單片機課程設計-基于單片機的籃球計分器設計

1、 單片機系統(tǒng)課程設計單片機系統(tǒng)課 程 設 計成績評定表設計課題 ： 基于單片機的籃球計分器設計 學院名稱 ： 電氣工程學院 專業(yè)班級 ： 學生 ： 學 號 ： 指導教師 ： 設計地點 ： 設計時間 ： 指導教師意見：成績: 簽名： 年 月 日 單片機系統(tǒng)課 程 設 計課程設計名稱： 基于單片機的籃球計分器設計 專 業(yè) 班 級 ： 學 生 姓 名 ： 學 號 ： 指 導 教 師 ： 課程設計地點： 課程設計時間： 單片機系統(tǒng) 課程設計任務書學生 專業(yè)班級學號題 目課題性質工程設計課題來源選題指導教師 主要內容參數(shù) 利用89C51單片機設計籃球計分器系統(tǒng)，實現(xiàn)以下功能：1用4位LED顯示器顯示兩隊

2、分數(shù)； 2能夠隨時手動對A、B兩隊分別計分； 3能夠手動實現(xiàn)A、B兩隊的分數(shù)位置隨場地交換而對應調換任務要求進度第1-2天：熟悉課程設計任務及要求，查閱技術資料，確定設計方案。第3-4天：按照確定的方案設計單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設計要有詳細論述。第5-6天：軟件設計，編寫程序。第7-8天：實驗室調試。第9-10天：撰寫課程設計報告。要求內容完整、圖表清晰、文理流暢、格式標準、方案合理、設計正確，篇幅合理。主要參考資料1 張迎新單片微型計算機原理、應用及接口技術第2版M北京：國防工業(yè)出版社，20042偉福LAB6000系列單片機仿真實驗系統(tǒng)使用說明

3、書3 閻石數(shù)字電路技術根底第五版北京：高等教育出版社，2006審查意見系教研室主任簽字： 年 月 日 目錄1、概述41.1、研究背景41.2、根本功能及設計思路42、總體方案設計52.1、方案選取52.2、總體設計53、硬件電路設計63.1、電源電路63.2、晶振電路73.3、鍵盤電路73.4、復位電路83.5、顯示電路84、系統(tǒng)軟件設計94.1、主程序設計104.2、加分程序設計104.3、交換程序設計124.4、LED顯示程序設計13 4.5、共陰極數(shù)碼管字形表145、總結15參考文獻15附錄1：系統(tǒng)原理圖17附錄2：源程序18附錄3：系統(tǒng)調試251、概述1.1、研究背景在這個電子信息技術

4、迅速普及的今天，人們對電子產(chǎn)品的需求越來越多。二十一世紀的今天，科學技術迅猛開展，時代前進的腳步越邁越寬，應用自動化設備,現(xiàn)代化通訊，計算機處理,數(shù)字化信息,現(xiàn)代化顯示設備等一些高新技術使人類邁向智能化開展。在智能化產(chǎn)品中，單片機的應用已經(jīng)越來越廣泛，單片機以它體積小、質量輕、耗電省、可靠性高、價格低等優(yōu)點，開始不斷開展，并廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)療設備、航天航空領域、工業(yè)專用設備的管理及過程控制等領域，在很多的大中型的電氣設備以及小型的電子產(chǎn)品中也用到了單片機進行控制。單片機把我們帶入了智能化的電子領域，許多繁瑣的系統(tǒng)假設由單片機進行設計，便能收到電路更簡單、功能更齊全的良好效果。假

5、設把經(jīng)典的電子系統(tǒng)當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)那么是一個具有“生命的電子系統(tǒng)。本設計就是基于單片機設計籃球計分系統(tǒng)，通過串口通信動態(tài)傳輸數(shù)據(jù)，使計分系統(tǒng)有了更多更完善的功能。單片機系統(tǒng)的硬件結構給予了籃球計分器系統(tǒng)“身軀，而單片機的應用程序賦予了其新的“生命，使其在傳統(tǒng)的籃球計分器面前具有電路簡單、本錢低、運行可靠等特色。1.2、根本功能及設計思路1、利用89C51單片機設計籃球計分器系統(tǒng)，實現(xiàn)以下功能1用4位LED顯示器顯示兩隊分數(shù)； 2能夠隨時手動對A、B兩隊分別計分；3能夠手動實現(xiàn)A、B兩隊的分數(shù)位置隨場地交換而對應調換。2、設計思路：以AT89C51單片機為核心元件

