單片機籃球計時計分器

1、單片機技術及其應用課程設計報告題 目： 籃球計時計分器 班 級： 通信本科1班 學 號： 姓 名： 同組人員： 指導教師： 敏 2014 年 12 月 15 日目 錄1概述11.1單片機簡介11.2課程設計的意義21.3設計的任務和要求22系統(tǒng)總體方案及硬件設計22.1 系統(tǒng)總體方案設計22.2 單片機選擇33 系統(tǒng)的硬件設計43.1 時鐘電路模塊43.2 鍵盤控制模塊43.3 顯示模塊53.4定時報警模塊64 系統(tǒng)的軟件設計64.1軟件設計總流程圖64.2 定時初值計算74.3 各部分程序功能分析85 系統(tǒng)的Proteus仿真136 總結(jié)147 指導老師意見15參考書目：15附錄 C語言源程

2、序16籃球計時計分器1概述1.1單片機簡介 單片機，全稱為單片微型計算機（Single Chip Microcomputer），即把組成微型計算機的各個功能部件如中央處理器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入/輸出端口（I/0）、定時器/計數(shù)器以及串行通信接口等（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）都集成在一塊芯片上，構(gòu)成的一個完整的微型計算機。由于單片機的集成度很高、功能強、通用性好、特別是它的體積小、重量輕、功耗低、價格便宜、可靠性高、抗干擾能力強和使用方便等優(yōu)點、使得單片機得到了迅速推廣應用、已遠遠超出了計算機科學的領域。

3、單片機自20世紀70年代問世以來，以極其高的性價比受到人們的重視和關注，所以應用很廣，發(fā)展很快。單片機以其一系列優(yōu)點，近幾年得到迅猛發(fā)展和大范圍推廣，廣泛應用于工業(yè)控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能化儀器儀表，及通訊設備、日常消費類產(chǎn)品、玩具等。并且已經(jīng)深入到工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)以及人民生活的各層次中，如車間流水線控制、自動化系統(tǒng)等、智能型家用電器等。而美國ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)了新型的8位單片機AT89系列單片機。它不但具有一般MCS-51單片機的所有特性，而且還擁有一些獨特的優(yōu)點。此次設計中所用到的AT89S52就是其中典型的代表。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

4、，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(jīng)成為測量控制應用系統(tǒng)中的優(yōu)選機種和新電子產(chǎn)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(chǎn)品更新，作為實現(xiàn)數(shù)字化，智能化的核心部件?；@球計時計分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。本次設計的籃球計時計分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，綜合控制器等組成。1.2課程設計的意義單片機的應用是具有高度現(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

5、機已成為工業(yè)控制領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中。通過此次基于單片機設計的籃球計時計分系統(tǒng)，我們可以進一步熟悉和掌握單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，更清楚詳細的了解單片機程序設計的基本指令功能、編程步驟和技巧。對此次的單片機課程設計，我們可以在將來的工作和學習中加以應用。1.3設計的任務和要求任務： 設計一個用于賽場的籃球計時計分器。要求： 1、能記錄整個賽程的比賽時間，并能修改比賽時間。 2、能隨時刷新甲、乙兩隊在整個過程中的比分。3、中場交換比賽場地時，能交換甲、乙兩隊比分的位置。4、比賽結(jié)束時，能發(fā)出報警聲。2系統(tǒng)總體方案2.1 系統(tǒng)總體方案設計本設計籃球計

6、時計分器主要包括一下五部分：按鍵輸入模塊，單片機控制系統(tǒng)、計時時間顯示模塊、計分分數(shù)顯示模塊和定時報警模塊。通過單片機控制系統(tǒng)輸出信號來控制計時顯示模塊、計分顯示模塊和定時報警模塊的正常顯示和工作，同時單片機還不斷掃描鍵盤輸入狀態(tài)，接收鍵盤的輸入控制信號，進而調(diào)整輸出。系統(tǒng)總體框圖如下圖（圖2-1）所示。分數(shù)顯示定時報警時間設定時間顯示單片機控制系統(tǒng)加分設定場地交換開始暫停圖2-1 系統(tǒng)總體框圖2.2 單片機選擇STC89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用STC

7、公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準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，功能強大的STC89C52單片機可為您提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。STC89C52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，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，STC89C52可以按照常規(guī)方法進行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 STC89C52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RA

