單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)籃球比賽計(jì)分器

1、課 程 設(shè) 計(jì) 2011 年 3 月 18 日課 程 單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 題 目 籃球比賽計(jì)分器 院 系 專業(yè)班級 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)教師 課程 單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)題目 籃球比賽計(jì)分器 專業(yè)班級 姓名 學(xué)號 一、設(shè)計(jì)目的：訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用己學(xué)課程的基本知識，獨(dú)立進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)開發(fā)工作，掌握單片機(jī)程序設(shè)計(jì)、調(diào)試，應(yīng)用電路設(shè)計(jì)、分析及調(diào)試檢測。二、設(shè)計(jì)要求：1. 應(yīng)用 mcs-51 單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)籃球比賽計(jì)分器；2. 能顯示 2 個(gè)隊(duì)的當(dāng)前比分；根據(jù)各自得分情況進(jìn)行加 1， 2，3 分；3. 硬件設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的任務(wù)選定合適的單片機(jī)，根據(jù)控制對象設(shè)計(jì)接口電路。設(shè)計(jì)的單元電路必須

2、有工作原理，器件的作用，分析和計(jì)算過程；4. 軟件設(shè)計(jì)根據(jù)電路工作過程，畫出軟件流程圖，根據(jù)流程圖編寫相應(yīng)的程序，進(jìn)行調(diào)試并打印程序清單；5. 原理圖設(shè)計(jì)根據(jù)所確定的設(shè)計(jì)電路，利用 protel 等有關(guān)工具軟件繪制電路原理圖、pcb 板圖、提供元器件清單。三、參考資料：1 單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)，李群芳、黃建編著，電子工業(yè)出版社；2 單片機(jī)原理及應(yīng)用，張毅剛編著，高等教育出版社；3 51 系列單片機(jī)及 c51 程序設(shè)計(jì)，王建校，楊建國等編著，科學(xué)出版社；4 單片機(jī)原理及接口技術(shù)，李朝青編著，北京航空航天大學(xué)出版社；完成期限 2011.3.142011.3.18 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2011

3、 年 3 月 18 日目 錄第 1 章 概 述 .1第 2 章 設(shè)計(jì)分析 .12.1 功能分析.12.2 方案論述.1第 3 章 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì) .13.1 硬件設(shè)計(jì).23.1.1 單片機(jī)模塊.23.1.2 按鍵模塊 .33.1.3 數(shù)碼顯示模塊 .43.2 軟件設(shè)計(jì).5第 4 章 系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)測試 .84.1 系統(tǒng)仿真.84.2 實(shí)驗(yàn)測試.9第 5 章 結(jié) 論 .10參考文獻(xiàn) .11附錄 1 控制源代碼.12附錄 2 硬件總電路圖.14第第 1 1 章章 概述概述單片機(jī)原理與應(yīng)用是電子信息工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課，對應(yīng)用能力和動手能力要求很高，課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是學(xué)生學(xué)習(xí)該課程后進(jìn)行的一項(xiàng)必不可少

4、的基本訓(xùn)練。并于大三下學(xué)期暑假進(jìn)行，本人所選的課題是籃球賽計(jì)分器。本課題以增強(qiáng)型單片機(jī) at89c51 為核心，設(shè)計(jì)制作籃球比賽計(jì)分器。針對籃球比賽中有得 1、2、3 分，有時(shí)還會出現(xiàn)加分錯(cuò)誤的情況，本人設(shè)計(jì)的簡易籃球賽計(jì)分器主要通過按鍵實(shí)現(xiàn)以下功能：能夠進(jìn)行加 1、2、3 分；能夠進(jìn)行減 1 分。并通過 3 個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行顯示。第第 2 章章 設(shè)計(jì)分析設(shè)計(jì)分析2 2.1.1 功能分析功能分析根據(jù)前面的設(shè)計(jì)的任務(wù)的要求，本設(shè)計(jì)任務(wù)主要具有以下幾個(gè)模塊：單片機(jī)模塊；按鍵模塊；數(shù)碼顯示模塊。本設(shè)計(jì)由單片機(jī)模塊部分植入主程序，通過按鍵部分進(jìn)行加 1、2、3 分以及減 1 分操作，最終在 3 個(gè) led