6、，利用獨立式鍵盤控制，使4位共陰極LED數(shù)碼管以靜態(tài)顯示方式實時記錄A、B兩隊的分數(shù)。獨立式鍵盤由K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8構成。其功能如下：1K1、K2：加1分；2K3、K4：加2分；3K5、K6：加3分；4K7：半場換分；5K8：顯示復位。A、B兩隊分別占用兩位LED顯示器，顯示范圍為099，能夠根本滿足一般比賽需要。2、總體方案設計2.1、方案選取 單片機在各種電子產(chǎn)品中的應用已經(jīng)越來越廣泛，很多的電子產(chǎn)品利用單片機所取得的便利得到了人們的好評，針對基于單片機的籃球計分器的設計要求，實現(xiàn)其功能的方案有多種，現(xiàn)列舉如下： 方案一按鍵控制每次各隊的加分值為1分或2分，如假

7、設進3分球，那么需兩鍵相加。并由半場換分按鍵和復位功能。分數(shù)通過4位LED顯示器動態(tài)顯示； 方案二系統(tǒng)采用三個按鍵控制每次各隊的加分值為1分、2分或3分。同樣也有半場換分按鍵和復位功能。并通過4位LED顯示器靜態(tài)顯示分數(shù)。這二個方案都是基于單片機控制的，通過按鍵加分及數(shù)碼管顯示，不同的設計局部在于按鍵的數(shù)量和顯示方式的選取上。方案一的按鍵數(shù)量較少，加上交換按鍵和復位按鍵共需要6個，但也能完成根本功能。不過在顯示方面，動態(tài)方式編程較為復雜。方案二的按鍵雖然較多，但功能齊全，使用方便。并且電路不是太過復雜，編程較為簡單。 最終方案：經(jīng)過以上比擬，方案一按鍵使用不方便，且軟件設計復雜。因此選用方案二

8、，即以8位獨立式鍵盤分別實現(xiàn)加1分、加2分、加3分、半場換分和顯示復位的功能，并用4位共陰極LED顯示器以靜態(tài)顯示方式顯示分數(shù)。2.2、總體設計 籃球計分器的設計是基于滿足設計要求的前提并且根據(jù)理論上的可實現(xiàn)性和硬件上的經(jīng)濟實用性，而進行設計的重要環(huán)節(jié)。本節(jié)從人們對系統(tǒng)功能需求出發(fā)，在綜合考慮各種因素的情況下，設計出籃球計分器的總體構架。1、加分功能設計：通過顯示緩沖區(qū)為中間加分媒介。每當按鍵按下時，首先通過外部中斷源實現(xiàn)中斷，進入中斷后判斷鍵值再進入相應加分子程序，對相應顯示緩沖區(qū)加分。2、分數(shù)調換功能：同樣是利用外部中斷源實現(xiàn)中斷，中斷效勞程序應能實現(xiàn)中場分數(shù)位置調換的功能。3、分數(shù)顯示功

9、能：用同步移位存放器74HC164實現(xiàn)4位LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示。通過查表指令在字形表中找到與顯示緩沖區(qū)對應的字形碼，然后串行移位輸出即可?；?9C51單片機的籃球計分器總體設計框圖如圖2所示。 圖2 籃球計分器總體框圖在框圖所示的系統(tǒng)構架中，8位獨立式鍵盤包括6位加分按鍵，1位分數(shù)調換按鍵和1位復位按鍵。其中加分按鍵通過7421實現(xiàn)中斷掃描，分數(shù)調換按鍵那么直接通過外部中斷1入口P3.3實現(xiàn)中斷效勞。3、 硬件電路設計3.1、源電路 單片機正常工作電壓為5V，因此設計的電源電路主要是提供單片機工作電壓。圖3.1是為單片機提供電壓的電源電路，包括變壓、整流、穩(wěn)壓、濾波等環(huán)節(jié)。在這個電路中采用了

