基于AT89C51单片机的篮球赛计时计分器设计毕业论文

篮 球 赛 计 时 计 分 器专 业 数 码 嵌 入 式 技 术 班 级 09 级 3-9 学 生 指 导 教 师 西 安 数 字 技 术 学 院二 零 一 一 年摘 要单 片 机 自 20 世 纪 70 年 代 问 世 以 来 ， 以 极 其 高 的 性 价 比 受 到 人 们 的 重 视 和西 安 数 字 技 术 学 院 毕 业 论 文 设 计关 注 ， 所 以 应 用 很 广 ， 发 展 很 快 。 由 于 单 片 机 的 集 成 度 高 ， 功 能 强 ， 通 用 性好 ， 特 别 是 它 具 有 体 积 小 、 重 量 轻 、 能 耗 低 、 价 格 便 宜 、 可 靠 性 高 、 抗 干 扰能 力 强 和 使 用 方 便 等 独 特 的 优 点 ， 使 单 片 机 迅 速 得 到 了 推 广 应 用 。 目 前 已 经成 为 测 量 控 制 应 用 系 统 中 的 优 选 机 种 和 新 电 子 产 品 的 关 键 部 位 ， 许 多 用 单 片机 做 控 制 的 球 赛 计 时 计 分 系 统 也 应 运 而 生 ， 如 ： 用 单 片 机 控 制 液 晶 显 示 (LCD)计时 计 分 器 ， 用 单 片 机 控 制 LED 七 段 显 示 器 计 时 计 分 器 等 。 篮 球 计 时 计 分 器 以单 片 机 为 核 心 ， 由 计 时 器 、 计 分 器 、 综 合 控 制 器 等 组 成 。系 统 采 用 模 块 化 设 计 ， 主 体 分 为 计 时 显 示 模 块 、 计 分 显 示 模 块 、 定 时 报 警 、按 键 控 制 键 盘 模 块 。 每 个 模 块 的 程 序 结 构 简 单 、 任 务 明 确 ， 易 于 编 写 、 调 试和 修 改 。 程 序 可 读 性 好 ， 对 程 序 的 修 改 可 局 部 进 行 ， 其 他 部 分 可 保 持 不 变 。 编程 后 利 用 Keil C51 软 件 来 进 行 编 译 ， 再 将 生 成 的 HEX 文 件 装 入 芯 片 中 ， 采 用Proteus 软 件 仿 真 ， 检 验 功 能 是 否 能 够 正 常 实 现 ， 随 后 可 用 Protel99 画 出 硬 件电 路 图 。 本 设 计 中 系 统 硬 件 电 路 主 要 由 以 下 几 个 部 分 组 成 ： 单 片 机AT89C51、 计 时 电 路 、 计 分 电 路 、 报 警 电 路 和 按 键 开 关 。本 次 设 计 用 由 AT89C51 编 程 控 制 LED 七 段 数 码 管 作 显 示 的 球 赛 计 时 计分 系 统 。 该 系 统 具 有 赛 程 定 时 设 置 、 赛 程 时 间 暂 停 、 及 时 刷 新 甲 乙 双 方 的 成绩 以 及 赛 后 成 绩 暂 存 等 功 能 。 它 具 有 价 格 低 廉 、 性 能 稳 定 、 操 作 方 便 并 且 易 于携 带 等 特 点 ， 广 泛 适 合 各 类 学 校 或 者 小 型 团 体 作 为 赛 程 计 时 计 分 。关 键 词 ： 单 片 机 ， 计 时 ， 计 分 ， 显 示 器 ，1目 录前 言 .11 系 统 方 案 说 明 .21.1 方 案 选 择 .21.1.1 篮 球 赛 计 时 计 分 器 设 计 的 现 状 .21.1.2 系 统 总 体 设 计 方 案 .21.2 系 统 基 本 功 能 介 绍 .32 系 统 硬 件 电 路 设 计 .62.1 篮 球 赛 计 时 计 分 电 路 原 理 图 .62.2 篮 球 赛 计 时 计 分 器 电 路 工 作 过 程 .62.3 系 统 硬 件 电 路 组 成 .62.3.1 计 时 电 路 .62.3.2 计 