)出版社M,2010。2 譚浩強. C程序設計(第四版

20、). 北京,清華大學出版社M,2010年6月。3 張毅剛. 新編MCS-51應用設計m. 哈爾濱,哈爾濱工業(yè)大學出版社M,2008年,380390.4 李生明,楊紅. 3寸數碼管記分牌的設計N,長江工程職業(yè)學院學報,2010年6月27日(第二期)。附 錄/* 用兩位數碼管顯示獨立按鍵按下的次數數碼管字型碼由P0口控制、位選通由P2控制,本次要顯示的兩位是P24-P237四位。無源蜂鳴器由P37口控制,獨立按鍵由P20-P23控制。*/#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned char sbit fmq=P37; /蜂鳴器控制位sbit k1=P23; /分值加按鍵sbit k2=P22; /分值減按鍵sbit k3=P21; /分權值加按鍵sbit k4=P20; /分權

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