10、三端集成穩(wěn)壓器LM7805，可以輸出5V的直流電壓以供應單片機。圖3.1 電源電路3.2、晶振電路電路中的晶振即石英晶體震蕩器。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器是用來產(chǎn)生基準頻率的。通過基準頻率來控制電路中的頻率的準確性。同時，它還可以產(chǎn)生振蕩電流，向單片機發(fā)出時鐘信號。圖3.2是單片機的晶振電路。片內電路與片外器件就構成一個時鐘產(chǎn)生電路，CPU的所有操作均在時鐘脈沖同步下進行。片內振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在1.2MHz24MHz之間選取。C1、C2是反應電容，其值在20pF100pF之間選取，典型值為30pF。本電路選用的電容為

11、30pF，晶振頻率為12MHz。圖3.2 晶振電路3.3、鍵盤電路鍵盤電路在籃球計分器中的主要作用是用于實現(xiàn)加分和交換分數(shù)位置。鍵盤可分為獨立式鍵盤和行列式鍵盤。本設計中由于按鍵數(shù)少于8個，所以采用獨立式按鍵電路。另外采用中斷掃描方式掃描鍵盤的狀態(tài)，當然也可以直接用編程掃描方式，兩者工作思路根本一樣。具體電路如圖3.3所示。AT89C51單片機的直流輸入電流為15mA，當直流電源電壓為+5V時，可選擇5.1K的上拉電阻保證單片機的正常工作。圖3.3 鍵盤電路3.4、復位電路復位電路的主要功能是使單片機進行初始化，在初始化的過程中需要在復位引腳上加大于2個機器周期的高電平。復位后的單片機地址初始

12、化為0000H，然后繼續(xù)從0000H單元開始執(zhí)行程序。在復位電路中提供復位信號，等到系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，再撤銷復位信號。但是為了在復位按鍵穩(wěn)定的前提下，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號，以防在按鍵過程中引起的抖動而影響復位。圖3.4所示的 RC 復位電路可以實現(xiàn)上述根本功能。圖3.4 復位電路3.5、顯示電路顯示電路是用于顯示分數(shù)。采用LED數(shù)碼管進行顯示是因為LED數(shù)碼管具有以下幾個優(yōu)點：(1)能在低電壓、小電流條件下驅動發(fā)光，能與CMOS、ITL電路兼容。(2)發(fā)光響應時間極短(<0.1s)，高頻特性好，單色性好，亮度高。(3)體積小，重量輕，抗沖擊性能好。 數(shù)碼管有共陰極和共陽

13、極兩種類型，其公共端主要進行位控制，筆畫端那么是進行字符控制，數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方法。本設計采用的是4位共陰極LED數(shù)碼管的串行驅動電路來到達顯示的目的。驅動器采用74HC164，由單片機89C51的P3.0和P3.1來控制LED數(shù)碼管的顯示。顯示電路圖如3.5所示。因為共陰極數(shù)碼管可以不用外接電阻，所以原理圖中的電阻可去掉。圖3.5 顯示電路4、 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)軟件設計主要由加分中斷效勞程序，交換中斷效勞程序，LED顯示程序等幾局部構成。本章節(jié)系統(tǒng)的介紹了籃球計分器的主程序和各主要功能子程序的設計流程，具體的程序代碼見附錄2。4.1、主程序設計主程序構成無限循環(huán)，主要完成單片

14、機初始化，等待加分和交換中斷的功能。主程序的流程圖如圖4.1所示。圖4.1 主程序流程圖主程序流程說明：電路主要分為以下幾個局部，分別是電源局部、按鍵局部、顯示局部，各局部具有不同的子程序。主程序的作用主要是先讓單片機初始化，包括棧底指針的重新賦值、開中斷、設置外部中斷為脈沖觸發(fā)等；然后使顯示緩沖區(qū)清零，使讓LED顯示為零；再利用無條件轉移指令SJMP $，等待加分中斷和交換中斷。待中斷效勞程序執(zhí)行完后，再次返回主程序等待下一次中斷。4.2、加分程序設計硬件電路中設計了6個加分按鍵，采用中斷和查詢結合的方法擴充外部中斷源，實現(xiàn)相應加分的功能。加分程序的流程圖如圖4.2所示。圖4.2 加分程序流

