基于AT89S52单片机的篮球比赛计时计分器

基于 AT89S52 单片机的篮球比赛计时计分器摘 要篮球比赛计时计分器是为了解决篮球比赛时计分与计时准确方便，灵活适用的问题。此装置利用单片机 AT89S52 完成了计时和计分的功能。本文详细地介绍了系统硬件与软件的设计过程，采用该装置可根据实际情况进行比分修改和时间的准确显示，具有低功耗，可靠性，安全性以及低成本等特点。关键词：单片机，篮球赛,LCD ABSTRACTThis time basketball scoring is deviced in order to solve the basketball game scoring exactly the problem and timing. The device is completed by using microcontroller AT89S52 for timing and scoring functions. This paper introduces the hardware and softwares designing process, the device can be modified according to the actual situation and the time of the accurate score, and display with low power consumption, reliability, safely , low cost and so on.Key words: Single Chip Microcomputer , basketball, LCD1目录1 绪 论 .11.1 背景知识介绍 .11.2 设计内容 .11.3 设计任务和要求 .21.4 设计意义 .22 系统总 体方案设计及硬件设计介绍 .22.1 系统总体方案设计 .22.2 硬件电路设计 .32.2.1 时钟电路模块 .52.2.2 复位电路模块 .52.2.3 显示模块 .62.2.4 报警模块 .72.2.5 系统电源设计 .72.2.6 ISP 下载线接口 .82.2.7 键盘接口 .82.3 系统硬件电路总电路图 .93 软件设计 .103.1 软件设计环境介绍 .103.2 软件总体设计方案 .103.2.1 延时子函数 .113.2.2 液晶显示分数刷新子程序 .123.2.3 T0 中断程序 .133.2.4 设置时间子函数 .144 硬件焊接与调试 .155 PROTEUS 仿真实验效果 .166 总结 .17参考文献 .18附录 源程序 .19致 谢 .3011 绪论1.1 背景知识介绍 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、比分等数据进行快速采集记录，加工处理，传递数据的信息系统。根据不同运动项目的不同比赛规则要求，体育比赛的计时计分系统包括测量类、评分类、命中类、制胜类得分类等多种类型。篮球比赛是根据参赛队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，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够与现场成绩处理、现场大屏幕、电视转播车等多种设备相联，以便实现高比赛现场感、表演娱乐观众等功能目标。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。世界各大电气厂家、测控技术企业、机电行业，竞相把单片机应用于产品更新，作为实现数字化、智能化的核心部件。本篇设计篮球比赛计时计分器就是以单片机为核心的计时计分系统。1.2 设计内容本设计是基于 AT89S52 单片机的篮球比赛计时计分器，利用 LCD 液晶显示器作为显示装置。液晶显示器与传统的数码管显示器相比更节省单片机的 I/O 空间，减少系统设计的复杂程度。此外，液晶显示具有稳定、功耗小等特点，特别适用与手持设备，而且液晶显示器内部集成的有存储芯片，能够保持当前数据，避免了系统 CPU 频繁刷新电路所做的无用功，进一步减少系统能量的开销和软件设计时的复杂度。本系统由软件设计为 4 节比赛，可设置单节比赛时间，分 4 节比赛倒计时设定。可适用于不同比赛时间规格的比赛使用。另外本设计增加了 ISP 编程接口，可在硬件固化的情况下通过下载线升级内部程序，以达到更多场合的计时计分应用。此设计使系统功能更加强大，可以不局限于单一的一种比赛模式的应用。其次，为了配合计时计分器校正调整比分，我们特定在本设计中设立了 4 个按键，通过按键的功能复用实现设置时间、调整时间、启动、调整分数和暂停等功能。采用单片机控制使这个系统按键操作使用简洁，低功耗，安装方便。21.3 设计任务和要求任务：设计一个适用于多种规格比赛的篮球比赛计时计分器。要求：1、能记录整个赛程的比赛时间，并能随时实现暂停和继续。 2、能随时刷新甲、乙两队在整个过程中的比分。 3、中场交换比赛场地时，能自动交换甲、乙两队比分的位置。 4、比赛中场和结束时，能发出报警。5、通过液晶显示数字指示场次。6、加分有误时可通过按键实现减分调整。7、可设置比赛时间，使系统能用于不同比赛规则的场合。1.4 设计意义毕业设计使我们进一步熟悉和掌握了单片机的内部结构和工作原理，了解了单片机应用系统设计的基本方法和步骤，掌握了电子绘图软件 Protel 及仿真软件 Proteus 的使用方法，键盘和显示器在单片机控制系统中的应用以及撰写毕业设计论文的方法。