分 电 路 .132.4 器 件 选 择 及 介 绍 .162.4.1 AT89C51 .172.4.2 CD4511 芯 片 介 绍 .172.4.3 CD4094 芯 片 的 介 绍 .172.4.4 74LS21 芯 片 介 绍 .173 软 件 编 程 及 调 试 .183.1 总 体 程 序 设 计 .183.2 初 始 化 程 序 设 计 .183.3 计 时 系 统 程 序 设 计 .193.4 计 分 系 统 程 序 设 计 .203.5 系 统 调 试 .213.5.1 软 件 调 试 .213.5.2 仿 真 调 试 .22结 论 .23附 录 .24致 谢 .33参 考 文 献 .34西 安 数 字 技 术 学 院 毕 业 论 文 设 计1前 言随 着 单 片 机 在 各 个 领 域 的 广 泛 应 用 ， 许 多 用 单 片 机 做 控 制 的 球 赛 计 时 计 分系 统 也 应 运 而 生 ， 如 用 单 片 机 控 制 LCD 液 晶 显 示 器 1计 时 计 分 器 ， 用 单 片 机控 制 LED 七 段 显 示 器 计 时 计 分 器 等 。根 据 此 次 课 题 要 求 ， 这 里 介 绍 一 种 篮 球 赛 计 时 计 分 器 的 设 计 方 法 ， 即 单片 机 带 外 围 扩 展 来 驱 动 数 码 管 工 作 的 电 路 。 采 用 这 种 方 法 可 提 升 学 生 对 单 片机 接 口 电 路 的 综 合 运 用 能 力 。 电 路 采 用 单 片 机 作 为 核 心 元 件 ， 利 用 10 个 7 段共 阴 极 LED 数 码 管 2作 为 显 示 器 件 。 6 个 用 于 记 录 甲 、 乙 两 队 的 分 数 ， 每 队3 个 ， 显 示 分 数 范 围 可 达 0 999 分 ， 足 够 赛 程 计 分 的 需 要 。 4 个 用 于 记 录 赛程 时 间 ， 2 个 用 于 显 示 分 钟 ， 2 个 用 于 显 示 秒 钟 。 比 赛 前 ， 将 时 间 设 置 好 ， 比赛 开 始 时 启 动 计 时 ， 直 至 倒 计 时 到 零 为 止 。 计 时 范 围 达 到 0 99 分 钟 ， 能 满足 实 际 赛 程 计 时 的 需 要 。 为 了 配 合 计 时 器 调 整 时 间 和 计 分 器 校 正 比 分 ， 设 计 了7 个 按 键 ， 4 个 用 于 输 入 甲 、 乙 两 队 的 分 数 ， 另 3 个 用 于 启 动 和 暂 停 赛 程 时 间 。另 外 ， 还 设 计 了 定 时 报 警 系 统 ， 即 比 赛 时 间 到 时 ， 扬 声 器 发 出 报 警 声 提 示 赛 程结 束 。该 系 统 具 有 赛 程 定 时 设 置 ， 赛 程 时 间 暂 停 ， 及 时 刷 新 甲 、 乙 双 方 的 成 绩 以及 赛 后 成 绩 暂 存 等 功 能 。 设 计 分 为 软 件 设 计 和 硬 件 设 计 两 部 分 。 主 控 芯 片 采 用AT89C51， 使 用 汇 编 语 言 编 写 软 件 程 序 ， 主 体 分 为 计 时 显 示 模 块 、 计 分 显 示 模块 、 定 时 报 警 、 按 键 控 制 模 块 。 编 程 后 利 用 Keil C513软 件 来 进 行 编 译 ，再 将 生 成 的 HEX 文 件 装 入 芯 片 中 ， 采 用 Proteus 软 件 来 仿 真 ， 检 验 功 能 是 否能 够 正 常 实 现 ， 随 后 可 用 Protel99 画 出 硬 件 电 路 图 。通 过 本 次 基 于 单 片 机 的 篮 球 赛 计 时 计 分 器 的 设 计 ， 可 以 了 解 、 熟 悉 有 关单 片 机 开 发 设 计 实 例 的 过 程 ， 并 加 深 对 单 片 机 的 理 解 和 应 用 以 及 掌 握 单 片 机 与外 围 接 口 的 一 些 方 法 和 技 巧 。