篮球比赛记分器设计_毕业设计说明书(论文).doc

信息职业技术学院 毕业设计说明书(论文) 设计(论文)题目: 基于单片机的篮球比赛 记分器的设计 专 业: 通 信 技 术 班 级: 通 技 06-2 学 号: 姓 名: 指导教师: 二 八年十二月三十日 信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书 学生姓名学号班级通技 06-2专业通信技术 设计（或论文）题 目 基于单片机的篮球比赛记分器的设计 指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式 备 注 助教技术学院 071 高级工程师四有限公司 1878 设计（论文）内容： 完成电路设计方案的选择；硬件电路的设计；软件程序的编写；仿真与调试。 该设计的整体电路大体来说由复位电路、时钟电路、按键电路和显示电路四部分组成， 在此分别对这四部分做了介绍。此外还对单片机 at89c51，仿真软件 isis 分别做了介绍。 进度安排： 2008.10.1310.29 查找资料，选择参考方案 第 6、7 周 2008.10.3011.23 查找资料，进行硬件电路的设计 第 8、9、10 周 2008.11.1711.30 程序的编写与调试 第 10、11 周 2008.11.2412.28 整理报告，确定初稿，检查定稿 第 11 至 16 周 2008.12.2109.1.3 毕业设计答辩 第 16、17 周 主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)： 1 李全利.单片机原理及应用技术.北京：高等教育出版社，2001 2 何立民.单片机高等教程.北京：航空航天大学出版社，2000 3 张毅刚.mcs51 单片机应用设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997 4 潘新民.微型计算机控制技术.北京：人民邮电出版社，1999 5 曹天汉.单片机原理与接口技术.北京：电子工业出版社,2003.8 6 李广弟,朱月秀,王秀山.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社,2001 审 批 意 见 教研室负责人： 年 月 日 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 目目 录录 摘 要 .1 第 1 章 绪论.2 第 2 章 方案设计 .3 2.1 系统功能要求.3 2.2 整体方案.3 第 3 章 硬件设计 .5 3.1 单片机系统电路设计.5 3.1.1 时钟电路.5 3.1.2 复位电路.6 3.2 数据显示单元设计.7 3.2.1 显示器原理简介.7 3.2.2 显示器电路图.7 3.3 按键电路.7 第 4 章 软件设计 .9 第 5 章 系统仿真测试 11 结 论12 致 谢13 参考文献14 附录 1 总电路原理图 .15 附录 2 程序清单 16 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 0 页 共 21 页 摘 要 篮球比赛记分器是为了解决篮球比赛记分的问题。本设计是采用单片机 at89c51 作为核心元件，利用 7 段共阴 led 作为显示器件，在此设计中共接入了 2 个 4 联 7 段共阴 led 显示器，其中 1 个用于显示红队的分数，1 个用于显示蓝队分 数，显示范围相当高,足够满足赛程需要。本文详细地介绍了系统硬件与软件的设计 过程，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，采用该装 置可根据实际情况进行比分修改，具有低功耗，可靠性，安全性以及低成本等特点。 关键词 at89c51；led；复位电路；时钟电路 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 1 页 共 21 页 第 1 章 绪论 篮球比赛记分器是为了解决篮球比赛记分的问题。此装置利用单片机 at89c51 完成了记分的功能。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显示，具有低功耗，可靠性，安全性以及低成本等特 点。 体育比赛记分系统是对体育比赛过程中所产生的比分进行快速采集记录，加工 处理，传递利用的信息系统。根据不同运动项目的不同比赛规则要求，体育比赛的 记分系统包括测量类，评分类，命中类，制胜类，得分类等多种类型。 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮 球比赛的记分系统是一种得分类型的系统。篮球比赛记分系统由记分器等多种电子 设备组成，同时，根据目前高水平篮球比赛要求，完善的篮球比赛记分系统设备应 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。篮球记分器就是以单片机为核心 的计分系统。 本系统是采用单片机 at89c51 作为核心元件。