单片机课程设计篮球比赛计分牌设计

西安文理学院机械与材料工程学院课程设计报告专业班级 课 程 单片机课程设计 题 目 单片机课程设计篮球比赛计分牌的设计 学 号 学生姓名 指导教师 2016 年 11 月西安文理学院机械与材料工程学院课程设计任务书学生姓名 专业班级 学 号 指导教师 职 称 讲师 教研室 课 程 单片机课程设计 题目篮球比赛计分牌的设计 任务与要求 设计任务：以 AT89S51 单片机为核心，设计一个篮球比赛计分牌。裁判控制开始、暂停、清除和两队的加分按键。比赛每节 10 分钟，允许暂停，且使用不同 LED 表示比赛状态。比赛开始，按下可开始按键，绿色 LED 亮，进入 10 分钟倒计时。比赛期间，若暂停键按下，倒计时暂停，黄色 LED 亮；当再次按下暂停按键，比赛继续进行。当倒计时为 0，比赛结束，红色 LED亮，蜂鸣器响 5 秒。比赛期间，裁判可通过加分按键分别给 A 队或 B 队加分，每按下一次加 2 分。当清除按键按下，时间与分数全部清零。 设计要求：1完成系统的硬件电路设计与软件设计；2采用 C51 语言编程；3采用 Proteus、Keil C 等软件实现系统的仿真调试；4设计报告要求思路清晰，结构合理，语言流畅，书写格式符合要求。A队成 绩 倒 计 时开 始 暂 停 清 除开 始 A队加 分 B队加 分暂 停 暂 停B队成 绩开始日期 2016.11.7 完成日期 2016.11.22 2016 年 11 月 3 日摘 要 单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。 本设计是基于 AT89S51 单片机的篮球计时计分器，利用 7 段共阴LED 作为显示器件。在此设计中共接入了 3 个两位一体 7 段共阴 LED 显示器，一个用来记录赛程时间，其中 2 位用于显示 A 队成绩，2 位用于显示 B 队成绩，每队 2 个 LED 显示器显示范围可达到 099 分。赛程计时采用倒计时方式，比赛开始时启动计时，直至计时到零为止。其次，为了配合计时器和计分器校正调整时间和比分，我们特定在本设计中设立了 5 个按键，用于设置调整时间启动，调整分数和暂停等功能。采用单片机控制是这个系统按键操作使用简洁，LED 显示，安装方便。 主控芯片采用 AT89S51 单片机，采用 C 语言进行编程，编程后利用Keil uVision3 来进行编译，再生成的 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。仿真成功后，焊接硬件电路，通过 ISP 下载器将 hex 文件烧制到单片机。 关键词：计时；计分；LED；AT89S51目录一、设计目的 .1二、设计要求和任务 .1三、设计环境 .1四、设计方案 .1五、硬件电路的设计 .1六、软件设计 .2七、调试分析 .2八、心得体会 .2（点击鼠标右键，选择“更新域”，只更改页码）第 0 页一、设计目的1. 加深学生对 51 单片机的理解和开发应用能力。2. 培养学生综合运用知识的能力和工程设计的能力。3. 熟练掌握单片机开发的相关软件。4. 熟悉应用开发基本流程，学会查询相关芯片资料并自主学习应用。二、设计要求和任务 设计任务：以 AT89S51 单片机为核心，设计一个篮球比赛计分牌。裁判控制开始、暂停、清除和两队的加分按键。比赛每节 10 分钟，允许暂停，且使用不同 LED 表示比赛状态。比赛开始，按下可开始按键，绿色 LED 亮，进入 10分钟倒计时。比赛期间，若暂停键按下，倒计时暂停，黄色 LED 亮；当再次按下暂停按键，比赛继续进行。当倒计时为 0，比赛结束，红色 LED 亮，蜂鸣器响 5 秒。比赛期间，裁判可通过加分按键分别给 A 队或 B 队加分，每按下一次加 2 分。当清除按键按下，时间与分数全部清零。 设计要求：1完成系统的硬件电路设计与软件设计；2采用 C51 语言编程；3采用 Proteus、Keil C 等软件实现系统的仿真调试；4设计报告要求思路清晰，结构合理，语言流畅，书写格式符合要求。三、设计环境1. C51 编程软件：Keil；2. 原理图设计及联调软件：Proteus。四、设计方案4.1 系统总体方案设计篮球计时记分器主要包括单片机控制系统、计时显示模块、计分显示模块、定时报警模块、按键控制模块、LED 灯模块。通过这几个模块的协调工作就可以完成相应的计时计分控制和显示功能。总体模块组成框图如下图 4.1 所示：A队成 绩 倒 计 时开 始 暂 停 清 除开 始 A队加 分 B队加 分暂 停 暂 停B队成 绩第 1 页图 4.1本设计是基于 AT89S51 单片机的篮球计时计分器，利用 7 段共阴 LED 作为显示器件。此设计中共接入了 3 个两位一体的 7 段共阴 LED 显示器，一个用来记录赛程时间，两个用来分别记录 A、B 两队比赛分数，每队每赢一次加 2 分且 LED 显示器显示范围可达 099分，赛程计时采用倒计时方式，比赛开始启动计时，直至计时到零为止。