15、程圖加分程序流程說明：按下加分按鍵后，產(chǎn)生外部中斷0，CPU從主程序跳轉到加分中斷效勞程序繼續(xù)執(zhí)行。當在執(zhí)行相應加分中斷效勞程序時，不允許其它按鍵按下有相應操作，所以必須在進入中斷后通過CLR EA指令關中斷，又因為為了防止保護現(xiàn)場時，一些存放器的內容出現(xiàn)紊亂，此指令必須放在PUSH指令之前。CPU通過查詢方式判斷鍵值后進入相應的加分子程序。因為在操作按鍵時，無論是按下還是松開，觸點在閉合和斷開時均會產(chǎn)生抖動，此時邏輯電平是不穩(wěn)的，如果得不到正確處理，可能會引起單片機對按鍵命令的錯誤執(zhí)行，所以必須執(zhí)行一段延時子程序，用來軟件去抖動。比方延時10ms：MOV R0,#0AHDL2:MOV R1,

16、#7DHDL1:NOPNOPDJNZ R1,DL1DJNZ R0,DL2延時子程序執(zhí)行完后，再次判斷鍵值，倘假設仍然能夠檢測到相應鍵值信號，那么繼續(xù)向下執(zhí)行，否那么返回主程序。繼續(xù)向下執(zhí)行時，首先讓相應顯示緩沖區(qū)加相應的分數(shù)，然后通過CJNE指令與10進行比擬。假設小于10，那么串行輸出顯示，否那么向相應高位進1，并減10。進1后的高位仍需與10進行比擬，假設小于10，那么將上述減數(shù)重新賦予相應低位，然后串行輸出，否那么各位清零。輸出刷新后，CPU返回主程序。4.3、交換程序設計 由于籃球比賽中場結束之后，要交換場地，那么分數(shù)的顯示位置也要隨之調換。硬件電路中設置K7鍵完成此項功能。交換程序流

17、程圖如圖4.3所示。 圖4.3 交換程序流程圖交換程序流程說明：按下交換按鍵后，產(chǎn)生外部中斷1，CPU從主程序跳轉到交換中斷效勞程序中繼續(xù)執(zhí)行。通過中間存放器A和交換指令XCH實現(xiàn)分數(shù)位置的交換。交換完成后，CPU返回主程序。4.4、LED顯示程序設計硬件設計中利用4位LED靜態(tài)顯示電路顯示分數(shù)。通過顯示緩沖區(qū)利用MOVC A,A+DPTR查表指令找到指定字形碼，并由串行口串行輸出顯示。LED顯示程序流程圖如圖4.3所示。圖4.3 LED顯示程序流程圖LED顯示程序流程說明：首先將高位顯示緩沖區(qū)的值，也就是字形表的檢索值給累加器A，并將字形表首地址給DPTR，然后利用查表指令找到指定的字形碼，

18、最后由單片機的串行口串行輸出。緊接著將下一位緩沖區(qū)的值給累加器A，同樣由查表指令找到相應字形碼，并串行輸出。依次循環(huán)執(zhí)行上述操作，直至4位全部輸出后返回主程序。4.5、共陰極數(shù)碼管字形表 硬件電路所用數(shù)碼管為共陰極，所以串行口輸出高電平有效。并且4位數(shù)碼管的dp段都沒有使用，因此始終為0。另外應特別注意的是字形碼的上下位順序應與硬件中數(shù)碼管引腳的連接對應。共陰極數(shù)碼管字形表如表4.1所示。表4.1 共陰極數(shù)碼管字形表字形a b c d e f g dp字形碼01234567891 1 1 1 1 1 0 00 1 1 0 0 0 0 01 1 0 1 1 0 1 01 1 1 1 0 0 1

19、00 1 1 0 0 1 1 01 0 1 1 0 1 1 01 0 1 1 1 1 1 01 1 1 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 0 1 1 00FCH60H0DAH0F2H66H0B6H0BEH0E0H0FEH0F6H5、總結 本次設計表達了籃球計分器的根本原理及使用方法，給出了一種籃球計分器的設計方案。此次設計的籃球計分器，電路簡單，而且易懂，使操作使用者使用非常方便，本錢較低，靈敏可靠,計錄準確,連接簡單，具有非常高的使用價值。設計內容包括比分顯示、比分調換等局部,可以使參加比賽的成員、裁判和觀眾一目了然的看到參賽隊的成績,以最快的速度評出結果.該籃