利用 7 段共阴 led 作为显示器 件。在此设计中共接入了 2 个 4 联 7 段共阴 led 显示器，其中 1 个用于记录红队的 分数，1 个用于记录蓝队的分数。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 2 页 共 21 页 第 2 章 方案设计 2.1 系统功能要求 两队的比分由五个键来控制，其中 key0 用以切换当前比分球队， key1,key2,key3,key4 分别用来加 1 分，加 2 分，加 3 分和减 1 分。当比赛开 始时先按下复位键使系统恢复初始状态，然后根据比赛情况开始对球队加分。 2.2 整体方案 为了完成上述功能要求，篮球比赛记分器系统整体结构如图 2-1 所示包括： at89c51、时钟及复位电路、按键电路、及 led 显示器。该电路的原理框图，如图 2-1 所示： at89c51 时 钟 电 路 按键电路 复位电路 led 显示 器 图 2-1 电路原理框图 （1）显示方案 方案一：静态显示就是当 cpu 将要显示的字或字段码送到输出口，显示器就可 以显示出所要显示的字符，如果 cpu 不去改写它，它将一直保持下去；静态显示硬 件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢，只适合显示位数较少的场合。 方案二：动态显示就是在显示时，单片机控制电路连续不断刷新输出显示数据 使各数码管一位一位地轮流点亮显示器地各个位。对于显示器的每一位而言，每隔 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 3 页 共 21 页 一段时间点亮一次；动态显示耗能较小，但编写程序较复杂。动态显示硬件连接简 单，信息刷新速度快，节省 i/o 接口。 由于本次设计要求对比分进行时实检测与控制，所以选择的是方案二。 （2）键盘方案 方案一：独立式键盘的各个按键之间是相互独立的每一个按键连接一根 i/o 口线。 独立式键盘电路简单，软件设计也比较方便，但由于每一个按键均需一根 i/o 口线， 当键盘按键数量较多时需的 i/o 口线较多，应此独立式键盘只适合于按键较少的应用 场合。 方案二：采用 44 行列式键盘,它表示有 4 根行线和 4 根列线,在每根行线和列 线的交叉点上有一个按键,组成了一个有 16 个按键的矩阵键盘。 在篮球比赛记分器设计中 key0 为选择开关键，key1，key2，key3 为加法 键，key4 为减法键。由于此次设计只需要用 5 个按键，所以选择的是方案一。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 4 页 共 21 页 第 3 章 硬件设计 3.1 单片机系统电路设计 单片机就是在一块硅片上集成了中央处理器（cpu）存储器和输入/输出接口 （并行 i/o 串行通信口）振荡电路，计数器等电路的一块集成电路，这样的一块集成 电路具有一台计算机的基本功能，因而被称为单片微型计算机，简称单片机(mcu） 。 单片机的种类很多。intel 公司首先于 1976 年 6 月推出了 mcs-48 系列单片机。 世界上一些著名的电子器件公司都开发有自己的单片机产品。由于单片机具有体积 小、功能强、成本低、功耗小等优点，所以在工业控制、智能仪表、通信技术、信 号处理及家用电器产品中广泛应用。现在的单片机从功能上已突破微型计算机的传 统功能，向着以单片机为核心，外接各种控制单元的专用单片机方向发展。 在单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的 xtal1 和 xtal2 引脚外接石英 晶体（简称晶振） ，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图 3-1 中电容器 c1和 c2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在 530pf，典型值为 30pf。晶振 cys 的振荡频率范围在 1.2 mhz12 mhz 间选择，典型值为 12 mhz 和 6mhz。 3.1.1 时钟电路 单片机时钟电路图如图 3-1 所示: 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 5 页 共 21 页 图 3-1 单片机时钟电路图 xtal1 和 xtal2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为 片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，xtal2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号 的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 3.1.2 复位电路 单片机的复位操作使单片机经入初始化状态。初始化后，程序计数器 pc=0000h，所以程序从 0000h 地址单元开始执行。