8、M， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。3 系統(tǒng)的硬件設計3.1 時鐘電路模塊在單片機應用系統(tǒng)中，時鐘電路提供保障系統(tǒng)正常工作的基準振蕩定時信號。主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機系統(tǒng)工作的快慢。這里采用的是12MHz的

9、晶振，兩個電容選用的是330pF的瓷片電容，晶振的兩個引腳分別連到XTAL1和XTAL2振蕩脈沖輸入引腳。具體連接電路如圖3-1所示。圖3-1 時鐘電路3.2 鍵盤控制模塊本設計中共設有7個按鍵，各個按鍵均有對應的功能。仿真電路如下圖所示：圖3-2 按鍵控制電路3.3 顯示模塊本設計中計時時間顯示模塊采用一個4位一體7段式共陰極數(shù)碼管顯示，計分分數(shù)顯示模塊采用兩個兩位一體7段式共陰極數(shù)碼管分別顯示甲乙兩隊得分。并且使用74hc573芯片驅(qū)動該數(shù)碼管，使數(shù)碼管正常顯示。其具體電路如圖3-3所示。（a）時間顯示模塊（b）甲、乙對分數(shù)顯示圖3-3 顯示模塊電路3.4定時報警模塊報警電路模塊由蜂鳴器加

10、三極管驅(qū)動組成，不僅實現(xiàn)了定時報警功能，而且還可以在按下按鍵時發(fā)出按鍵聲音。具體電路如圖3-4所示：圖3-4 報警模塊電路4 系統(tǒng)的軟件設計4.1軟件設計總流程圖本設計軟件設計部分采用模塊化程序設計，程序部分由主程序、延時子程序、T0中斷服務程序、按鍵掃描子程序、數(shù)碼管顯示子程序、定時設置子程序、結(jié)束報警顯示子程序。程序的總流程圖如圖4-1所示。分數(shù)調(diào)整鍵是否按下？初始化工作狀態(tài)計時開始是否到1秒Y定時是否到了？報警N刷新顯示執(zhí)行相應的操作，調(diào)整計分是否有時間調(diào)整鍵按下？N執(zhí)行相應的操作，調(diào)整時間YN開始圖4-1 程序流程圖4.2 定時初值計算單片機的定時初值計算公式為：定時初值 = 6553

11、6 - 定時時間/機器周期則最大定時時間=65536us = 0.065536s本設計中采用晶振頻率為f = 12MHz，則機器周期=1us (1微秒)。程序中采用的是定時器T0，工作在方式1,取定時器1次定時0.02s,50次定時為1s.定時初值=65536 - 20000 = 45536 = B1E0H,那么可以對單片機定時器0賦初值為：TH0 = 0xb1H； TL0 = 0xe0H；4.3 各部分程序功能分析本設計程序部分由主程序、延時子程序、T0中斷服務程序、按鍵掃描子程序、數(shù)碼管顯示子程序、定時設置子程序、結(jié)束報警顯示子程序等幾部分組成。各個程序模塊的功能如下。4.3.1 主程序模

12、塊程序就是從主程序開始執(zhí)行的，在主程序里可以調(diào)用子程序，調(diào)用完成后還要返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。我們在主程序里對各個模塊進行初始化，用一個while循環(huán)不斷地循環(huán)執(zhí)行各個子程序，例如按鍵掃描程序在這里可以一次一次地掃描按鍵，這樣實現(xiàn)簡單易行。本程序主函數(shù)如下：void main() / 主程序 TMOD=0x01; /設置定時器工作方式 EA=1; ET0=1; TH0=0xb1; /定時器送計數(shù)初值，EA=1，開中斷，P3口電平拉高TL0=0x10; TR0=1;P3=0xff; P1=0x7f; / P1=0x7f， 上半場指示燈點亮 T1=0;while(1) /通過 while(1)，反復調(diào)

13、用循環(huán)體內(nèi)的子程序 keyjiafen1(); /執(zhí)行相應的功能 keyjianfen1(); key2(); if(zidong=1) /zidong=1為key3()執(zhí)行條件，僅當半場結(jié)束時候執(zhí)行 key3(); if(n=18&&bujin=0) bujin=2; /修改變量bujin的值，設定over()中第二個if語句的執(zhí)行條件 shijian(); key4(); over(); 4.3.2 延時子程序本程序中單獨設立了一個帶有參數(shù)傳輸?shù)难訒r子程序，以供其他程序塊的調(diào)用，且延時可以通過參數(shù)方便的控制，使程序更加的簡潔。延時子程序如下：void delay(int t

