基于單片機的籃球計時計分器

1、摘要單片機，亦稱單片微電腦或單片微型計算機。它是把中央處理器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入/輸出端口（I/0）等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。計算機的產(chǎn)生加快了人類改造世界的步伐，但是它畢竟體積大。微計算機（單片機）在這種情況下誕生了，它為我們改變了什么？縱觀我們現(xiàn)在生活的各個領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機上各種儀表的控制，從計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子 寵物等，這些都離不開單片機。 本設(shè)計是籃球計時計分器，主要在籃球比賽中用于記錄整個賽程的比賽時間和

2、顯示甲、乙兩隊在比賽過程中的比分情況。該計時計分器有部分組成：一部分用來實現(xiàn)計時功能，其基本原理和定時鬧相似；另一部分用來實現(xiàn)計分功能，其基本原理和計數(shù)器相似，只不過所要記錄和顯示的對象是按鍵按下的次數(shù)，每按下一次計數(shù)值加一。主控芯片采用AT89C51，采用匯編語言進行編程，編程后利用Keil uVision3來進行編譯，再生成的HEX文件裝入芯片中，采用proteus軟件來仿真，檢驗功能是否能夠正常實現(xiàn)。該設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)計時和計分功能，采用共陰極數(shù)碼管進行動態(tài)顯示，加分的部分用按鍵來完成，每按一次發(fā)送一個計數(shù)脈沖，計數(shù)值加一。但是效果病不是很完美，計時顯示部分有時候會出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，通過對晶

3、振和電容值調(diào)整后仍然沒有改變效果，而且該設(shè)計最大遺憾是沒有實現(xiàn)中場時交換比分和結(jié)束時進行報警的功能。目錄1 概述41.1發(fā)展背景41.2系統(tǒng)的功能42系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計52.1系統(tǒng)組成52.2系統(tǒng)定時控制部件設(shè)計52.3系統(tǒng)的復(fù)位電路設(shè)計62.4顯示系統(tǒng)的設(shè)計73軟件設(shè)計83.1程序流程圖83.2 計時部分設(shè)計83.3 加分部分設(shè)計103.4顯示子程序設(shè)計113.5延時子程序設(shè)計124 Proteus軟件仿真134.1不工作狀態(tài)仿真圖134.2計時、計分工作狀態(tài)仿真圖135課程設(shè)計體會14參考文獻15附1 生成機器代碼16附2 源程序代碼17附3 系統(tǒng)原理圖:231 概述1.1發(fā)展背景體育

4、比賽計時記分系統(tǒng)是對體育比賽過程中所產(chǎn)生的時間、比分等數(shù)據(jù)進行快速采集記錄、加工處理、傳遞利用的信息系統(tǒng)。根據(jù)不同運動項目的不同比賽規(guī)則要求, 體育比賽的計時記分系統(tǒng)包括測量類、評分類、命中類、制勝類、得分類等多種類型?；@球比賽是根據(jù)運動隊在規(guī)定的比賽時間里得分多少來決定勝負的, 因此, 足球比賽的計時記分系統(tǒng)是一種得分類型的系統(tǒng)?；@球比賽的計時記分系統(tǒng)由計時器、記分器等多種電子設(shè)備組成。同時, 根據(jù)目前高水平足球比賽要求, 完善的足球比賽計時記分系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)該能夠與現(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)提高比賽現(xiàn)場感、表演娛樂觀眾等功能。1.2系統(tǒng)的功能隨著科技的迅猛發(fā)

5、展,單片機在計算機應(yīng)用領(lǐng)域中起到了越來越重要的作用. 單片機體積小,功能強,集成了微型機的各部件,大大縮短了系統(tǒng)內(nèi)信號傳送的距離,從而提高了系統(tǒng)的可靠性及運行速度。該系統(tǒng)主要是線以下兩種功能： 計分：能同時顯示甲、乙兩隊比分,最大計分數(shù)為99。能分別對甲、乙兩隊比分進行加分。計時：從比賽開始時啟動計時工作方式,初始時間為00,最大計時為99 分鐘，經(jīng)過修改后應(yīng)該還能實施計時暫停,還能設(shè)定為倒計時。哨音提示：設(shè)定的比賽時間到了,能自動哨音提示比賽結(jié)束.2系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計2.1系統(tǒng)組成籃球比賽計分的準確性和計時的精確度是要求很高的,而單片機在這方面有著出色的表現(xiàn)。本系統(tǒng)采用頻率為12 MHz

