基于ATC的無線比賽計分系統(tǒng)

1、基于AT89C51單片機的無線比賽計分系統(tǒng) 學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號：院（系）： 電氣信息工程學(xué)院 年級專業(yè)： 電子信息工程指導(dǎo)教師：助理指導(dǎo)教師：二一五年五月 ABSTRACT摘 要 伴隨著信息傳播技術(shù)的發(fā)展，NBA在年輕人中越來越流行。在我們校園的每一個角落都能發(fā)現(xiàn)籃球比賽的身影?；@球賽計分器是為了解決籃球比賽時計分與計時準(zhǔn)確的問題。此裝置利用單片機AT89C51完成了計時和計分的功能。本文詳細(xì)地介紹了系統(tǒng)硬件與軟件的設(shè)計過程，設(shè)計由AT89C51編程控制LCD1602液晶顯示的球賽計時計分系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有賽程定時設(shè)置，賽程時間暫停，及時刷新甲、乙雙方的成績等功能。它具有價格低廉，性能穩(wěn)定，操作

2、方便并且易于攜帶等特點。廣泛適合各類學(xué)校或者小型團體作為賽程計時計分。 隨著社會和科技的發(fā)展，采用人工統(tǒng)計記錄籃球比分分?jǐn)?shù)顯然已經(jīng)不能滿足賽事的要求。因此，許多電子記錄分?jǐn)?shù)的器件便應(yīng)運而生。本設(shè)計采用AT89c51單片機作為控制芯片，采用NRF2401無線數(shù)傳模塊作為通訊模塊，操作員只需要使用手上的操作終端設(shè)備即可顯示對A、B兩隊比分的加1分、加2分、加3分、減一分、計數(shù)清零等操作，并把操作結(jié)果顯示到無線接收端1602液晶上顯示出來。同時還可以無線開始、暫停比賽、計時參數(shù)設(shè)置等。本課題讓籃球計分系統(tǒng)功能更加完整和人性化。關(guān)鍵詞：At89c51，LCD1602，籃球，計分系統(tǒng)；Abstract

3、With the development of information and communication technologies,NBA is more and more popular with young people.You can see basketball game any where in our school. Time scoring basketball game is to solve the game of basketball with the time points when the issue of accuracy. This device is compl

4、eted using AT89C51 single- chip timing and scoring functions. This article describes in detail the system hardware and software design process, design by AT89C51 programming control for LED Seven-Segment LED display subsystem of the game time. The system is set up with the schedule from time to time

5、, schedule time to pause, refresh in time A, B, and after the two sides achieved a temporary success functions. It is inexpensive, stable performance, easy to operate and easy to carry and so on. A wide range suitable for all types of schools or small groups as time-points race.With the development

6、of society and technology, the artificial statistical records of basketball scores obviously can not meet the requirements of competition. Therefore, the device in many electronic record scores came into being.This design uses STC12C89c52 microcontroller as the control chip, using NRF2401 wireless d

7、ata transmission module as the communication module, the operator only need to use the terminal equipment can be in the hands of the A and B showed that both teams score plus 1 points, 2 points, 3 points, minus one, count reset operation, and the operation results to the wireless receiving terminal

8、1602 LCD display. At the same time also can start, pause the game, wireless timing parameter setting. This paper makes a basketball scoring system function more complete and humanization.Key words：STC89c51，LCD1602，basketball，scoring system;III攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） ABSTRACT目 錄摘 要IAbstractII1 緒論1 1.1 課題研究的背

9、景及意義11.2 課題研究的目的和意義11.3 設(shè)計的主要目標(biāo)任務(wù)22 系統(tǒng)方案論證32.1 系統(tǒng)設(shè)計原理32.2.1主控制芯片的選擇42.2.2 顯示模塊的選擇52.2.3電源電路的選擇52.2.4 鍵盤輸入電路的選澤62.2.5 數(shù)據(jù)通信模塊的選擇63 系統(tǒng)的硬件設(shè)計83.1 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計83.2 LCD1602液晶顯示電路設(shè)計83.3蜂鳴器電路設(shè)計143.4 無線數(shù)據(jù)收發(fā)電路設(shè)計143.5 鍵盤電路設(shè)計153.5.1 按鍵介紹153.5.2 鍵盤的原理及電路設(shè)計153.6 電源及濾波電路設(shè)計164 系統(tǒng)的軟件設(shè)計184.1 主程序流程圖184.2 液晶顯示程序的設(shè)計204.3 矩陣

10、鍵盤掃描214.4 蜂鳴器報警子程序設(shè)計225 系統(tǒng)調(diào)試235.1 硬件焊接與調(diào)試235.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試23結(jié)語25參考文獻26附錄一 ：電路圖27附錄二：程序源代碼28附錄三：發(fā)送端實物圖35附錄四：接收端實物圖36致謝37 1 緒論1 緒論1.1 課題研究的背景及意義由于體育比賽對人類愈來愈重要，體育比賽計分系統(tǒng)是快速采集記錄體育比賽過程之中所產(chǎn)生的比分和時間等數(shù)據(jù)，傳遞利用，加工處理的信息系統(tǒng)。然而不同比賽項目決定比賽規(guī)則不同，這就要求體育比賽計時計分系統(tǒng)種類不同，在當(dāng)今社會，體育比賽的計時計分系統(tǒng)就包括測量類，評分類，命中類，得分類和制勝類等多種類型。 一個好的記分器對球賽公平很重要