14、) /延時程序，t為參數(shù)方便控制延時的長度while(t-) /循環(huán)t次 unsigned int i; /定義無符號整形變量 for(i=0;i<200;i+); /循環(huán)200次空操作 4.3.3 中斷服務子程序當T0中斷發(fā)生時轉(zhuǎn)入執(zhí)行中斷服務子程序，本程序主要用于提供一個精確的時鐘實現(xiàn)定時。另外還用對數(shù)碼管的循環(huán)掃描顯示，每中斷一次就對數(shù)碼管進行掃描一次，從而提供一個穩(wěn)定的顯示輸出，不受其他程序的延時影響。 void t0(void) interrupt 1 /T0中斷服務程序 TH0=0xb1; /定時器初始化TL0=0x10;if(k1) i+; if(i=50) n-; i=0

15、; /到一秒時秒顯示加1 display(m,n,x,y); /動態(tài)顯示時間和比分 if(k3) if(n=0-1) /倒計時秒位為0時借位 n=n1-1;m-; 4.3.4 數(shù)碼管顯示子程序數(shù)碼管顯示采用動態(tài)顯示方式，這樣占用I/O口資源比較少，且易于實現(xiàn)。在運行中可以隨時修改顯示分數(shù)及時間，另外在比賽結(jié)束后還可以將時間顯示變?yōu)轱@示字符串“End”來提示比賽結(jié)束，這樣比較實用。其中倒計時的分鐘顯示程序塊如下：P2=0xfe; /顯示倒計時分鐘十位 P0=segm%100/10; delay(1); /顯示延時 P2=0xff; /復位 P0=0; P2=0xfd; /顯示倒計時分鐘個位 P0

16、=segm%10; delay(1); P2=0xff; /復位 P0=0;4.3.5 按鍵掃描子程序本設計中采用的是獨立式按鍵，一個按鍵對應一個單片機管腳，單獨掃描。通過P3口掃描，共設有K1K7七個按鍵，實現(xiàn)功能分別加分、調(diào)時、加速調(diào)時、開始/暫停、組合減分鍵等功能。其軟件設計流程圖如下（見圖4-2）：其中調(diào)整加分按鍵掃描程序如下：void key1() /按鍵調(diào)整兩隊得分 if(P3_0=0) /若甲隊加分鍵按下 delay(1); /延時if(P3_0=0) /若還在按下 P3_6=1; /蜂鳴器響while(P3_0=0); /等待松鍵x+; /甲隊加一分P3_6=0; /關蜂鳴器

17、if(P3_1=0) /若乙隊加分鍵按下 delay(1); /延時if(P3_1=0) /若還在按下 P3_6=1; /蜂鳴器響while(P3_1=0); /等待松鍵y+; /乙隊加一分P3_6=0; /關蜂鳴器 是是否是否否是否是是否狀態(tài)初始化 啟動主程序甲加分鍵按下了嗎乙加分鍵按下了嗎分數(shù)位置交換鍵按下了嗎甲加分乙加分交換定時設計鍵按了嗎計時調(diào)整了嗎調(diào)用定時調(diào)整程序計時調(diào)整調(diào)用顯示程序display（）倒計時是否為0調(diào)用報警子程序圖4-2 主程序流程圖4.3.6 結(jié)束報警顯示子程序與延時子程序報警服務子程序通過對P1_6輸出高電平驅(qū)動蜂鳴器報警，另外，本報警程序?qū)崿F(xiàn)了報警時數(shù)碼管跟隨閃

18、動。具體程序如下void alarm(int i) /結(jié)束時數(shù)碼管閃動加聲音while(i-) /循環(huán)執(zhí)行i次 int j; /定義變量j P3_6=!P3_6;/開（或者關）蜂鳴器 for(j=0;j<25;j+)/循環(huán)25次 display(m,n,x,y); /調(diào)用顯示函數(shù) P3_6=!P3_6;/關（或者開）蜂鳴器 delay(200); /保持狀態(tài)延時一定時間 5 系統(tǒng)的Proteus仿真本課程設計采用Keil uVisoin3軟件將c語言源代碼生產(chǎn)hex格式的文件，然后使用Proteus軟件仿真該系統(tǒng)。如圖，開始仿真，時間、分數(shù)顯示模塊顯示初始時間、分數(shù)。按下加分按鈕，分數(shù)顯