西 安 数 字 技 术 学 院 毕 业 论 文 设 计21 系 统 方 案 说 明1.1 方 案 选 择1.1.1 篮 球 赛 计 时 计 分 器 设 计 的 现 状体 育 比 赛 计 时 计 分 系 统 是 对 体 育 比 赛 过 程 中 所 产 生 的 时 间 ， 比 分 等 数 据信 息 进 行 快 速 采 集 记 录 、 加 工 处 理 、 传 递 和 利 用 的 系 统 。 根 据 运 动 项 目 的 不同 ， 比 赛 规 则 要 求 也 不 同 ， 体 育 比 赛 的 计 时 计 分 系 统 包 括 测 量 类 、 评 分 类 、命 中 类 、 制 胜 类 和 得 分 类 等 多 种 类 型 。篮 球 比 赛 是 根 据 运 动 队 员 在 规 定 的 比 赛 时 间 里 得 分 多 少 来 决 定 胜 负 的 ，因 此 ， 篮 球 比 赛 的 计 时 计 分 系 统 是 一 种 得 分 类 型 的 系 统 。 篮 球 比 赛 的 计 时 计 分系 统 由 计 时 器 、 计 分 器 等 多 种 电 子 设 备 组 成 的 ， 同 时 ， 根 据 目 前 高 水 平 篮 球比 赛 要 求 ， 完 善 的 篮 球 比 赛 计 时 计 分 系 统 设 备 应 能 与 现 场 成 绩 处 理 、 现 场 大屏 幕 、 电 视 转 播 车 等 多 种 设 备 相 联 ， 以 便 实 现 激 烈 的 比 赛 现 场 感 和 表 演 娱 乐 等功 能 目 标 。 现 在 ， 根 据 设 计 要 求 ， 介 绍 一 下 设 计 方 案 。1.1.2 系 统 总 体 设 计 方 案根 据 课 题 要 求 ， 介 绍 以 下 两 种 设 计 方 法 。 一 种 是 单 片 机 带 外 围 扩 展 ， 驱 动数 码 管 工 作 的 电 路 ， 可 提 升 学 生 对 单 片 机 接 口 电 路 的 综 合 运 用 能 力 ； 另 一 种 是单 片 机 直 接 驱 动 数 码 管 工 作 的 电 路 ， 该 电 路 成 本 相 对 较 低 。 两 种 电 路 都 以 单片 机 作 为 核 心 元 件 ， 利 用 10 个 7 段 共 阴 极 LED 数 码 管 作 为 显 示 器 件 。 6 个 用于 记 录 甲 、 乙 两 队 的 分 数 ， 每 队 3 个 ， 显 示 分 数 范 围 可 达 0 999 分 ， 足 够 赛程 计 分 的 需 要 。 4 个 用 于 记 录 赛 程 时 间 ， 2 个 用 于 显 示 分 钟 ， 2 个 用 于 显 示 秒钟 。 比 赛 前 ， 将 时 间 设 置 好 ， 比 赛 开 始 时 启 动 计 时 ， 直 至 倒 计 时 到 零 为 止 。 计时 范 围 达 到 0 99 分 钟 ， 能 满 足 实 际 赛 程 计 时 的 需 要 。 为 了 配 合 计 时 器 调 整 时间 和 计 分 器 校 正 比 分 ， 设 计 了 7 个 按 键 ， 4 个 用 于 输 入 甲 、 乙 两 队 的 分 数 ，另 3 个 用 于 启 动 和 暂 停 赛 程 时 间 。 另 外 ， 还 设 计 了 定 时 报 警 系 统 ， 即 比 赛 时间 到 时 ， 扬 声 器 发 出 报 警 声 提 示 赛 程 结 束 。二 者 的 不 同 之 处 在 于 计 时 电 路 。 前 一 种 计 时 电 路 主 要 由 按 键 开 关 、 单 片机 AT89C514、 译 码 器 及 LED 显 示 器 构 成 。 