5、 數(shù)碼管上顯示結(jié)果。2.22.2 方案論述方案論述本系統(tǒng)是以 c 語言作為編輯語言，采用單片機(jī) at89c51 作為本設(shè)計(jì)的核心元件，。利用 7 段共陽 led 作為顯示器件。在此設(shè)計(jì)中共接入了 3 個(gè) 7 段共陽 led 顯示器，分別表示個(gè)位，十位，百位用于記錄該隊(duì)的分?jǐn)?shù)， 3 個(gè) led 顯示器顯示范圍可達(dá)到0999 分，能夠滿足籃球比賽的需要。并設(shè)置有 4 個(gè)按鍵：k1，k2,k3,k4。當(dāng)比賽隊(duì)得 1 分時(shí)，按下 k1 鍵加 1 分，得 2 分時(shí)按 k2 鍵加 2 分，得 3 分時(shí)按下 k3 鍵加 3 分。如分?jǐn)?shù)計(jì)錯(cuò)需減分時(shí)，每按一次 k4 鍵減 1 分。因所設(shè)計(jì)的籃球賽計(jì)分器功能較少

6、，電路結(jié)構(gòu)也相對簡單。所以在選材方面也不多。由于按鍵要求不是很高，因此選材只有兩個(gè)部分：單片機(jī)部分和顯示部分。本次課程設(shè)計(jì)選用的芯片為 at89c51，顯示部分用的是 led 數(shù)碼管顯示。第第 3 章章 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)本次課程設(shè)計(jì)主要分為 2 個(gè)主要的部分進(jìn)行：硬件和軟件。首先進(jìn)行的是硬件的選材和電路圖的連接，然后再進(jìn)行程序的編寫。3.1 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) 由于本次課程設(shè)計(jì)的簡易籃球計(jì)分器功能比較簡單，所以選擇的器件也比較少，主要有 4 個(gè)按鍵，1 個(gè) at89c51，3 個(gè)共陽的數(shù)碼顯示管，因此本課題的硬件設(shè)計(jì)部分劃分為 3 個(gè)模塊：單片機(jī)模塊；按鍵模塊；數(shù)碼顯示模塊。系統(tǒng)的總電路

7、圖見附錄2（總電路原理圖） 。3.1.1 單片機(jī)模塊單片機(jī)模塊單片機(jī)是在一塊芯片中集成了 cpu、ram、rom、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多功能 i/o 口等計(jì)算機(jī)所需要的基本部件的大規(guī)模集成電路，又稱 mcu。如果說 c 語言程序設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)課，那么 at89c51 單片機(jī)以其系統(tǒng)硬件構(gòu)架完整、價(jià)格低廉、學(xué)生能動手等特點(diǎn)，成為工科學(xué)生硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課。at89c51 是 51 系列單片機(jī)的一個(gè)增強(qiáng)型號，它是 atmel 公司生產(chǎn)的。at89c51是一個(gè)低電壓，高性能 cmos 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存

8、儲器（ram） ，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) mcs-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的 at89c51 單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。at89c51 有 40 個(gè)引腳，32 個(gè)外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口，3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2 個(gè)全雙工串行通信口，2 個(gè)讀寫口線，at89c51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本本設(shè)計(jì) p1 口接四個(gè)

9、開關(guān)，分別作為比分+1、+2、+3、1 分的控制按鍵；p0、p2口和 p3 口分別按靜態(tài)接口方法接兩個(gè)數(shù)碼管來顯示比分。本次課程設(shè)計(jì)采用的是增強(qiáng)型 at89c51 單片機(jī)。其管腳圖如圖 1 所示。圖 1 單片機(jī)模塊圖本次設(shè)計(jì)用到了其中的 p0,p1,p2,p3 口，分別用于百位，開關(guān)，個(gè)位，十位 。各管腳的功能和用法如下述。p0 口：p0 口為一個(gè) 8 位漏極開路雙向 i/o 口，當(dāng)作輸出口使用時(shí)，必須接上拉電阻才能有高電平輸出；當(dāng)作輸入口使用時(shí)，必須先向電路中的鎖存器寫入“1” ，使fet 截止，以避免鎖存器為“0”狀態(tài)時(shí)對引腳讀入的干擾。p1 口：p1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙

10、向 i/o 口，它不再需要多路轉(zhuǎn)接電路 mux；因此它作為輸出口使用時(shí)，無需再外接上拉電阻，當(dāng)作為輸入口使用時(shí)，同樣也需先向其鎖存器寫“1” ，使輸出驅(qū)動電路的 fet 截止。p2 口：p2 口電路比 p1 口電路多了一個(gè)多路轉(zhuǎn)接電路 mux，這又正好與 p0 口一樣。p2 口可以作為通用的 i/o 口使用，這時(shí)多路轉(zhuǎn)接電路開關(guān)倒向鎖豐存器 q 端。p3 口：p3 口特點(diǎn)在于，為適應(yīng)引腳信號第二功能的需要，增加了第二功能控制邏輯。當(dāng)作為 i/o 口使用時(shí)，第二功能信號引線應(yīng)保持高電平，與非門開通，以維持從鎖存器到輸出端數(shù)據(jù)輸出通路的暢通。當(dāng)輸出第二功能信號時(shí)，該位應(yīng)應(yīng)置“1” ，使與非門對第二

11、功能信號的輸出是暢通的，從而實(shí)現(xiàn)第二功能信號的輸出。其中 p1 的 14 腳分別接上開關(guān) k1k4，p0 的 3639 腳接上上拉電阻和數(shù)碼顯示的百位，p2 的 2124 腳接數(shù)碼顯示的個(gè)位，p3 的 1013 腳接數(shù)碼顯示的十位。vcc腳和 xtal 分別接上 5v 電源和 12m 的晶振。3.1.2 按鍵模塊按鍵模塊根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該籃球賽計(jì)分器共有 4 個(gè)按鍵：k1、k2、k3、k4，分別實(shí)現(xiàn)的功能是加 1、2、3 分和減 1 分。k1 與 p1 的 1 腳相連，k2 與 p1 的 2 腳相連，k3 腳與p1 的 3 腳相連，k4 鍵與 p1 的 4 腳相連，4 個(gè)按鍵共用一個(gè)地端，如圖

12、2 所示。 3.1.3 數(shù)數(shù)碼碼顯顯示示模模塊塊本設(shè)計(jì)顯示部分采用的是 7 段共陽 led 數(shù)碼管顯示，led 就是發(fā)光二極管，相對 let 來說它的優(yōu)勢在于節(jié)能環(huán)保，保護(hù)視力，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)碼管實(shí)際上是由 7 個(gè)發(fā)光管組成 8 字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是 8 個(gè)。我們分別把他命名為 a,b,c,d,e,f,g,h，如圖 3 所示。 圖 3 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖假設(shè)要顯示一個(gè)數(shù)字 2, 那么 a、b、g、e、d 這 5 個(gè)段的發(fā)光管亮就可以了，c、f、h 不亮，同時(shí)由于接法為共陽接法，那么為低電平是亮，為高電平是滅。從高往低排列， p1.7-p1.0 寫成二進(jìn)制為 01111110， 把它轉(zhuǎn)化為

13、 16 進(jìn)制則為 a2h。數(shù)碼管的接口有靜態(tài)接口和動態(tài)接口兩種。動態(tài)接口采用各數(shù)碼管循環(huán)輪流顯示的方法，當(dāng)循環(huán)顯示的頻率較高時(shí)，利用人眼的暫留特性，看不出閃爍顯示現(xiàn)象，這種顯示需要一個(gè)接口完成字形碼的輸出，另一接口完成各數(shù)碼管的輪流點(diǎn)亮。靜態(tài)接口為固定顯示方式，無閃爍，其電路可采用一個(gè)并行口接一個(gè)數(shù)碼管，數(shù)碼管的公共端按共陽接 vcc，本次課程設(shè)計(jì)由于所需數(shù)碼管較少，故可用這種方法接圖 2 按鍵模塊圖線。這種接法占用接口多，僅能接少量數(shù)碼管。本次課程設(shè)計(jì)的比分范圍是 0999,所以采用的 3 個(gè) 7 段共陽 led 來顯示，分別顯示個(gè)位十位百位，其中 p2 顯示個(gè)位，p3 顯示十位，p0 顯示