11、，正規(guī)的籃球比賽的決勝方式是源于運動球隊在規(guī)定的比賽時間里遵守比賽規(guī)則得分多少，因此，籃球比賽的計分系統(tǒng)是一種得分類型的系統(tǒng)?；@球比賽的計時系統(tǒng)由計時器等多種電子設(shè)備組成，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系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)能夠與現(xiàn)場成績處理，現(xiàn)場大屏幕，電視轉(zhuǎn)播車等多種設(shè)備相聯(lián)，以便實現(xiàn)高比賽現(xiàn)場感，表演娛樂觀眾等功能目標(biāo)。單片機把我們帶入了智能化的電子領(lǐng)域，許多繁瑣的系統(tǒng)若由單片機進行設(shè)計，便能收到電路更簡單、功能更齊全的良好效果。若把經(jīng)典的電子系統(tǒng)當(dāng)作一個僵死的電子系統(tǒng)，那么智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)則是一個具有“生命”的電子系統(tǒng)。而隨著技術(shù)的進步，單片機與串口通信的結(jié)合更多地應(yīng)用到

12、各個電子系統(tǒng)中已成一種趨勢。但是，單片機并不像傳統(tǒng)數(shù)字電路或模擬電路那樣直觀，原因是除了“硬件”之外，還存在一個“軟件”的因素。正是這個“軟件”因素的存在，使得許多初學(xué)者怎么也弄不懂單片機的工作過程，怎么也不明白為什么將幾個數(shù)送來送去，就能控制一盞燈亮滅，就能控制一個電機變速。 眾所周知，單片機具有集成度高，功能強，通用性好的特點，而且它具有重量輕，能耗低，體積小，可靠性高，價格便宜，抗干擾能力強和使用方便等獨特的優(yōu)點，單片機對于電子信息工程專業(yè)的學(xué)生很重要，基于單片機的強大，單片機迅速得到了推廣應(yīng)用，目前已經(jīng)成為新電子產(chǎn)品的關(guān)鍵部位和測量控制應(yīng)用系統(tǒng)中的優(yōu)選機種。世界各大測控技術(shù)企業(yè)，機電行

13、業(yè)，電氣廠家，競相把單片機應(yīng)用于產(chǎn)品更新，作為實現(xiàn)智能化，數(shù)字化的核心部件。1.2 課題研究的目的和意義單片機的應(yīng)用是具有高度現(xiàn)實意義的。單片機極高的可靠性，微型性和智能性（我們只要編寫不同的程序后就能夠完成不同的控制工作），單片機已成為工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍采用的智能化控制工具，已經(jīng)深深地滲入到我們的日常生活當(dāng)中。通過此次基于單片機設(shè)計的籃球計時計分系統(tǒng)，我們可以更清楚詳細(xì)地了解單片機程序設(shè)計的基本指令功能、編程步驟和技巧來掌握單片機編程，并對MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)和原理進行進一步掌握，以及對基于單片機開發(fā)應(yīng)用的相關(guān)芯片的工作原理進一步深究，并且可以在將來的工作和學(xué)習(xí)中加以應(yīng)用,還加深了對單片

14、機的理解和應(yīng)用以及掌握單片機與外圍接口的一些方法和技巧，這主要表現(xiàn)在以下一些方面： (1) 籃球賽計時計分系統(tǒng)包含了8051系列單片機的最小應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成，同時在此基礎(chǔ)上擴展了一些使用性強的外圍接口。 (2) 可以了解到液晶顯示器的結(jié)構(gòu)、工作原理以及這種顯示器的接口實例與具體連接與編程方法。 (3)  怎樣利用串行口來擴展顯示接口等。1.3 設(shè)計的主要目標(biāo)任務(wù)本設(shè)計采用AT89c51單片機作為控制芯片，采用NRF2401無線數(shù)傳模塊作為通訊模塊，操作員只需要使用手上的操作終端設(shè)備即可顯示對A、B兩隊比分的加1分、加2分、加3分、減一分

15、、計數(shù)清零等操作，并把操作結(jié)果在無線接收端1602液晶上顯示出來。同時還可以無線開始、暫停比賽、計時參數(shù)設(shè)置等。本課題讓籃球計分系統(tǒng)功能更加完整和人性化。本設(shè)計初步預(yù)定主要任務(wù)有：（1） LCD1602液晶顯示電路設(shè)計。（2） 鍵盤電路及驅(qū)動程序設(shè)計。（3）蜂鳴器提示音電路設(shè)計。（4）NRF2401無線發(fā)射接收電路及程序設(shè)計。（5）倒計時程序設(shè)計。37 2 系統(tǒng)方案論證 2 系統(tǒng)方案論證2.1 系統(tǒng)設(shè)計原理 本設(shè)計采用AT89c51單片機作為控制芯片，采用NRF2401無線數(shù)傳模塊作為通訊模塊，操作員只需要使用手上的操作終端設(shè)備即可顯示對A、B兩隊比分的加1分、加2分、加3分、減一分、計數(shù)清零