6、 的芯片,整個系統(tǒng)由按鍵、計時顯示、計分顯示等部分組成：該系統(tǒng)組成方框圖如圖1 所示： 按鈕單片機芯 片時間顯示比分顯示圖1：系統(tǒng)原理框圖單片機是該系統(tǒng)電路的核心組成部分,系統(tǒng)的各種功能都是在單片機內(nèi)通過編程來實現(xiàn)。 單片機選用ATMEL 公司的AT 89C51. AT89C51 是一個內(nèi)含4 K 字節(jié)FLASH RAM (閃速存儲器) 、128 字節(jié)RAM 和32 條I/ O 口線的8 位單片微處理器。AT89C51 的的X1 (19 腳) 和X2 (18 腳) 外接6MHZ 晶振,為單片機提供時鐘信號。晶振兩引腳各串一個瓷片電容,容值為20P50P ,用于提高晶振頻率的穩(wěn)定性。2.2系統(tǒng)定

7、時控制部件設(shè)計定時控制部件是在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的全部內(nèi)部和外部控制信號，使各功能元件協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的功能。主要任務(wù)是產(chǎn)生一個工作時序，其工作需要時鐘電路提供一個工作頻率。MCS-51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成震蕩器的高增益反向放大器，此放大器的輸入端和輸出端分別是XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接時鐘源可構(gòu)成時鐘電路。單片機的生產(chǎn)工藝不同，時鐘的產(chǎn)生方式也不同有內(nèi)部和外部時鐘產(chǎn)生兩種時鐘方式。圖2 內(nèi)部時鐘產(chǎn)生方式本系統(tǒng)采用的是內(nèi)部時鐘產(chǎn)生方式，如圖2所示：在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，于內(nèi)部反向器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。其發(fā)出的脈沖直接送入片

8、內(nèi)的定時控制部件。2.3系統(tǒng)的復(fù)位電路設(shè)計 圖3 上電加按鈕電平復(fù)位MCS-51單片機通常采用上電復(fù)位、按鈕電平復(fù)位、外部脈沖復(fù)位、上電加按鈕電平復(fù)位、程序運行監(jiān)視復(fù)位等方式。 我采用的是上電加按鈕電平復(fù)位，電路圖如圖所示，是上電自動復(fù)位與按鈕電平復(fù)位的組合。上電復(fù)位利用電容充電來實現(xiàn)，即上電瞬間RST/Vpd端的電位與Vcc相同，隨著充電電流的減少， RST/Vpd的電位下降，最后被鉗位在0伏，按鈕電平復(fù)位，當按鈕按下后，電源Vcc同過電阻施加在單片機復(fù)位端RST/Vpd上，實現(xiàn)單片機的復(fù)位。2.4顯示系統(tǒng)的設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求,為了顯示比賽的時間及比分,采用了8個7段LED顯示器，其中4個

9、用于顯示比賽時間,其余4個用于顯示主隊和客隊的分數(shù).圖4 顯示部分電路圖8位動態(tài)LED顯示器由2個8位并行的控制端口(PA72PA0，PB72PB0)進行控制,其中一個控制段選碼,一個控制位選碼。由于所有位的段選皆由一個I/O口控制,因此,在任一瞬間；8位LED顯示器要么全部或多位顯示同一個字符,要么只在一個指定位上顯示該字符,這取決于位選控制I/O端口的狀態(tài)。可使顯示器和各位輪流依次顯示一瞬間,在此瞬間,從段選口送出該位的段選碼,如此循環(huán)反復(fù),只要保證每秒鐘對所有位的循環(huán)在20次以上,由于人眼的視覺暫留效應(yīng),就會看到顯示器的各位“同時”顯示各自的內(nèi)容。3軟件設(shè)計3.1程序流程圖3.2 計時部

10、分設(shè)計MAIN: LCALL FLASH1 LCALL FLASH2主程序采用長條轉(zhuǎn)指令進入計時部分，第一步跳轉(zhuǎn)將所有計數(shù)初值清零，再一次跳轉(zhuǎn)進入計時循環(huán)。 FLASH1: SETB IT0 SETB EA MOV ONE, #00 MOV TWO,#00 MOV THREE, #00 MOV FIVE,#00 MOV SIX,#00 RET DAY:MOV A, ONE MOV B, #10 DIV AB MOV 11H,A;將商放在11H中 MOV A,B MOV 12H,A LCALL DSP ;調(diào)顯示子程序 INC ONE MOV A, ONE CJNE A,#60,DAY;當累計到6