单片机启动后，片内 ram 为随 机值，运行中的复位操作不改变片内 ram 的内容。 复位电路就是在 rst 端（9 脚）外接的电路，目的是使单片机上电开始工作时， 内部电路从初始状态开始工作，或者在工作中人为让单片机重新从初始状态开始工 作。在时钟工作的情况下，单片机的 rst 引脚引入高电平并保持 2 个机器周期以上 的时间，at89c51 便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器的内容 均被设置成已知状态。 实际应用中，复位操作有两种基本的形式：一种是上电复位，另一种是按键复 位。上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。上电复位电路如图 3-2 所示： 图 3-2 上电复位电路 图 3-3 按键复位电路 按键复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间,用按钮开关操作使单片 机复位。根据本设计的需要在比赛开始时按下按键 p 使系统恢复初使状态，实现对 上场比分清 0 操作开始对新一场的比赛进行记分。所以在此设计中选择的是按键复 位电路。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 6 页 共 21 页 3.2 数据显示单元设计 3.2.1 显示器原理简介 根据设计的特点，此显示选择的是动态 led 显示。所谓动态显示就是一位一位 地轮流点亮显示器地各个位（扫描）。对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点 亮一次。虽然在同一时刻只有一位显示器在工作（点亮），但由于人眼的视觉暂留 效应和发光二极管熄灭时的余晖，我们看到的却是多个字符“同时”显示。显示器 亮度既与点亮时的通道电流有关，也与点亮时间长短和间隔时间有关。调整电流和 时间参数，即可实现亮度较高稳定的显示。 3.2.2 显示器电路图 由于单片机端口驱动能力不足，所以在 p0 口上加上上拉电阻提高 p0 口驱动能 力增加数码管亮度。 8 位共阴显示器与 at89c51 的接口逻辑图如图 3-4 所示： 图 3-4 动态 led 显示接口 3.3 按键电路 键盘控制电路如图 3-5 所示。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 7 页 共 21 页 xtal2 18 xtal1 19 ale 30 ea 31 psen 29 rst 9 p0.0/ad0 39 p0.1/ad1 38 p0.2/ad2 37 p0.3/ad3 36 p0.4/ad4 35 p0.5/ad5 34 p0.6/ad6 33 p0.7/ad7 32 p2.7/a15 28 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.7/rd 17 p3.6/wr 16 p3.5/t1 15 u1 80c51 sw1 sw-spdt r1 10k key0 key1 key2 key3 key4 图 3-5 按键电路 key0 是选择给哪队加分，在我此次设计中 p3.7 口接选择开关 key0。当 key0 右边为开路左边接通时处于给红队加分的状态，左边开路右边接通时处于给蓝队加 分的状态；key1 为加 1 分：每按下一次给当前球队加 1 分；key2 为加 2 分：每按 下一次给当前球队加 2 分；key3 为加 3 分：每按下一次给当前球队加 3 分；key4 为减一分：当人为的不小心按错键加错分可以按此键减去加多的分数，使记分准确 无误。 key0 用于选择，应是蓝队加减分状态，还是红队加减分状态，key1 用于加 1 操作；key2 用于加 2 操作；key3 用于加 3 分操作；key4 用于减 1 分操作。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 8 页 共 21 页 第 4 章 软件设计 系统的操作过程和工作过程在程序的设计过程中起着很重要的指导作用，因此在 软件设计之前应首先分析篮球比赛记分器的工作流程。 当比赛开始时，先判断是哪个队投球进分，该对哪个队加分，然后判断该加多 少分，如果在记分过程中不小心加错分了，则按减 1 键减去多加的分。当比赛开始 时应首先按 res 键清除上场比分，使本场比分从 0 开始记分。如果蓝队有人进了 3 分球该加 3 分时首先按 key0 使其左边开路右边接通开始给蓝队加分，然后按下 key3 给蓝队加 3 分，当该加 2 分时按下 key2，当加 1 分时按下 key1。如果不小 心按错键加错分者按下 key4 减去多加的分，如果多加了 1 分者按 1 下减 1 分多加 了 2 分者按两下减 2 分。同理，当给红队加分时首先按 key0 使其左边接通右边断 开，使其处于给红队加分的状态，然后根据比赛情况对其进行加分。 根据上面对工作流程的分析，系统软件可以分为以下几个工能模块： （1）键盘管理：检测键盘输入，启动系统工作。 （2）显示：显示当前比分。