20、球計分器還能廣泛應用于各類知識競賽。本設計由AT89C51編程控制LED七段數(shù)碼管作球賽計時計分系統(tǒng)具有賽程定性能穩(wěn)定、操作方便且易攜帶等特點?？蓮V泛適合各類學校和小團體作為賽程計分。通過這次籃球計分器的設計，可以更清楚的了解單片機程序設計的根本指令功能、編程步驟和技巧，對AT89C51單片機的原理和結構進一步熟悉和掌握，并對一些繪圖和仿真工具積累了更多的使用經(jīng)驗。參考文獻： 1 張迎新單片微型計算機原理、應用及接口技術第二版北京：國防工業(yè)出版社，20042 鄭鋒 王巧芝 程麗平 張清鵬51單片機典型應用開發(fā)范例大全北京：中國鐵道出版社，20213 彭為 黃科 雷道仲單片機典型系統(tǒng)設計實例精講

21、北京：電子工業(yè)出版社，20064 閻石數(shù)字電子技術根底北京：高等教育出版社，20065 夏路易 石宗義電路原理圖與電路板設計教程Protel 99SE北京：北京希望電子出版社，2004附錄1：系統(tǒng)原理圖附錄2：源程序K1 BIT P0.0K2 BIT P0.1K3 BIT P0.2K4 BIT P0.3K5 BIT P0.4K6 BIT P0.5DIS0 EQU 30H;定義顯示緩沖區(qū)DIS1 EQU 31HDIS2 EQU 32HDIS3 EQU 33HORG 0000HLJMP MAIN;跳轉到主程序LJMP GRADE;跳轉到加分中斷效勞程序ORG 0013HLJMP EXCHANGE;

22、跳轉到交換中斷效勞程序ORG 0033HMAIN:MOV SP,#3FH;對堆棧指針進行賦值MOV IE,#85H;開中斷MOV TMOD,#05H;外部中斷為下降沿脈沖觸發(fā)LCALL CLEARLCALL DISPLAY1SJMP $;等待中斷GRADE:CLR EA;關中斷JNB K1,LGRADE1;判斷鍵值JNB K2, LGRADE2JNB K3, LGRADE3JNB K4, RGRADE1JNB K5, RGRADE2JNB K6, RGRADE3LGRADE1:LCALL DELAY;延時去抖動JNB K1,SW1;再次確定K1鍵是否按下SETB EA;開中斷RETISW1:I

23、NC DIS1;K1鍵按下那么加分LJMP LCOMPARELGRADE2:LCALL DELAY;延時去抖動JNB K2,SW2;再次確定K2鍵是否按下SETB EA;開中斷RETI SW2:INC DIS1;K2鍵按下那么加分INC DIS1LJMP LCOMPARELGRADE3:LCALL DELAY;延時去抖動JNB K3,SW3;再次確定K3鍵是否按下SETB EA;開中斷RETI SW3:INC DIS1;K3鍵按下那么加分INC DIS1INC DIS1LJMP LCOMPARELCOMPARE:MOV A,DIS1CJNE A,#10,LCOMP;(DIS1)的值與10進行比

24、擬SJMP LCARRY;(DIS1)等于10那么跳轉到進位子程序LCOMP:JC $+2;(DIS1)小于10那么輸出顯示LJMP DISPLAY2SJMP LCARRY;(DIS1)大于10那么跳轉到進位子程序LCARRY:CLR CMOV A,DIS1SUBB A,#10INC DIS0MOV A,DIS0CJNE A,#10,$+9;(DIS0)的值與10進行比擬LCALL CLEAR;(DIS0)等于10那么數(shù)碼管顯零LJMP DISPLAY2MOV DIS1,ALJMP DISPLAY2RGRADE1:LCALL DELAY;延時去抖動JNB K4,SW4;再次確定K4鍵是否按下SETB EA;開中斷RETI SW4:INC DIS3;K4鍵按下那么加分LJMP RCOMPARERGRADE2:LCALL DELAY;延時去抖動JNB K5,SW5;再次確定K5鍵是否按下SETB EA;開中斷RETI SW5:INC DIS3;K5鍵按下那么加分INC DIS3LJMP RCOMPARERGRADE3:LCALL DELAY;延時去抖動JNB K6,SW6;再次確定K6鍵是否按下SETB EA;開中斷RETI SW6:INC DIS3;K6鍵按下那么加分INC