16、等操作，并把操作結(jié)果在無線接收端1602液晶上顯示出來。同時還可以無線開始、暫停比賽、計時參數(shù)設(shè)置等。本課題讓籃球計分系統(tǒng)功能更加完整和人性化。系統(tǒng)框圖如下圖：2.1.1 無線發(fā)射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 無線發(fā)射系統(tǒng)由:鍵盤模塊、51單片機最小系統(tǒng)、電源模塊、NRF2401無線發(fā)射模塊、LED狀態(tài)指示燈模塊構(gòu)成，系統(tǒng)框圖如圖2.1.1所示：圖2.1.1 無線發(fā)射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖無線發(fā)射系統(tǒng)工作的原理：單片機掃描鍵盤的鍵值參數(shù)，經(jīng)單片機處理轉(zhuǎn)換后通過NRF2401無線發(fā)射模塊發(fā)射出去。2.1.2 無線接收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 無線接收線系統(tǒng)由：單片機最小系統(tǒng)、電源模塊、1602液晶顯示模塊、NRF2401無線接收模塊

17、等構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如圖2.1.2所示：圖2.1.2 無線接收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖無線接收系統(tǒng)工作的原理：無線接收系統(tǒng)本身可以通過NRF2401無線接收模塊接收發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)對于AB兩隊比分的加減操作，同時可以控制記分器的計時、清零等操作。2.2 硬件方案的選擇 2.2.1主控制芯片的選擇方案一：采用ARM7微處理器作為控制器。ARM7引系列處理器是英國ARM公司設(shè)計的主流嵌入式處理器 ARM7內(nèi)核是0.9MIPS/MHz的三級流水線和馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)； ARM9內(nèi)核是5級流水線，提供1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)。 ARM7沒有MMU,ARM720T是MMU的 ,ARM9主要包括

18、ARM9TDMI和ARM9E-S等系列ARM9是有MMU的，ARM940T只有Memory protection unit.不是一個完整的MMU。ARM7是典型的微處理器，體積小、處理能力強、功耗低，但價格昂貴，會照成產(chǎn)品成本增加。方案二：采用AT89C51單片機作為為控制目前所有兼容Intel 8031指令系統(tǒng)的單片機的統(tǒng)稱是AT89C51單片機。Intel的8031單片機是該系列單片機的始祖，后來隨著Flash rom技術(shù)的發(fā)展，8031單片機成為目前應(yīng)用最廣泛的8位單片機之一，取得了長遠的進展，ATMEL公司的AT89系列是其代表型號，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。目前51系列的兼容機型

19、很多公司都有推出，在目前乃至今后很長的一段時間內(nèi)將占有大量市場。51單片機是基礎(chǔ)入門的一個單片機，還是應(yīng)用最廣泛的一種。需要注意的是52系列的單片機一般不具備自編程能力。51成本低廉，使用方便，適合與本系統(tǒng)的溫度檢測與控制。綜上分析，我們采用了第二個方案，即采用AT89C51單片機作為主控制芯片。2.2.2 顯示模塊的選擇方案一：采用LCD1602液晶顯示。LCD128X64 是一種具有2 線或3 線串行、4 位/8 位并行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體 中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192 個16*16 點漢字，和128 個16*8

20、點ASCII 字符 集.利用該模塊簡單、靈活的接口方式和方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示8×4 行16×16 點 陣的漢字. 圖形顯示也可相應(yīng)被完成，低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論顯示程序或硬件電路結(jié)構(gòu)都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。因此本系統(tǒng)采用1602液晶作為顯示方案。方案二：采用LED點陣屏作為顯示器件。LED點陣模塊指的是利用封裝8*8的模塊組合點元板形成模塊，而LED模組應(yīng)用中一般指兩類產(chǎn)品：一種是用插燈或表貼封裝做成的單元板，常用戶外門頭單紅屏、戶

21、外全彩屏，室內(nèi)全彩屏等；另外,用做夜間裝飾的發(fā)光字串也被稱為LED模組。LED點陣指用封裝8*8的模塊，再組合成單元板，這樣的單元板稱為點陣點元板，一般用于室內(nèi)單色，雙色顯示屏用。LED點陣顯示模塊可顯示漢字、圖形、動畫及英文字符等；顯示方式有靜態(tài)、橫向滾動、垂直滾動和翻頁顯示等。單塊模塊控制驅(qū)動12塊（最多可控制24塊）8X8點陣，共16X48點陣（或32X48點陣），是單塊MAX7219（或PS7219、HD7279、ZLG7289及8279等類似LED顯示驅(qū)動模塊）的12倍（或24倍）！可采用“級聯(lián)”的方式組成任意點陣大顯示屏。顯示效果好，但是功耗高，成本高，安裝麻煩，故不采用此方法。綜

22、上分析，我們采用了第一個方案，即用LCD1602液晶顯示信息。2.2.3電源電路的選擇方案一：采用USB供電電腦的電源是通過電腦適配器將220V AC 轉(zhuǎn)換成了12V DC直流，電腦USB接口可以提供穩(wěn)定的5V直流電壓。完全能夠滿足5V單片機系統(tǒng)的供電需要，并且電源穩(wěn)定、即插即用，功耗低使用非常方便。方案二：自制直流穩(wěn)壓電源模塊。將插線板電源經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后輸出。為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源。自制電源會增加硬件成本，同時高壓轉(zhuǎn)抵押也帶來不穩(wěn)定等因素，因此不采用此方法。由于自制電源電路各個環(huán)節(jié)均能達到很好的要求，同時自由度很大，能滿足系統(tǒng)的所有要求，且成本低廉，因此我們選擇了方案一。2.