11、0時，進一位此程序為顯示計時秒部分，首先對緩存區(qū)ONE清零，然后采用DIV指令，將其拆分成分別顯示的十位與個位，并分別將兩個內(nèi)容送入不同緩存去，通過長跳轉(zhuǎn)指令進入顯示部分，當顯示過后，再一次將顯示秒的緩存區(qū)加一，然后與60相比，判斷是否相等，當相等時程序順序執(zhí)行，程序進入顯示分部分，若不等，程序返回，再次對秒位進行判斷控制，實現(xiàn)循環(huán)。 MOV ONE,#00 MOV A,ONE MOV A,#00 CLR A INC TWO MOV A,TWO MOV B,#10 DIV AB MOV 21H,A;顯示分計數(shù)的十位 MOV A,B MOV 22H,A LCALL DSP;調(diào)顯示子程序 MOV

12、A,TWO CJNE A,#59,DAY1;當分累計到60時向時進位此段為顯示分的部分，通過秒的進位進行判斷控制，當秒每累計到60次時，程序通過CJNE指令順序執(zhí)行，對分進行操作，同樣通過除指令，分別送入不同緩存去，進行顯示，并與60相比，若相等程序順序執(zhí)行進入顯示小時部分，若不等，程序跳轉(zhuǎn)返回到秒位顯示部分，繼須等待60次。 MOV TWO,#00 INC THREE MOV A,THREE MOV B,#10 DIV AB MOV 31H,A MOV A,B MOV 32H,A LCALL DSP ;調(diào)顯示子程序 MOV A,THREE CJNE A,#24,DAY2;當時累計到24時，進

13、入循環(huán) MOV ONE,#00 MOV TWO,#00 MOV THREE,#00 AJMP MAIN RET此段程序為計時部分顯示小時的部分，當分位累計到60次時，程序順序執(zhí)行，對小時位進行操作，同樣通過跳轉(zhuǎn)進入顯示程序，并與24相比，若不等，程序跳回顯示秒位，等待其進位，從而等待分進位，再次判斷與60關(guān)系，進入小時部分，從而進行循環(huán)，若相等，程序?qū)⑺忻?，分，時的緩存區(qū)清零。并返回主程序。3.3 加分部分設(shè)計CCTV: LCALL DISPLAY JNB SET1,S1 JNB SET2,S2 S1:LCALL DELAY JB SET1,RETUNE INC FIVE LJMP DISP

14、LAY S2:LCALL DELAY JB SET2,RETUNE INC SIX LJMP DISPLAY J0: JB SET1,RETUNE LCALL DISPLAY J1:JB SET2,RETUNE LCALL DISPLAY RETUNE: RET 加分部分，首先同過主程序部分的清零，對初值進行顯示，并為零，然后通過JNB指令，判斷是否有鍵按下，若有責跳轉(zhuǎn)到指定部分，通過JB指令判斷是否松開從而進行操作，若沒有，程序?qū)⒁@示加分的隊的緩存區(qū)內(nèi)容加一。并通過長跳轉(zhuǎn)指令返回到顯示子程序。3.4顯示子程序設(shè)計DSP: MOV A,11H MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+D

15、PTR CLR P1.0 MOV P0,A;顯示妙計數(shù)的十位 LCALL DELAY;調(diào)延時子程序 SETB P1.0 MOV A,12H MOVC A,A+DPTR CLR P1.1 MOV P0,A;顯示妙計數(shù)的個位 LCALL DELAY1;延時子程序 SETB P1.1 MOV A,21H MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR CLR P1.2 MOV P0,A;顯示分計數(shù)的十位 LCALL DELAY2;調(diào)延時子程序 SETB P1.2 MOV A,22H MOVC A,A+DPTR CLR P1.3 MOV P0,A;顯示分計數(shù)的個位 LCALL DELAY3;延