此次设计很好的将书本上的理论知识和实践有机的联系了起来，使我们对理论知识有了更进一步的掌握，锻炼了我们的动手能力，同时也让我们懂得了理论与实际相结合的意义。为以后的工作和学习提供了宝贵的经验。2 系统总体方案设计及硬件设计介绍2.1 系统总体方案设计键盘控制模块系统电源模块复位电路单片机液晶显示模块单节比赛及终场比赛结束报警模块图 2-1 系统框图3篮球比赛计时计分器主要包括单片机控制系统、计时计分显示模块、定时报警、按键控制键盘模块和供电电源模块。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。模块框图如图 2-1 所示。 本设计是基于 AT89S52 单片机的篮球计时计分器，利用 1602 液晶显示器作为显示器件。LCD1602 共分两行显示。首行的第一位用于显示当前比赛的节数，程序初始化并设定单节比赛时间后开始显示。第一行的其他位用于显示比赛双方所得分数。分别用 A 和B 来区别两队。中场时交换双方显示位置。赛程计时采用倒计时方式，比赛开始时启动计时，直至计时到本节时间为零，结束本节比赛，同时红色发光二极管报警显示，时间刷新为下一节准备，等待开始。2.2 硬件电路设计系统控制中心单片机 AT89S52 简介AT89S52 是一个低功耗、高性能 8 位单片机，片内含 8k Bytes ISP(In-system programmable)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，功能强大的单片机 AT89S52 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。本设计所采用的 AT89S52 为 DIP40 封装形式，引脚结构如图 2-2。除 8k Bytes Flash 片内程序存储器外，还有 256 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， 8 个中断源，3 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看门狗（WDT ）电路，片内时钟振荡器。1T2/P1.02T2EX/P1.13P1.24P1.35P1.46MOSI/P1.57MISO/P1.68SCK/P1.79RST/VPD10RXD/P3.011TXD/P3.112INT0/P3.213INT1/P3.314T0/P3.415T1/P3.516WR17RD18XTAL219XTAL120VSS21P2.022P2.123P2.224P2.325P2.426P2.527P2.628P2.729PSEN30ALE/PROG31EA/VPP32P0.733P0.634P0.535P0.436P0.337P0.238P0.139P0.040VCCAT89S52图 2-2 AT89S52 单片机引脚图4AT89S52 单片机引脚说明如下：Vcc：电源端，接5V。 Vss：接地端。XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部 TTL 时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部 TTL 时钟时，该引脚必须悬空。地址锁存允许信号 ALE：系统扩展时， ALE 用于控制地址锁存器锁存 P0 口输出的低8 位地址，从而实现数据与低位地址的复用。此外，ALE 是以六分之一晶振频率的固定频率输出的正脉冲，可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。PSEN ：PSEN 是读外部程序存储器的选通信号，低电平有效。访问程序存储器控制信号 EA：当为高电平时，CPU 执行片内程序存储器指令，但当PC 中的值超过 0FFFH 时，将自动转向执行片外程序存储器指令。当为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。复位信号 RST：该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高电平后，就可以完成复位操作。P0 口（P0.0P0.7）：该端口为漏极开路的 8 位准双向 I/O 口，它为 8 位地址线和 8位数据线的复用端口，使用时需接外部上拉电阻。在访问外部程序存储器时，它作存储器的低 8 位地址线。P1 口（P1.0P1.7）：它是一个内部带上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口，作为输入口使用时，应先向其内部锁存器写 1。P2 口（P2.0P2.7）：它为一个内部带上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口，作为输入口时同样需先向其内部锁存器写 1。在访问外部程序存储器时，它作存储器的高 8 位地址线。P3 口（P3.0P3.7）：P3 口同样是内部带上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口，P3 口除了作为一般的 I/O 口使用之外，其还具有第二引脚功能，具体如表 2-1 所示。