23、2.4 鍵盤輸入電路的選澤方案一：采用獨立按鍵電路輸入獨立按鍵結(jié)構(gòu)簡單使用它方便，只需要單片機IO口和地跨接即可，當(dāng)按下按鍵時候單片機IO口電壓被拉低，單片機就可以檢測到此電壓的變化，一次來判斷是否有按鍵按下。但缺點是占用較多的IO口資源。本系統(tǒng)需要幾個按鍵，因此此方法可行。方案二：采用4*4矩陣鍵盤模塊。為了解決鍵盤中按鍵數(shù)量較多的情況，減少I/O口的占用是有效措施，通常采取的辦法是將按鍵排列成矩陣形式，如圖1所示。在矩陣式鍵盤中，通過一個按鍵加以連接每條水平線和垂直線的交叉處。這樣，4*4=16個按鍵就可以被一個端口（如P1口）構(gòu)成，比鍵盤直接用端口線多出了一倍，并且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，

24、比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。 綜上，我們選擇方案一。2.2.5 數(shù)據(jù)通信模塊的選擇方案一：采用PT2262/PT2272傳輸數(shù)據(jù)信息PT2262/PT2272 是臺灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS 工藝制造的低功耗低價位通用編解碼電路，PT2262/PT2272 最多可有12 位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供531441地址碼,PT2262 最多可有6 位(D0-D5)數(shù)據(jù)端管腳,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17 腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。編

25、碼芯片PT2262 發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272 接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT 腳才輸出高電平，與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機沒有按鍵按下時，PT2262 不接通電源，其17 腳為低電平，因此315MHz 的高頻發(fā)射電路不工作，按鍵被按下時，PT2262 得電工作，經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號被其第17 腳輸出，當(dāng)17 腳為高電平期間，315MHz 的高頻發(fā)射電路起振，等幅高頻信號隨之被發(fā)射，當(dāng)17 腳為低平期間，315MHz 的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以PT2262 的17

26、 腳輸出的數(shù)字信號完全控制高頻發(fā)射電路，因此對高頻電路完成幅度鍵控（ASK 調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為100%的調(diào)幅。PT2262/2272雖然是屬于無線發(fā)射和接受芯片。但屬于硬解碼。不利于傳輸大量數(shù)據(jù)，因此不適合本系統(tǒng)設(shè)計。方案二：采用NRF2401無線模塊傳輸數(shù)據(jù)。NRF2401芯片，這種單片射頻收發(fā)芯片，工作頻段為2.42.5GHz ISM，內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，程序可配置輸出功率和通信頻道。芯片能耗十分低，以-5dBm的功率發(fā)射時，10.5mA是其工作電流，18mA是其接收時的工作電流，多種低功率工作模式，更方便的節(jié)能設(shè)計?；贒uoCeiverTM技術(shù)，

27、nRF2401可以使用同一天線，可以同時接收兩個不同頻道的數(shù)據(jù)。nRF2401適用于多種無線通信的場合，如無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、無線鼠標(biāo)、遙控開鎖、遙控玩具等。NRF2401通常用來傳輸大量的數(shù)據(jù)信息。且數(shù)據(jù)傳輸距離遠。綜上，NRF2401具有良好的數(shù)據(jù)傳輸能力。我們選擇方案二。 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計本設(shè)計采用AT89C51單片機作為控制芯片，通過獨立按鍵實現(xiàn)對AB兩隊比分的加1分、2分、3分，減1分，倒計時開始、暫停，清零等公能。同時系統(tǒng)還通過蜂鳴器實現(xiàn)比賽24秒倒計時警告。3.1 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計單片機最小系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心控制部分，以AT89C51單片機為核心，配以外圍

28、電路：時鐘電路、上點復(fù)位電路、電源電路構(gòu)成。主要完成數(shù)據(jù)的采集處理和轉(zhuǎn)換。MCS-51系列單片機是美國Intel公司在1980年繼MCS-48系列8位單片機之后推出的高檔8位單片機，此單片機憑其穩(wěn)定的性能、高性價比以及良好的兼容，在各個領(lǐng)域得到了最為廣泛的應(yīng)用，也是我國目前應(yīng)用最廣的單片機系列。在性能和功能方面，MCS-51單片機大大優(yōu)于MCS-48單片機。MCS-51系列有多種機型可供用戶選擇。3.1.1 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)MCS-51系列單片機最早的典型代表為8051,87581,8031，由于其型號和生產(chǎn)廠商的不同，在片內(nèi)存儲器容量、中斷系統(tǒng)、外圍功能模塊、最高時鐘頻率以及處理器速度等方面有

29、很大的不同，但它們的指令系統(tǒng)完全兼容，硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)也相同。MCS-51的典型產(chǎn)品有8031,8051,8751.8051內(nèi)部有4KB ROM，8071內(nèi)部有4KB EPROM，8031片內(nèi)無ROM；初此之外，三者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳完全相同。在單片機芯片的內(nèi)部，其基本結(jié)構(gòu)的構(gòu)成是通用CPU加上外圍芯片的模式，內(nèi)部主要由9個部件通過單一總線連接而成。內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，從圖中可以看出，這9個主要部件是：1個8位的中央處理器（包括ALU,ACC,TMP1,TMP2，B寄存器，PSW及相應(yīng)的定時和控制邏輯），4KB/8KB程序寄存器（ROM/EPROM），128B/256B的數(shù)據(jù)寄存器（R