19、示模塊，分數(shù)會發(fā)生對應的改變，仿真成功。圖5-1 初始狀態(tài)圖5-2 按鍵加分6 總結(jié)通過對本系統(tǒng)的設計，讓我更熟悉掌握了Keil uVision3, proteus 這些應用程序的運用，讓我懂得了如何編寫一些簡單的程序，學會了如何制作單片機應用程序，還有焊接和程序下載，但在中間暴露出很多問題：對平時上課講的理論知識沒有完全掌握消化，到了實際操作中還得請教同學，在焊接中焊接的基本工夫掌握不到家，手上工夫還是很欠缺的，使得電路板不是很美觀。另外，本設計雖然已經(jīng)實現(xiàn)了時間的倒計時、回表、快進，以及兩隊的加分和減分，但現(xiàn)在籃球比賽的每一次進攻都是24秒制的，因此，這一點是一個很大的缺陷，希望在以后對此

20、系統(tǒng)進行進一步完善。同時，做設計的這幾個月翻閱了很多書，也上了很多網(wǎng)站去尋找自己需要的資料。這種尋找有很強的目的性，只是為了自己選定的課題內(nèi)容而查閱，所以除了自己設計以外的其他方面幾乎還是一無所知。這讓我深刻的認識到了自己專業(yè)知識的貧乏。為我對自己以后生活的規(guī)劃敲響了警鐘。我對單片機的學習不會因為本設計的結(jié)束而結(jié)束，在接觸的眾多資料里，做設計只是走馬觀花般的點到，希望以后能夠進行更系統(tǒng)的學習。這些問題的發(fā)現(xiàn)，有助于提高我在以后的工作和學習中對此類問題的認識，確保不在同一問題上再次犯錯。嚴謹求實、踏實務實，是我這次設計的深刻總結(jié)7 指導老師意見參考書目：1 李群芳，肖看，單片微型計算機與接口技術

21、，北京，電子工業(yè)出版社，2012年2 康華光，秦臻，電子技術基礎（數(shù)字部分），北京，高等教育出本社，2006年3 譚浩強，c語言課程設計，北京，清華大學出版社，2010年附錄 C語言源程序#include <reg52.h> code unsigned seg=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;int m=24,n=10; /計時m為分，n為秒int x=0,y=0; /甲乙兩隊得分int i=0,j=0,jie=2,zidong=1,bujin=1,zanting=0;int chuzanting=0;sbit P

22、1_0=P10;sbit dula=P11;/*延時*/void delay(int t) while(t-) unsigned int i; for(i=0;i<200;i+); /*數(shù)碼管動態(tài)顯示*/ void display(int i,int j,int x,int y) if(jie=1&&bujin!=2) /中間變量jie=1時，為上半場，對P1賦值 P1=0xbd; /P1=0xbf, 即P1=1011 1111B,點亮對應下半場指示燈 P2=0xfe; / P0=0x7d; /數(shù)碼管動態(tài)刷新顯示程序 P2=1111 1110,i為分鐘 dula=1; P

23、0=segi%100/10; /刷新顯示時間顯示分鐘十位，調(diào)用延時程序， dula=0; delay(1); /延時數(shù)碼管的點亮 P2=0xff; P0=0; P2=0xfd; dula=1; /同理，動態(tài)刷新時分鐘個位并延時點亮 P0=segi%10; delay(1); dula=0; P2=0xff; P0=0; P2=0xfb; dula=1; /同理，動態(tài)刷新時秒鐘十位并延時點亮 P0=segj%100/10; delay(1); dula=0; P0=0; P2=0xff; P2=0xf7; dula=1; /同理，動態(tài)刷新時秒鐘個位并延時點亮 P0=segj%10; dula=0

24、; delay(1); P0=0; P2=0xff; P2=0xef; /同理，動態(tài)刷新甲隊分數(shù)十位并延時點亮 dula=1; P0=segx%100/10; dula=0; delay(1); P2=0xff; P0=0; P2=0xdf; dula=1; /同理，動態(tài)刷新甲隊分數(shù)個位并延時點亮 P0=segx%10; dula=0; delay(1); P2=0xff; P0=0; P2=0xbf; /動態(tài)刷新乙隊分數(shù)十位并延時點亮 dula=1; P0=segy%100/10; dula=0; delay(1); P0=0; P2=0xff; P2=0x7f; /同理，動態(tài)刷新乙隊分數(shù)十