表 2-1 P3 口线的第二功能口线 特殊功能 信号名称P3.0 RXD 串行输入口P3.1 TXD 串行输出口P3.2 INT0 外部中断 0 输入口P3.3 INT1 外部中断 1 输入口P3.4 T0 定时器/计数器 0 外部输入口P3.5 T1 定时器/计数器 1 外部输入口P3.6 WR 写选通输出口P3.7 RD 读选通输出口52.2.1 时钟电路模块时钟电路在单片机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟是保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢。根据不同需要可以采用不同频率的晶振，这里采用 12MHZ 的晶振，另外有两个 30pF 的电容，两晶振引脚分别连到 XTAL1 和 XTAL2 振荡脉冲输入输出引脚。具体连接图如图 2-3 所示。12MC130P FC230P FXT AL1XT AL2图 2-3 晶振电路外接石英晶体或者陶瓷谐振器以及电容 C1，C2 接在单片机内部放大器的反馈电路中构成谐振电路。谐振器本身对外接电容 C1、C2 虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度以及温度的稳定性，如果使用石英晶体，推荐使用 30pF，而使用陶瓷谐振器建议选择 40pF。2.2.2 复位电路模块10UFC31KR110KR2S0SW -PB5VRS T图 2-4 复位电路复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把 PC 初始化为 0000H，使单片机从0000H 单元开始执行程序。除进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，可以按复位键以重新启动，也可以通过监视定6时器来强迫复位。RST 引脚是复位信号的输入端。复位电路在这里采用的是上电加按键复位电路形式，具体连接电路如图 2-4。2.2.3 显示模块本设计采用 1602 液晶显示器显示。第一行的第一位用数字标识当前比赛节数，设置好比赛时间后开始显示。本程序中设置为 4 节比赛，程序初始化后通过键盘来设置单节比赛时间。第一行用 A 和 B 来区别比赛双方，并分别在其后用三位数字标识比赛得分。第二行显示时间。初始化时显示时间设置，之后显示时间倒计时。图 2-5 所示为 1602 的电气连接属性。图 2-6 为 Proteus 仿真效果图。表 2-2 为 1602 的引脚说明。VSS1VDD2VL3RS4RW5E6D07D18D29D310D411D512D613D714VLA15BLK16LCD16025V5VR510KP24P25P26P00P01P02P03P04P05P06P07图 2-5 1602 液晶显示器电气连接图图 2-6 Proteus 仿真效果表 2-2 1602 的引脚说明编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明1 VSS 电源地 9 D2 Data I/O2 VDD 电源正极 10 D3 Data I/O3 VL 液晶显示偏压信号 11 D4 Data I/O4 RS 数据/命令选择端 12 D5 Data I/O5 R/W 读/写选择端 13 D6 Data I/O6 E 使能信号 14 D7 Data I/O7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正极8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源负极液晶显示偏压信号是指用于驱动 LCD 上的像素点改变颜色所用的电压，此电压可能接近 GND 也可能接近 Vcc，视芯片不同而有所不同。本系统用的 1602 是接近 GND。72.2.4 报警模块本设计通过 P2.0 口来控制红色发光二极管显示报警。前三节结束时红色发光二极管闪烁，按下开始键开始下一节比赛，同时发光二极管停止闪烁并熄灭。四节比赛结束后发光二极管由灭转为常亮。具体连接电路图如图 2-7 所示。3 3 0R 4D S 25 VP 2 .0图 2-7 报警 LED 电气连接图2.2.5 系统电源设计为 51 系列单片机系统提供的电源为稳定的 5V 直流电源。本例用一个 7805 芯片为系统提供稳定的 5V 直流电源。7805 稳压芯片能提供多种固定的输出电压，应用范围广。其内部含过热保护，短路保护，输出电流可达 1A。虽然该芯片是固定稳压电路，但使用不同的外接元件，可获得不同的电压输出。25时输出电压范围为 518V。本系统 7805 的输入电压为 9V 直流电压。9V 直流电压可用普通干电池提供，也可以用市面上很容易买到的普通变压器提供。7805 对输入电压要求不高，但输入电压一般应大于所需输出电压 2V 以上。在 7805 与 9V 电源之间用一个 IN4001 整流二极管来提高系统的安全性。IN4001 能提供正向最大电流 1A，最大反向峰值电压 50V，防止了电源反接或电源不稳定给系统带来的安全隐患。7805 的 5V 调控输出采用生产该芯片的公司提供的经典电路。在输出端5V 电压处接一个蓝色发光二极管来做为电源指示灯。具体电气连接如图 2-8 所示。C30