30、AM），32條I/O接口線（圖中P0.0P0.7，P1.0P1.7，P2.0P2.7，P3.0P3.7），中斷控制邏輯（具有5個中斷源，2個中斷優(yōu)先級），定時器控制邏輯（具有2個可編程定時器/計數(shù)器），串行接口控制邏輯（具有可工作于多處理機通信，I/O接口擴展或全雙工通用異步接收發(fā)送器的串行接口），21個專用寄存器（包括程序計數(shù)器PC、堆棧指針寄存器SP、程序狀態(tài)字存器PSW、數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR等）以及片內(nèi)振蕩器和時鐘電路（由OSC及相關(guān)電路組成）。3.1.2復(fù)位電路單片機的復(fù)位分為上電自動復(fù)位和按鈕手動復(fù)位兩種。上電復(fù)位電路：由22uf電解電容和10K電阻構(gòu)成。原理是瞬間上電，電容充電，

31、電流最大，電容相當(dāng)于短路，RST端為高電平，自動復(fù)位；電容兩端的電壓達到電源電壓時，電容充電電流為零，電容相當(dāng)于開路，RST端為低電平，程序正常運行。按鍵手動復(fù)位電路：電路由按鍵、10K電阻、1K電阻、22uf構(gòu)成。原理是首先經(jīng)過上電復(fù)位，當(dāng)按鍵被按下時，RST直接與VCC相連，為高電平形成復(fù)位，同時短路的電解電容放電；按鍵松開時，由于VCC的作用，電容被充電，充電電流在電阻上，RST電平不變，仍然是復(fù)位，充電完成后，電容相當(dāng)于開路，RST為低電平，正常工作。這里我們采用上電復(fù)位來實現(xiàn)，電路圖如圖3.1.2所示： 圖3.1.2 復(fù)位電路3.1.3 時鐘電路設(shè)計時鐘電路用于產(chǎn)生單片機所需要的時鐘

32、信號，單片機在時鐘信號的控制下各部件之間同步協(xié)調(diào)工作。根據(jù)產(chǎn)生的方式不同，分為內(nèi)部和外部兩種時鐘電路。在MCS-51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器用于構(gòu)成振蕩器，芯片引腳XTAL1為其輸入端，芯片引腳XTAL2為其輸出端。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接微調(diào)電容和晶體振蕩器，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，在引腳XTAL1和XTAL2上輸出3V左右的正弦波，這就是單片機的振蕩電路，如圖3.1.3所示。圖3.1.3 系統(tǒng)時鐘電路通常，電容C1和C2取30pf左右，主要作用是幫助振蕩器起振，晶體的振蕩頻率范圍是1.212MHz。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機運行速度也就快

33、。在通常應(yīng)用情況下，MCS-51使用振蕩頻率為6MHz或12MHz。在由多片單片機組成的系統(tǒng)中，為了各單片機之間時鐘信號的同步，應(yīng)當(dāng)引入唯一的公用外部脈沖信號作為各單片機的振蕩脈沖。這是，外部的脈沖信號時經(jīng)過XTAL2引腳注入，其連接如圖3.5所示，由于XTAL2端邏輯電平不是TTL的，故需要外接一個上拉電阻，外接信號應(yīng)為時鐘頻率低于12MHz的方波信號。3.2 LCD1602液晶顯示電路設(shè)計字符型液晶顯示是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，本設(shè)計采用的是LCD1602型液晶顯示器，其外形尺寸為80×36×14，單5V供電，由左到右共16個引腳，其實物如圖3.

34、2.1所示。字符9-10。圖3.2.1 1602字符型液晶顯示器實物圖此芯片的正常工作時電流僅2.0mA/5.0V，通過編程實現(xiàn)自動關(guān)閉屏幕能夠更有效的降低功耗。LCD1602分兩行顯示，每行可顯示多達16個字符。LCD1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，通過內(nèi)部指令可實現(xiàn)對其顯示多樣的控制，并且還能利用空余的空間自定義1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如下：VSS（1腳）：電源地。VDD（2腳）：+5V邏輯電源。V0（3腳）：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接地電源時對比度最高，接正電源時對比度最弱

35、，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時調(diào)整對比度可以通過一個10K的電位器。RS（4腳）：RS為寄存器的選擇，低電平時選擇指令寄存器、高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器。RW（5腳）：RW為讀寫信號線，低電平時進行寫操作，高電平時進行讀操作。當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)，當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址。 E（6腳）：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令，低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。DB0DB7（714腳）:8位數(shù)據(jù)線引線。160個不同的點陣字符圖形，1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)進行了存儲，如

36、圖3.13所示，這些字符有：英文字母的大小寫、常用的符號、阿拉伯?dāng)?shù)字和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A” 。對DDRAM的內(nèi)容和地址操作，HD44780的指令集及其設(shè)置說明，共有11條指令9-10如表3.2.1至表3.2.8所示：表3.2.1 基本操作時序指令功能指令編碼執(zhí)行時間/nsRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB2DB1DB0清屏000000000011.64功能：<1> 對液晶顯示器進行清除，“空白”的字符碼20H中填入