当 调 时 开 关 (十 位 )按 下 时 产 生 一个 低 电 平 ， 对 应 调 分 (十 位 )控 制 端 P2.0 的 LE 输 出 高 电 平 ， 表 示 可 以 向CD45ll 的 调 分 位 (十 位 )发 送 数 据 ， 将 要 显 示 数 据 的 代 码 经 P1.0 送 到 CD4511的 A 另 端 ， 送 完 后 将 LE 清 零 。 调 时 按 键 开 关 每 按 一 次 ， 数 字 自 动 加 1。直 到 调 到 需 要 设 置 的 时 间 即 可 。 调 时 (个 位 )的 操 作 方 法 与 之 相 同 。 时 间 设 置完 后 ,启 动 定 时 器 。 如 果 比 赛 中 暂 停 ， 按 一 下 暂 停 键 即 可 暂 停 计 时 。 后 一 种 计西 安 数 字 技 术 学 院 毕 业 论 文 设 计3时 电 路 主 要 由 按 键 开 关 、 单 片 机 AT89C51 及 LED 显 示 器 构 成 ， 采 用 双 电 源 供电 。 单 片 机 采 用 +5V， 数 码 管 采 用 +15V 采 用 单 片 机 直 接 驱 动 数 码 管 显 示 。 当 按下 秒 钟 加 1 按 键 时 ， 秒 计 时 显 示 加 1； 当 按 下 秒 钟 减 1 按 键 时 , 秒 计 时 显 示减 1； 当 按 下 分 钟 加 1 按 键 时 ， 分 钟 显 示 加 1， 当 按 下 分 钟 减 1 按 键 时 ， 分 钟显 示 减 1。 时 间 设 置 完 后 ， 启 动 定 时 器 开 始 倒 计 时 。 如 果 比 赛 中 裁 判 叫 暂 停 ，则 只 要 按 一 下 暂 停 键 ， 即 可 暂 停 计 时 。 根 据 此 次 设 计 的 实 验 条 件 及 设 计 目 的 ，我 采 用 前 一 种 方 案 ， 即 单 片 机 带 外 围 扩 展 驱 动 数 码 管 工 作 的 电 路 系 统 。 球 赛 计时 计 分 器 系 统 图 如 1-1 图 所 示 。图 1-1 系 统 构 成 图1.2 系 统 基 本 功 能 介 绍本 设 计 要 实 现 的 基 本 功 能 有 ： 赛 程 时 间 设 置 ， 赛 程 时 间 启 停 设 置 ， 比 分交 换 控 制 ， 比 分 刷 新 控 制 ， 计 时 计 分 显 示 ， 赛 程 结 束 报 警 。 以 下 对 个 功 能 进 行介 绍 。1、 赛 程 时 间 设 置在 计 时 电 路 中 ， 按 键 开 关 K5、 K6 用 来 设 置 赛 程 时 间 。 比 如 ： 比 赛 时 间 上半 场 时 间 20 分 钟 ， 则 通 过 按 键 K5 键 ， 使 数 码 管 1 显 示 “2”即 可 ； 再 按 K6键 ， 设 置 比 赛 时 间 的 个 位 数 ， 使 数 码 管 2 显 示 “0”即 可 。 一 般 比 赛 时 间 为40 分 钟 ， 所 以 只 需 要 按 K5 键 使 数 码 管 1 显 示 “4”， 按 K6 使 数 码 管 2 显 示“0”即 可 。 时 间 设 置 好 后 ， 等 待 比 赛 开 始 。西 安 数 字 技 术 学 院 毕 业 论 文 设 计4当 比 赛 结 束 时 ， 如 果 由 于 一 些 特 殊 原 因 需 要 增 加 比 赛 时 间 ， 这 时 增 加 比 赛时 间 同 样 由 按 键 K5、 K6 来 设 置 ， 并 且 设 置 方 法 与 上 面 所 述 一 眼 ， 但 一 般 情 况下 只 需 要 按 K6 键 来 设 置 即 可 ， 因 为 加 时 比 赛 一 般 只 有 几 分 钟 而 已 。2、 赛 程 时 间 启 动 暂 停 设 置当 时 间 设 置 完 成 后 ， 比 如 设 置 赛 程 时 间 为 45 分 钟 ， 则 在 LED 显 示 器 上 显示 为 4500， 45 表 示 分 钟 ， 00 表 示 秒 钟 。 