4.2 单片机 AT89S51 的简介AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP 的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提高性价比的解决方案。AT89S51 具有如下特点：40 个引脚、4k Bytes Flash 片内程序存储器、128 Bytes 的随机存取数据存储器（RAM）、32 个外部双向输入/输出（ I/O）口、5 个中断优先级、2 层中断嵌套中断、2 个 16 位可编程定时计数器、2 个全双工串行通信口、看门狗电路、片内时钟振荡器。本系统采用单片机 AT89S51 为控制核心，系统主要由五大模块组成及单片机最小系统模块、数码管显示模块、蜂鸣器报警模块、LED 等显示模块、按键控制模块。单片机最小系统作为整个系统的控制核心，按键模块的 5 个按键对分数和时间进行控制然后显示在数码管上，蜂鸣器报警模块则根据程序设定的时间进行报警。下面对各模块设计进行论证比较。4.3 单片机最小系统模块对 51 系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。4.4 按键控制模块本设计采用独立按键。每个独立按键与单片机每个 I/O 口连接，虽然不能节省 I/O 口，但电路简单且编程容易。4.5 显示模块本设计采用共阴极数码显示器，一般共阴极接低电平，其他管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为高电平时，改端所连接的字符导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出不同数字或字符。同样，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需AT89S51最小系统模块按键模块报警模块计时显示模块 计分显示模块LED 灯模块第 2 页根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。本次设计显示模块用到的是 3 个两位一体的共阴极数码管，采用排阻提供上拉电流数码管，以保证有足够大的电流点亮数码管，采用动态驱动，使各位数码管逐个轮流受控显示。4.6 报警模块报警模块中，信号由单片机输出经 PNP 型三极管放大后进入蜂鸣器发出声响进行比赛时间的提示功能。4.7 LED 灯显示模块此模块中用不同颜色 LED 灯表示进程的不同状态，按键开始绿色灯亮，暂停黄灯亮，倒计时为零红灯亮。五、硬件电路的设计5.1 单片机最小系统的硬件设计单片机最小系统,或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对 51 系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。各个电路的作用如下：复位电路：由电容串联电阻构成，由图并结合“电容电压不能突变”的性质，可以知道，当系统一上电，RST 脚将会出现高电平，并且，这个高电平持续的时间由电路的 RC 值来决定。典型的 51 单片机当 RST 脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以，适当组合 RC 的取值就可以保证可靠的复位，一般教科书推荐 C 取 10u，R 取 10K。当然也有其他取法，原则就是要让 RC 组合可以在 RST 脚上产生不少于 2 个机周期的高电平。根据电路分析，可以算出电容充电到电源电压的 0.7 倍（单片机的电源是 5V，所以充电到 0.7 倍即为 3.5V），需要的时间是 10k*10UF=0.1S，大于两个机器周期 2us（1 个机器周期等于 12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的 1/12）。所以单片机就能复位。晶振电路：典型的晶振取 11.0592MHz(因为可以准确地得到 9600 波特率和19200 波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的 uS 级时歇,方便定时操作) 如图 5.1 最小系统的硬件设计：第 3 页图 5.15.2 显示模块的硬件设计本设计采用七段数码管显示。设计方便，易于操作，通过对不同管脚输入相对的电流，使其发亮，从而显示出数字且能够显示出所有可用数字表示的参数的器件。如图 5.2 数码管显示电路：图 5.25.3 按键控制模块的硬件设计按键控制模块采用 5 个独立按键分别为：开始、暂停、复位、A 队加分、B 队加分，他们与单片机的P13、P14、P15、P16、P17 连接，每个按键的