37、全部DDRAM的內(nèi)容; <2>歸位光標(biāo)，即將光標(biāo)撤回液晶顯示屏的左上方; <3> 將地址計數(shù)器(AC)的值設(shè)為0。 表3.2.2 光標(biāo)歸位指令指令功能指令編碼執(zhí)行時間/nsRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB2DB1DB0光標(biāo)歸位0000000001x1.64功能：<1> 把光標(biāo)撤回到顯示器的左上方; <2> 把地址計數(shù)器(AC)的值設(shè)置為0; <3> 保持DDRAM的內(nèi)容不變 。表3.2.3 輸入模式設(shè)置指令指令功能指令編碼執(zhí)行時間/usRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB2DB1DB0進入模式設(shè)置000

38、000001I/Ds40功能：設(shè)定每次寫入1位數(shù)據(jù)后光標(biāo)的移位方向，并且設(shè)定每次寫入的一個字符是否移動。參數(shù)設(shè)定的情況如下所示： I/D   0=寫入新數(shù)據(jù)后光標(biāo)左移      1=寫入新數(shù)據(jù)后光標(biāo)右移 S    0=寫入新數(shù)據(jù)后顯示屏不移動 1=寫入新數(shù)據(jù)后顯示屏整體右移1個字 表3.2.4 控制顯示開關(guān)指令指令功能指令編碼執(zhí)行時間/usRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB2DB1DB0控制顯示開關(guān)00000001DCB40功能：控制光標(biāo)顯示/關(guān)閉、顯示器開/

39、關(guān)以及光標(biāo)是否閃爍。參數(shù)設(shè)定的情況如下： D    0=顯示功能關(guān)    1=顯示功能開 C    0=無光標(biāo)      1=有光標(biāo) B    0=光標(biāo)不閃爍    1=光標(biāo)閃爍 表3.2.5 設(shè)定光標(biāo)或顯示屏移動方向指令指令功能指令編碼執(zhí)行時間/usRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB2DB1DB0設(shè)置光標(biāo)或顯示屏移動方向00000

40、001DCB40功能：使整個顯示屏幕移位或使光標(biāo)移位。 表3.2.6 功能設(shè)定指令指令功能指令編碼執(zhí)行時間/usRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB2DB1DB0功能設(shè)置000001DLNFXX40功能：設(shè)定數(shù)據(jù)總線位數(shù)、顯示的行數(shù)及字型。 表3.2.7 設(shè)定CGRAM地址指令指令功能指令編碼執(zhí)行時間/usRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB2DB1DB0設(shè)置CGRAM地址0001CGRAM地址（6位）40功能：設(shè)定下一個要存入數(shù)據(jù)的CGRAM的地址。表3.2.8 設(shè)定DDRAM地址指令指令功能指令編碼執(zhí)行時間/usRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB

41、2DB1DB0設(shè)置DDRAM地址001CGRAM地址（6位）40功能：設(shè)定下一個要存入數(shù)據(jù)的CGRAM的地址。 (注意這里我們送地址的時候應(yīng)該0x80+Address，這也是前面說到寫地址命令的時候要加上0x80的原因) 。LCD1602液晶顯示模塊可以和單片機AT89C51直接接口，DB0DB7與單片機的P0.0P0.7連接以便數(shù)據(jù)的傳送與接收，4管腳、5管腳、6管腳分別與AT89C51單片機的P2.7口、P2.6口、P2.5口連接，電路如下圖3.1.2所示：圖3.2.2 LCD1602液晶顯示電路圖3.3蜂鳴器電路設(shè)計報警電路工作原理：設(shè)計有報警功能，報警由蜂鳴器發(fā)出。三極管起著開關(guān)作用，

42、當(dāng)基極的電壓高時，三極管導(dǎo)通，激發(fā)蜂鳴器；當(dāng)基極的電壓低，三極管截止，不能激發(fā)蜂鳴器?；鶚O端的電壓由單片機的I/O口輸出高低電平控制。其中電阻用來限流保護元器件。蜂鳴器電路圖如下圖3.3所示：LED發(fā)光二極管正極接到5V上面，負(fù)極有IO口控制，當(dāng)需要LED亮?xí)r，只需要P3.6口輸出低電平就可以控制，當(dāng)3.6輸出高電平時LED滅。圖3.3 蜂鳴器電路圖3.4 無線數(shù)據(jù)收發(fā)電路設(shè)計nRF2401是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.42.5GHz ISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。芯片能耗十分低，發(fā)射功率為-5dBm時，10.5

43、mA為其工作電流，18mA為其接收時的工作電流，多種低功率的工作模式，更加方便的節(jié)能設(shè)計。其DuoCeiverTM技術(shù)使同一天線可以被nRF2401使用，兩個不同頻道的數(shù)據(jù)可以同時被接收。nRF2401適用于多種無線通信的場合，如遙控玩具、無線鼠標(biāo)、遙控開鎖、無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等。發(fā)送端NRF2401無線接口圖如下圖3.4所示：本系統(tǒng)中無線鍵盤端需要一個無線發(fā)射模塊、無線接收端需要一個無線接收模塊。每個模塊的電路硬件結(jié)構(gòu)一致。圖3.4 發(fā)送端NRF2401無線接口3.5 鍵盤電路設(shè)計3.5.1 按鍵介紹按鍵，又叫按鍵開關(guān)，最早出現(xiàn)在日本稱之為：敏感型開關(guān)使用時以滿足操作力的條件向開關(guān)操作方向施壓