16、時子程序 SETB P1.3 MOV A,31H MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR CLR P1.4 MOV P0,A;顯示時計數(shù)的十位 LCALL DELAY4;調(diào)延時子程序 SETB P1.4 MOV A,32H MOVC A,A+DPTR CLR P1.5 MOV P0,A;顯示時計數(shù)的個位 LCALL DELAY5;延時子程序 SETB P1.5 LCALL CCTV RET顯示部分通過P0口外加上拉電阻進行顯示，數(shù)碼管采用7段共陰極數(shù)碼管，通過查表指令進行顯示，首先將要顯示的緩存單元，送入累加器中，通過累加器進行查表，將要顯示的數(shù)值存儲起來，然后通過位選信號，將

17、要顯示的位的數(shù)碼管打開，進行現(xiàn)實。并通過延時子程序進行延時，使其顯示的數(shù)值穩(wěn)定下來。然后再通過位選信號，將顯示的數(shù)值關(guān)斷，從而顯示下一個數(shù)值。但當顯示完一圈后程序跳出，等待下一個跳進來的指令，再次進行現(xiàn)實。3.5延時子程序設(shè)計DELAY: MOV R1,#0EFH ;延時子程序 TT: MOV A,R1 MOV R0,#0FEH AA: DEC R0 DJNZ R0,AA DEC R1 CJNE A,#00,TT RET延時子程序采用DJNZ指令實現(xiàn)循環(huán)，首先對兩個緩存單元送入不同數(shù)值，此處設(shè)計時老是跳不出，經(jīng)常出現(xiàn)死循環(huán)，后與同學一起商量，終于發(fā)現(xiàn)原來是跳轉(zhuǎn)標志位出錯了。程序中首先對其中一個

18、緩存單元的數(shù)值減一，直到其減到零為止，程序進行下一步操作，對另一個緩存單元減一，并與0相比，若不等則返回，繼續(xù)將第一個緩存單元送入數(shù)值，然后重復(fù)上一次操作，直到第二個緩存單元與零相等，延時程序跳出。4 Proteus軟件仿真4.1不工作狀態(tài)仿真圖4.2計時、計分工作狀態(tài)仿真圖5課程設(shè)計體會經(jīng)過將近兩周的單片機課程設(shè)計，終于完成了我的足球計時計分器的設(shè)計，雖然沒有完全達到設(shè)計要求，但從心底里說，還是高興的，畢竟這次設(shè)計做了出來，高興之余不得不深思呀！在本次設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做過這樣的設(shè)計但這次設(shè)計真的讓我長進了很多，單片機課程設(shè)計重點就在于軟件算法的設(shè)計，需要有很巧妙的程

19、序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事，舉個例子，以前寫的那幾次，數(shù)據(jù)加減時，我用的都是BCD碼，這一次，我全部用的都是16進制的數(shù)直接加減，顯示處理時在用除法去刪分,感覺效果比較好，有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學習理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。我做的是籃球比賽計時計分器，電路中RP1上拉電阻的目的是讓計時顯示器變得更亮，沒有rp1計時顯示器不能點亮。而RP2上拉電阻是讓計分顯示器變得更亮，當去掉它時也可以，只是變得不太清楚而已，單片機的頻率必須是12MHz。 從這次的課程設(shè)計中，我真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際

20、，把我們所學的理論知識用到實際當中，學習單機片機更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計中的最大收獲。參考文獻1余發(fā)山.單片機原理及應(yīng)用技術(shù).徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2003.2佟云峰,等.單片機原理及其應(yīng)用.重慶:重慶大學出版社，2004,13吳金戌,等8051單片機實踐與應(yīng)用北京:清華大學出版社，2001,84劉瑞新.單片機原理及應(yīng)用教程.北京:機械工業(yè)出版社,20055聶毅.宏匯編語言程序設(shè)計教程.北京:電子工業(yè)出版社,1998.6周航慈.單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù).北京:北京航空航天大學出版社,2002附1 生成機器代碼:03000000020006F5:

21、10002300F00A84F511E5F0F:1000330010E510B43CE7751000E5107400E40520EA:10004300E52075F00A84F521E5F0F522120082120D53075F03B:100063000A84F531E5F0F93C290F580120113D290E51263:1000930093C291F580120122D291E52190018F93B1:1000A300C292F58012012FD292E52293C293F5807A:1000B30012013CD293E53190018F93C294F58012E3:1000