14、百位。由于 p0 沒有內(nèi)置電阻，因此在使用時(shí)需外接一個(gè)上拉電阻。如圖 4 所示。 3.23.2 軟件軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)籃球比賽計(jì)分器其實(shí)就是一個(gè)計(jì)數(shù)器，本次課程設(shè)計(jì)就是利用單片機(jī)中的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)其計(jì)分的功能。在 52 單片機(jī)中有兩個(gè) 16 位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器 t0,t1，分別由th0、tl0 和 th1、tl1 組成，它們均是 8 位寄存器，在特殊功能寄存器中占地址8ah-8dh。它們用于存放定時(shí)或計(jì)數(shù)的初始值。此外，內(nèi)部還有一個(gè) 8 位的方式寄存器 tmod 和一個(gè) 8 位的控制寄存器 tcon。用于選擇和控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作。其格式見下面兩表：表 1 方式控制寄存器 tmodgatec/t

15、m1m0gatec/tm1m0門控開關(guān)計(jì)數(shù)/定時(shí)方式選擇門控開關(guān)計(jì)數(shù)/定時(shí)方式選擇圖 4 數(shù)碼管顯示模塊圖表 2 控制寄存器tf1tr1tf0troie1it1ie0it0t1 請求有/無t1 工作啟/停t0 請求有/無t0 工作啟/停int1 請求有/無int1 方式下沿int1 請求有/無int1方式下沿籃球比賽計(jì)分器利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行工作，計(jì)數(shù)器對脈沖電平進(jìn)行加 1 計(jì)數(shù)，直至計(jì)滿回零。作為可編程器件，單片機(jī)中的定時(shí)/計(jì)數(shù)器初始化編程步驟如下：根據(jù)定時(shí)時(shí)間要求或計(jì)數(shù)要求計(jì)算計(jì)數(shù)器初值；將工作方式控制字寫入 tmod 寄存器；將計(jì)數(shù)初值寫入 thx 和 tlx 寄存器；啟動定時(shí)器/計(jì)數(shù)

16、器，即將 trx 置位。如果工作于中斷方式，需置位 ea（中斷總開關(guān)）及 etx（允許定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷） ，并編寫中斷服務(wù)程序。本次課程設(shè)計(jì)程序是用 c 語言編寫的，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的功能較為簡單，所以程序中只用到一個(gè)主程序就實(shí)現(xiàn)了其功能。程序的系統(tǒng)流程圖如圖 5?？刂圃闯绦蛞姼戒?1.圖 5 系統(tǒng)程序流程圖第第 4 4 章章 系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)測試4.14.1 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真本次課程設(shè)計(jì)用到的仿真軟件有 protues 和 keil uvision。在用 protues 進(jìn)行仿真之前，先要用 keil uvision 軟件將我們編寫好的匯編程序編譯。具體方法是先新建一項(xiàng)目，之后輸入編

17、寫的程序，輸入完成后保存然后執(zhí)行項(xiàng)目、編譯，在目標(biāo)文件夾內(nèi)生成編譯好的程序文件，其中*.hex 文件就是我們所需要的目的文件，在之后電路設(shè)計(jì)好后用于導(dǎo)入 at89c51 中執(zhí)行其功能。然后在生成*.hex 文件后，進(jìn)入 protues 軟件，此時(shí)軟件已自動打開一新建項(xiàng)目。我們可直接在其中構(gòu)建電路圖，點(diǎn)擊板面左側(cè)按鍵 p，在彈出的 pick devices 對話框中進(jìn)行元器件的選擇，元器件都找到后，先進(jìn)行排版再按照電路圖連接，連接好后，雙擊 at89c51 在彈出對話框中選擇單片機(jī)中要輸入的程序，在輸入程序后，即可開始進(jìn)行仿真了，選擇執(zhí)行后點(diǎn)擊開關(guān)可觀察到數(shù)碼管亮，并能實(shí)現(xiàn)加 1、加 2、加 3