44、開關(guān)功能閉合接通，當(dāng)撤銷壓力時開關(guān)即斷開，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是靠金屬彈片受力變化來實現(xiàn)通斷的。輕觸開關(guān)由：嵌件、基座、彈片、按鈕、蓋板組成其中防水類輕觸開關(guān)在彈片上加一層聚酰亞胺薄膜。輕觸開關(guān)有接觸電阻荷小、精確的操作力誤差、規(guī)格多樣化等方面的優(yōu)勢，在電子設(shè)備及白色家電等方面得到廣泛的應(yīng)用如：影音產(chǎn)品、數(shù)碼產(chǎn)品、遙控器、通訊產(chǎn)品、家用電器、安防產(chǎn)品、玩具、電腦產(chǎn)品、健身器材、醫(yī)療器材、驗鈔筆、雷射筆按鍵等等。因為輕觸開關(guān)對環(huán)境的條件（施壓力小于2倍的彈力/環(huán)境溫濕度條件以及電氣性能）大型設(shè)備及高負(fù)荷的按鈕都使用導(dǎo)電橡膠或鍋仔開關(guān)五金彈片直接來代替，比如醫(yī)療器材、電視機遙控器等。關(guān)于五腳輕觸開關(guān)的腳位問

45、題：兩個引腳為一組，向開關(guān)體正確施壓時四個引腳相導(dǎo)通，第五個引腳為接地作用。輕觸開關(guān)有三種封裝：散裝人工插件、SMT貼片封裝、DIP插件編帶封裝。鍵盤電路通常有兩種，第一種是舉證鍵盤，第二種是獨立按鍵。3.5.2 鍵盤的原理及電路設(shè)計1、4x4行列式鍵盤硬件電路設(shè)計原理4×4鍵盤共4 行4 列16 個按鍵。其中，4 根列線連接在插座JP1 引腳的14 上，行線連接在插座JP1 引腳的58 上。而JP1是通用的插座，可連接在單片機P1、P2 或P3 口的任何一個端口上；因此，假設(shè)列線連接在Px.0Px.3 引腳上，行線連接在Px.3Px.7 引腳上。2、鍵盤程序設(shè)計原理每個按鍵有它的行

46、值和列值口，識別這個按鍵的編碼就是行值和列值的組合。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和CPU通信。鍵盤處理程序的任務(wù)是：首先確定有沒有按鍵按下，判斷是哪一個按鍵被按下，判斷鍵的功能是什么；按鍵在閉合或斷開時的抖動還要被消除。在兩個并行口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地，按鍵狀態(tài)則被另一個并行口輸入，按鍵是通過行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼來識別，通過軟件查表，查出該鍵的功能。程序中需要定義16 個鍵分別表示數(shù)字0F， 實訓(xùn)中通過這16 個鍵輸入數(shù)字0F，然后將輸入的數(shù)字使用8 支LED 顯示。鍵盤電路圖如圖3.5.2所示： 圖3.5.2 鍵盤電路原理本課題使用到了矩陣鍵盤完成A對+1

47、分，+1分，+3分操作，和B對的1分，+1分，+3分操作；同時還能夠設(shè)置開始/暫停時間，清零等操作。3.6 電源及濾波電路設(shè)計系統(tǒng)供電是通過外界的220V AC轉(zhuǎn)5V DC電源適配器完成的。單片機系統(tǒng)采用5V供電，1117芯片是典型的5V轉(zhuǎn)3.3V芯片，轉(zhuǎn)換后的電壓共NRF2401無線模塊使用。本系統(tǒng)中電源源濾波電路由1117芯片、47uf點解電容、104PF瓷片電容構(gòu)成。電路圖如下圖3.6所示：圖3.6 5V轉(zhuǎn)3.3V電路這里我們需要兩個不同的電壓，無線模塊需要3.3V供電，單片機需要5V供電，所以我們就需要在無線模塊供電時進行轉(zhuǎn)換。這里我們用1117-3.3來將5V轉(zhuǎn)換為3.3V。電路如上

48、圖3.6所示。 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 主程序流程圖系統(tǒng)上電后首先進行初始化，完成液晶、鍵盤、無線模塊等初始化任務(wù)。然后進入死循環(huán)，系統(tǒng)反掃描獨立按鍵參數(shù)，判斷是否有按鍵按下，如果有按鍵按下則識別出按鍵鍵值并通過無線發(fā)射模塊發(fā)射鍵值數(shù)據(jù)，然后接收系統(tǒng)接收鍵值數(shù)據(jù)信息根據(jù)鍵值分別對應(yīng)完成甲、乙隊的比賽分?jǐn)?shù)加減、比賽開始/暫停等功能。系統(tǒng)主流程圖如下。系統(tǒng)主流程圖由單個部分構(gòu)成：無線發(fā)射流程圖，如下圖4.1.1所示，無線接收流程圖，如下圖4.1.2所示，比分參數(shù)設(shè)置流程圖，如下圖4.1.3所示。圖4.1.1 無線發(fā)射系統(tǒng)流程圖圖4.1.2 無線接收流程圖圖4.1.3 AB隊比分