25、位并延時點亮 dula=1; P0=segy%10; dula=0; delay(1); P0=0; P2=0xff; /*中斷程序*/void t0(void) interrupt 1 /調(diào)用定時器T0 基本計時單位秒 TH0=(65536-20000)/256; /利用定時器T0，送入計數(shù)初值TH0=0xb1; TL0=0x10; TL0=(65536-20000)%256; /定時器定時單位為20毫秒 i+;/進入中斷次數(shù) if(i=50) /利用中間變量i 令i值為50 50*20毫秒=1秒 if(n=0) /當秒減到0以后分鐘減1 n=59;if(m=0)m=0;else m-; e

26、lse n-; /秒減1 i=0; display(m,n,x,y); /調(diào)用動態(tài)刷新顯示程序/*加分*/ /RXD、TXD對應的P3.0和P3.1，為加減分鍵void keyjiafen1()/加分按鍵子程序，在主程序中不斷調(diào)用該子程序 /當檢測到甲隊加分按鍵按下時，對應加分 if(RXD=0) /調(diào)用延時子程序 實現(xiàn)消除按鍵抖動功能，即，當 delay(1); /檢測到按鍵按下時候，延時，按鍵仍按下，說明按鍵 if(RXD=0) /確實按下，非抖動，甲隊對應加分 while(RXD=0); /等待松手 x+; if(TXD=0) /同理，檢測乙隊加分按鍵時候按下，并加分 delay(1);

27、 if(TXD=0) while(TXD=0); y+; /*減分*/WR和RD對應的P3.6和P3.7void keyjianfen1()/減分按鍵檢測子程序，其基本算法及功能與加 if(WR=0) /相同 delay(1); if(WR=0) while(WR=0); if(x=0) x=0; elsex-; if(RD=0) delay(1); if(RD=0) while(RD=0); if(y=0) y=0; else y-; /*回表和快表*/INTO INT1對應的P3.2和P3.3void key2() /顯示時間調(diào)整程序，即回表和快表 if(INT0=0) /在比賽中有時經(jīng)常

28、需要回表，故寫此程序 delay(1); if(INT0=0) /回表子程序，檢測到INT0按下時，使時間回倒 chuzanting=0; / chuzanting=0; zanting=1;為附加變量，當回表按鍵zanting=1; /松開時,表暫停，這兩個變量用來調(diào)用暫停 if(m=2) m=2;n=0; else if(n=59) m+; n=0; else n+; if(INT1=0) /快表子程序，檢測到INT1按下時，使倒計加快， /通常情況下與回表子程序配合使用，即當回表 /回過的時候，按此鍵調(diào)整時間 delay(10); / chuzanting=0; zanting=1;作用

29、同上 if(INT1=0) chuzanting=0; zanting=1; if(n=0) if(m=0) m=0;n=0; else m-; n=59; else n-; /*回表和快表按鍵松開時候能自動暫停*/ void shijian()/回表和快表按鍵松開時候能自動暫停 if(zanting=1&&INT0=1&&INT1=1&&chuzanting=0) EA=0; zanting=0; chuzanting=0; while(1) display(m,n,x,y); if(P1_0=0) delay(1); if(P1_0=0) w

30、hile(P1_0=0); EA=1;break; /*交換場地，換分*/zidong=1&&jie=1 滿足這個條件，交換分數(shù)void key3() /半場交換場地時自動交換雙方比賽分數(shù)子程序int temp1,temp2; /定義中間變量temp，檢測到有按鍵按下時候 if(zidong=1&&jie=1) /交換甲隊，乙隊比賽分數(shù) temp1=x; / zidong=1&&jie=1是判斷半場的條件 / temp2=y; y=temp1; x=temp2; display(m,n,x,y); zidong=0; bujin=0; /*比賽暫停子程序*/void key4() if(P1_0=0) /檢測到暫停按鍵按下時候，令EA=0關閉中斷 delay(1); /同通過死循環(huán)程序while(1)，不斷刷新數(shù)碼管 if(P1_0=0) /當暫停鍵再次按下時候，開中斷，以使比賽時間 /繼續(xù)倒計時，由于在暫停的時候，程序處于死循 while(P1_0=0); EA=0; /無法回到主程序，故主程序中檢測按鍵按下的 while(1) /無法回到主程序，即實現(xiàn)了暫停時，除了暫停鍵 /其他按鍵按下均無效 display(m,