18、、減 1 功能。仿真效果如圖 6圖 6 仿真效果圖4.24.2 實(shí)驗(yàn)測試實(shí)驗(yàn)測試打開 proteus 上的單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)電路圖，點(diǎn)擊 at89c51 單片機(jī)，調(diào)用后綴名為.”hex”的文件。點(diǎn)擊運(yùn)行，觀察現(xiàn)象，3 個(gè)數(shù)碼管均顯示為 0。如圖 7 所示。然后進(jìn)行了如下操作：當(dāng)按下 k1 鍵，從左往右（后同）的第 3 個(gè)數(shù)碼管顯示 1，再按下 k2 鍵，第 3 個(gè)數(shù)碼管顯示 3，按下 k3 鍵，第 3 個(gè)數(shù)碼管顯示 6，再按下 k4 鍵，第 3 個(gè)數(shù)碼管顯示 5，與設(shè)計(jì)的要求相符。顯示 5 的仿真圖如圖 8 所示.圖 7 初始值為 0 的仿真圖經(jīng)過多次反復(fù)測試，本系統(tǒng)已能達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的所有功

19、能。第第 5 5 章章 總結(jié)總結(jié)這次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)一個(gè)星期多左右，通過這一個(gè)星期的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。在這期的學(xué)習(xí)中，雖然在理論上對單片機(jī)有了簡單基本的了解，但是在真正的動手操作中還是存在很多的不足，這些個(gè)不足有體現(xiàn)在自己的粗心大意上，更多的是對知識的應(yīng)用上能力有所欠缺，以至完成這樣一個(gè)簡單的設(shè)計(jì)花費(fèi)了不少時(shí)間。但是最終通過自己的努力，查閱資料，詢問同學(xué)，完成了這次的單片機(jī)的設(shè)計(jì)，在以后的學(xué)習(xí)中我也會更多的重視自己理論和實(shí)踐的結(jié)合能力，提高自身綜合能力。在這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中使我對 at89c51 單片機(jī)

20、有了更深的了解，單片機(jī)的種類多，而型號雜，這也是我們學(xué)習(xí)中的困難，所以平時(shí)我們的學(xué)習(xí)應(yīng)該多動手。單片機(jī)編程既可以用 c語言也可用匯編語言，其中最重要的環(huán)節(jié)就是我們要敢于去寫，敢于挑戰(zhàn)，不怕犯錯(cuò)，圖 8 值為 5 的仿真圖然后就是多調(diào)試。在這次簡易籃球賽計(jì)分器的設(shè)計(jì)中，由于本人的能力有限，所以還有很多需待改進(jìn)的地方，比如能顯示 2 個(gè)球隊(duì)的比分以及時(shí)間的顯示，利用數(shù)碼管的動態(tài)顯示來顯示比分，時(shí)間等等。最后，我還要感謝在此次課程設(shè)計(jì)中幫助過我的老師和同學(xué)。特別是肖老師的細(xì)心指導(dǎo)和與我同組的同學(xué)，在他們的鼎力幫助我才能順利的完成了本次課程設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1肖洪兵. 跟我學(xué)用單片機(jī)m. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2005.8 2何立民. 單片機(jī)高級教程m北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007 3吳秀清. 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)m. 北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2008.6 4李廣第 微機(jī)原理與接口技術(shù)m湖南：湖南湖南大學(xué)出版社，2006 5唐穎 單片機(jī)原理與應(yīng)用m北京：北京大學(xué)出版社，2008附錄附錄 1 1 控制源程序控制源程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int 初始化sbit p10=p10; 按鍵 k1sbi