49、設(shè)置流程圖4.2 液晶顯示程序的設(shè)計LCD液晶顯示是通過調(diào)用初始化程序，寫數(shù)據(jù)子程序，寫指令子程序，地址轉(zhuǎn)換子程序，讀忙狀態(tài)子程序以及延時子程序組合。程序流程圖如圖4.2.1和4.2.2所示:調(diào)用忙子程序調(diào)用延時子程序啟動寫數(shù)據(jù)LCD寫指令子程序讀寫線置0清屏LCD寫指令子程序啟動使能控制線傳輸數(shù)據(jù)調(diào)用延時子程序設(shè)定方向及位移調(diào)用延時子程序LCD寫指令子程序返回調(diào)用延時子程序 圖4.2.2 寫數(shù)據(jù)子程序流程圖返回 圖4.2.1 寫指令子程序流程圖LCD液晶的驅(qū)動主要包含：液晶初始化函數(shù)、液晶寫指令函數(shù)、液晶寫數(shù)據(jù)函數(shù)。同時在液晶發(fā)送指令或發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，要對液晶進行忙檢測，直到液晶一次操作完成

50、后才能進行下一次操作，否則數(shù)據(jù)讀取會出現(xiàn)錯誤。當(dāng)使用到CGRAM繪圖后，還要有專門的清屏函數(shù)實現(xiàn)清屏。4.3 矩陣鍵盤掃描4×4鍵盤共4 行4 列16 個按鍵。其中，4 根列線連接在插座JP1 引腳的14 上，行線連接在插座JP1 引腳的58 上。而JP1是通用的插座，可連接在單片機P1、P2 或P3 口的任何一個端口上；因此，假設(shè)列線連接在Px.0Px.3 引腳上，行線連接在Px.3Px.7 引腳上。每個按鍵有它的行值和列值口，識別這個按鍵的編碼就是行值和列值的組合。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和CPU通信。鍵盤處理程序的任務(wù)是：首先確定有沒有按鍵按下，判斷是哪一個按鍵被按下

51、，判斷鍵的功能是什么；按鍵在閉合或斷開時的抖動還要被消除。在兩個并行口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地，按鍵狀態(tài)則被另一個并行口輸入，按鍵是通過行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼來識別，通過軟件查表，查出該鍵的功能。程序中需要定義16 個鍵分別表示數(shù)字0F， 實訓(xùn)中通過這16 個鍵輸入數(shù)字0F，然后將輸入的數(shù)字使用8 支LED 顯示。程序流程圖如下圖4.4所示:圖4.4 按鍵控制子程序流程圖4.4 蜂鳴器報警子程序設(shè)計系統(tǒng)中報警控制I/O口是P2.0。蜂鳴器報警電路通過一直PNP的三級管來控制，三極管的基極接到單片機的IO口P2.0，當(dāng)IO口輸出低電平時，蜂鳴器叫。當(dāng)IO口輸出低電平時，蜂

52、鳴器停止報警。本質(zhì)上報警是通過控制IO口的高電平輸出進而控制三極管的導(dǎo)通來實現(xiàn)的。具體流程圖如圖4.5所示：圖4.5 蜂鳴器制子程序流程圖 5 系統(tǒng)調(diào)試 5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 硬件焊接與調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試可分為兩大部分：模擬部分和純MCU部分。由于在系統(tǒng)設(shè)計中采用模塊化設(shè)計，所以方便了對各電路功能模塊的逐級測試。斷開兩部分的連接點，先調(diào)試MCU部分。試著輸入一系列脈沖（用適當(dāng)?shù)碾娮杞诱龢O，間斷性地輸入），觀察MCU部分能是否能顯示；模擬借助示波器觀察波形效果如何。單片機軟件先在最小系統(tǒng)板上調(diào)試，確保工作正常之后，再與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。最后將各模塊組合后進行整體測試，使系統(tǒng)的功能得以實

53、現(xiàn)。1.液晶不顯示確保程序與硬件接法都沒有錯；這時候你應(yīng)該檢查一下單片機是否工作，看看它是否在工作電壓的范圍（我當(dāng)時的問題就出在這里，Vcc接入單片機時經(jīng)過了一個10K電阻和發(fā)光二極管，導(dǎo)致輸入單片機的電壓很少，單片機沒工作，所以不顯示）；看看端口設(shè)置有沒有錯（12864的驅(qū)動等），2. 時鐘的調(diào)試根據(jù)晶體振蕩頻率計算出內(nèi)部定時器的基本參數(shù)，通過運行一段時間可通過秒表來校正后,看時間誤差的量,以這個量為依據(jù)改變程序中的內(nèi)部定時器基本參數(shù),就可使時鐘調(diào)準(zhǔn)確。3. 電源的改變理論上模擬部分有三處電壓應(yīng)為9V，但經(jīng)過測試，全部使用5V電壓也是可行的。5.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試系統(tǒng)軟件調(diào)試采用KeilC51編譯器進行源程序編譯及仿真調(diào)試，同時進行硬件電路板的設(shè)計制作。將設(shè)計的程序通過編程器下載到單片機STC89C52單片機中，再將單片機插入插座里，給制作的實物連通電源。即可完成程序下載。下載過程中，若出現(xiàn)現(xiàn)在失敗，是以因為單片機需要斷電上電才