22、C3000149D294E53293C295F580120156D29537:1000D30022E54075F00A8493C2A0F5B0120113D251:1000E300A0E5F093C2A1F:1000F3002FD2A1E55075F00A8493C2A2F5B0120184:1001030013D2A2E5F093C2A3F5B0120113D2A32236:1001130079EFE978FE7FFE18D8FD19B400F422794F:10012300FFE978A018D8FD19B400F62279EFE97831:080133006418D8FD19B400F6

23、B0:10013B002279EFE978FE18D8FD19B400F62279EF91:10014B00E978FE18D8FD19B400F62279EFE978FEAC:10015B0018D8FD19B400F6221200D430960330974C:10016B000B05400200D41201132020:10017B00971105500200D42096091200D420970342:0E018B001200D4223F065B4F666D7D077F6F2A:00000001FF附2 源程序代碼 SET1 BIT P1.6 SET2 BIT P1.7 ONE EQU

24、10H TWO EQU 20H THREE EQU 30H FIVE EQU 40H ;計分控制 SIX EQU 50H ;計分控制 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP CCTVMAIN: LCALL FLASH1 LCALL FLASH2 FLASH1: SETB IT0 SETB EA MOV ONE, #00 MOV TWO,#00 MOV THREE, #00 MOV FIVE,#00 MOV SIX,#00 RET FLASH2: DAY1: DAY2: DAY:MOV A, ONE MOV B, #10 DIV AB MOV 11H,A;將商放在1

25、1中 MOV A,B MOV 12H,A LCALL DSP ;調(diào)顯示子程序 INC ONE MOV A, ONE CJNE A,#60,DAY;當累計到60時，進一位 MOV ONE,#00 MOV A,ONE MOV A,#00 CLR A INC TWO MOV A,TWO MOV B,#10 DIV AB MOV 21H,A;顯示分計數(shù)的十位 MOV A,B MOV 22H,A LCALL DSP;調(diào)顯示子程序 MOV A,TWO CJNE A,#59,DAY1;當分累計到60時向時進位 MOV TWO,#00 INC THREE MOV A,THREE MOV B,#10 DIV A

26、B MOV 31H,A MOV A,B MOV 32H,A LCALL DSP ;調(diào)顯示子程序 MOV A,THREE CJNE A,#23,DAY2;當時累計到24時，進入循環(huán) MOV ONE,#00 MOV TWO,#00 MOV THREE,#00 AJMP MAIN RET DSP:MOV A,11H MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR CLR P1.0 MOV P0,A;顯示妙計數(shù)的十位 LCALL DELAY;調(diào)延時子程序 SETB P1.0 MOV A,12H MOVC A,A+DPTR CLR P1.1 MOV P0,A;顯示妙計數(shù)的個位 LCALL DEL

27、AY1;延時子程序 SETB P1.1 MOV A,21H MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR CLR P1.2 MOV P0,A;顯示分計數(shù)的十位 LCALL DELAY2;調(diào)延時子程序 SETB P1.2 MOV A,22H MOVC A,A+DPTR CLR P1.3 MOV P0,A;顯示分計數(shù)的個位 LCALL DELAY3;延時子程序 SETB P1.3 MOV A,31H MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR CLR P1.4 MOV P0,A;顯示時計數(shù)的十位 LCALL DELAY4;調(diào)延時子程序 SETB P1.4 MOV A,32H

28、MOVC A,A+DPTR CLR P1.5 MOV P0,A;顯示時計數(shù)的個位 LCALL DELAY5;延時子程序 SETB P1.5 LCALL CCTV RET DISPLAY:MOV A,FIVE ;顯示紅隊計分 MOV B,#10 DIV AB MOVC A,A+DPTR CLR P2.0 MOV P3,A LCALL DELAY LCALL DELAY1 LCALL DELAY2 SETB P2.0 MOV A,B MOVC A,A+DPTR CLR P2.1 MOV P3,A LCALL DELAY LCALL DELAY1 LCALL DELAY2 SETB P2.1MOV A,SIX ;顯示藍隊計分 MOV B,#10 DIV AB MOVC A,A+DPTR CLR P2.2 MOV P3,A LCALL DELAY LCALL DELAY1 LCALL DELAY2 SETB P2.2 MOV A,B MOVC A,A+DPTR CLR P2.3 MOV P3,A