这 时 ， 如 果 裁 判 吹 响 开 始 的 哨 声 时 ，则 应 立 即 按 下 按 键 K7， 表 示 赛 程 开 始 ， 计 时 显 示 则 由 4500 变 成4459， 4458一 直 计 时 直 到 计 为 0000 时 表 示 赛 程 结 束 。 按 键 K7 为 赛 程 启动 和 暂 停 控 制 。3、 比 分 交 换 控 制比 分 交 换 控 制 由 计 时 电 路 图 2-5 中 所 示 的 K7 键 完 成 。 我 们 知 道 ， 因 为 比分 交 换 是 在 上 半 场 赛 程 结 束 后 进 行 的 ， 也 就 是 说 比 分 交 换 要 受 赛 程 时 间 控 制 ，只 有 当 上 半 场 计 时 器 指 示 为 0000 时 ， 按 K7 键 ， 则 会 自 动 交 换 甲 、 乙 两 队 的比 分 。 如 果 上 半 场 赛 程 时 间 没 有 到 0000 时 ， 则 此 时 按 下 K7 键 ， 只 会 暂 停 比赛 ， 不 能 交 换 分 数 。 如 果 要 继 续 比 赛 ， 再 按 一 次 K7 即 可 。 因 此 ， K7 键 完 成三 重 功 能 ， 即 ： 启 动 ， 暂 停 ， 比 分 交 换 。4、 比 分 刷 新 控 制由 于 在 比 赛 中 ， 甲 、 乙 两 队 的 比 分 是 不 断 在 变 化 的 ， 所 以 需 要 设 置 比 分 刷新 控 制 装 置 ； 此 部 分 功 能 由 计 分 电 路 图 2-9 中 的 所 示 的 按 键 开 关 K1K4 来 完成 的 ：K1 键 ： 完 成 甲 队 加 1 分 操 作K2 键 ： 完 成 甲 队 减 1 分 操 作K3 键 ： 完 成 乙 队 加 1 分 操 作K4 键 ： 完 成 乙 队 减 1 分 操 作5、 计 时 计 分 显 示计 时 计 分 显 示 器 是 采 用 七 段 共 阴 极 LED 显 示 器 来 显 示 的 。 其 中 计 分 是 用6 个 LED 显 示 器 。 计 时 采 用 4 个 LED 显 示 器 ； 显 示 格 式 为 000000 和 0000。6、 赛 程 结 束 报 警当 比 赛 结 束 时 ， 系 统 会 自 动 发 出 10 秒 钟 报 警 声 ， 提 示 赛 程 结 束 。52 系 统 硬 件 电 路 设 计2.1 篮 球 赛 计 时 计 分 电 路 原 理 图用 Protel99 SE 设 计 的 电 路 原 理 图 见 附 录 3， PCB 版 图 见 附 录 1。2.2 篮 球 赛 计 时 计 分 器 电 路 工 作 过 程整 个 篮 球 计 时 计 分 器 的 工 作 过 程 如 下 ： 首 先 在 比 赛 之 前 ， 接 通 电 源 ， 系 统自 动 复 位 ， 此 时 计 时 电 路 与 计 分 电 路 中 的 共 阴 极 数 码 管 分 别 显 示 为 0000 和000000； 然 后 我 们 按 照 计 时 电 路 图 2-5 中 的 K5 键 来 设 置 比 赛 时 间 的 十 位 数 ，再 按 下 K6 键 ， 设 置 比 赛 时 间 的 个 位 数 字 ， 使 数 码 管 2 显 示 “0”即 可 。 一 般比 赛 时 间 为 40 分 钟 ， 所 示 只 需 要 按 下 K5 键 显 示 “4”， 按 下 K6 键 显 示 “0”即 可 。 时 间 设 置 好 时 ， 等 待 赛 程 开 始 ， 当 裁 判 吹 响 哨 声 时 ， 启 动 计 时 ， 这 时 计时 电 路 便 开 始 工 作 ， 计 时 采 用 倒 计 时 方 式 ， 即 从 20 分 钟 减 为 0 分 钟 表 示 上 半场 结 束 。 上 半 场 结 束 时 ， 蜂 鸣 器 会 发 出 10 秒 钟 响 声 ， 通 知 上 半 场 结 束 ， 这 时按 下 K7 键 ， 便 完 成 了 甲 、 乙 两 队 的 分 数 交 换 。 在 整 个 赛 程 中 ， 我 们 还 要 对 两队 比 分 进 行 及 时 刷 新 ， 这 时 我 们 通 过 计 分 电 路 图 2-9 中 的 K1K4 键 完 成 此 功能 ， K1 和 K2 键 完 成 甲 队 加 分 、 减 分 ， K3 和 K4 键 完 成 乙 队 加 分 、 减 分 。 按 键每 按 一 下 ， 表 示 加 上 或 者 减 去 1 分 。 由 于 加 分 、 减 分 我 们 采 用 中 断 完 成 ， 且加 、 减 分 的 中 断 优 先 权 小 于 计 时 电 路 中 的 中 断 优 先 权 ， 所 以 不 会 对 计 时 电 路 造成 影 响 。 如 果 在 赛 程 过 程 中 ， 一 方 的 教 练 申 请 暂 停 时 ， 经 裁 判 批 准 ， 我 们 立 即按 下 K7 键 ， 即 可 以 暂 停 计 时 ， 暂 停 时 间 到 时 ， 再 按 下 K7 键 继 续 计 时 ， 直 至上 半 场 赛 程 结 束 ， 蜂 鸣 器 会 发 出 10 秒 的 响 声 。 下 半 场 的 流 程 和 上 半 场 基 本 上是 一 样 的 。2.3 系 统 硬 件 电 路 组 成2.3.1 计 时 电 路1 显 示 器 及 其 接 口显 示 器 是 最 常 用 的 输 出 设 备 ， 其 种 类 繁 多 ， 但 在 单 片 机 系 统 设 计 中 最 常 用的 是 发 光 二 极 管 显 示 器 （ LED） 和 液 晶 显 示 器 （ LCD） 两 种 。 由 于 这 两 种 显 示器 结 构 简 单 ， 价 格 便 宜 ， 接 口 容 易 实 现 ， 因 而 得 到 广 泛 的 应 用 。 下 面 介 绍 发 光西 安 数 字 技 术 学 院 毕 业 论 文 设 计6二 极 管 显 示 器 （ LED） 的 结 构 、 工 作 原 理 及 其 接 口 电 路 。（ 1） LED 结 构 与 原 理图 2-1 为 典 型 的 数 码 管 。图 2-1 7 段 LED 数 码 管图 2-2 共 阴 极 与 共 阳 极 LED 显 示 器如 图 2-1， LED 显 示 器 又 称 为 数 码 管 ， LED 显 示 器 由 8 个 发 光 二 极 管 组 成 。中 7 个 长 条 形 的 发 光 管 排 列 成 “日 ”字 形 ， 另 一 个 点 形 的 发 光 管 在 显 示 器 的右 下 角 作 为 显 示 小 数 点 用 ， 它 能 显 示 各 种 数 字 及 部 份 英 文 字 母 。 LED 显 示 器有 两 种 不 同 的 形 式 ： 一 种 是 8 个 发 光 二 极 管 的 阳 极 都 连 在 一 起 的 ， 称 之 为 共阳 极 LED 显 示 器 ； 另 一 种 是 8 个 发 光 二 极 管 的 阴 极 都 连 在 一 起 的 ， 称 之 为 共阴 极 LED 显 示 器 。 如 图 2-2 所 示 。 本 设 计 采 用 的 是 共 阴 极 数 码 管 显 示 。（ 2） LED 显 示 器 显 示 方 式点 亮 LED 显 示 器 有 两 种 方 式 ： 一 是 静 态 显 示 ； 二 是 动 态 显 示 。 在 本 次 设 计中 ， 采 用 的 是 静 态 显 示 。所 谓 静 态 显 示 ， 就 是 每 一 个 显 示 器 都 要 占 用 单 独 的 具 有 锁 存 功 能 的 I/O接 口 5用 于 笔 划 段 字 形 代 码 。 这 样 单 片 机 只 要 把 要 显 示 的 字 形 代 码 发 送 到 接口 电 路 ， 就 不 用 管 它 了 ， 直 到 要 显 示 新 的 数 据 时 ， 再 发 送 新 的