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 9 页 共 21 页 主程序流程如图 4-1 所示： 开始 初始化 显示比分 等待按键 调整当前球队 加 1 分? 加 2 分? 加 3 分? 减 1 分? 改变当前球队 给当前球队加 1 分 给当前球队加 2 分 给当前球队加 3 分 给当前球队减 1 分 y y y y y n n n n 调用显示 显视当前比分 显示当前比分 图 4-1 主程序流程图 显示当前比分 显示当前比分 n 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 10 页 共 21 页 第 5 章 系统仿真测试 此设计的电路在 isis 软件中进行仿真，仿真总电路如图 5-1 所示： 图 5-1 仿真电路图 把编写好的程序放入仿真软件中，结合硬件电路进行调试与运行。在调试的过 程中由于按键都具有机械抖动，所以对按键的消抖具有很重要的作用，一般消除抖 动的方法有硬件消抖和软件消抖。在本设计中采用的是软件消抖，通过设定延时时 间消除抖动，所以延时时间的选择不正确可能导致系统的不稳定，也就是在加分的 过程中很可能因此而出错，所以在软件编程中对延时时间的选择非常重要。 举例说明,描述下使用过程:例如显示当前状态为红队:蓝队=61:40。当蓝队选手 投了三分球的时候按下 key3 给蓝队加 3 分，此时比分为 61:43，当红队选手又投了 两分球该加 2 分时，先按下开关 key0 使处于给红队加分的状态，再按下键 key2 给红队加 2 分。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 11 页 共 21 页 结 论 毕业设计是我们从大学毕业生走向以后工作岗位重要的一步。从最初的选题， 开题到绘图直到完成设计。期间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复思考， 每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。 通过这次实践，我了解了单片机 at89c51 的用途及工作原理，熟悉了篮球比赛 记分器的设计步骤，锻炼了我的动手能力，培养了自己独立设计能力。此次毕业设 计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前 的一次热身。 在我的毕业设计中，主要是以 at89c51 单片机为核心对比赛分数的检测与显示 进行了简单的设计与阐述。在设计开始时对硬件电路的选择非常重要，首先查找了 大量资料确定了此设计应该用动态显示方案。对软件编程也是个很重要的过程,在设 计过程中对延时时间的选择非常重要，如果延时时间选择不当系统可能不稳定。 本次毕业设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析问题，但是 毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能 力，对材料的不了解，等等。这次实践是对自己大学三年所学的一次大检阅，使我 明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更 应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 12 页 共 21 页 致 谢 在大学的学习过程中，毕业设计是一个重要的环节，是我们步入社会的一次极 好的演示，我十分有幸能提早把毕业设计和以后的实际工作结合起来。 此次能够顺利的完成我的毕业设计离不开老师和同学的帮助。经过两个多月的 的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮 乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导导师的督促指导，以及同学的帮 助，想要完成这个设计是难以想象的。 尤其是我的指导老师她给予了我很多帮助,由于这是我初次开始此方面的设计有 很多方面都不懂，她总是不厌其烦的耐心的给我讲解，指导，还利用放假时间给我 讲解。从课题的选择到设计的最终完成，曾老师都始终给予我细心的指导和不懈的 支持。 还有就是我的各位任课老师的帮助，你们平时的教导为我这次设计垫定了基础。 还要感谢图书馆及图书馆热情的管理员为我提供丰富的参考资料。感谢我的同学他 们给了我很多宝贵的意见和参考，使我获益很多，最后感谢所有关心、帮助过我的 朋友和同学。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 13 页 共 21 页 参考文献 1 李全利.单片机原理及应用技术.北京：北京高等教育出版社，2001 2 何立民.单片机高等教程.北京：北京航空航天大学出版社，2000 3 张毅刚.mcs51 单片机应用设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997 4 潘新民.微型计算机控制技术.北京：北京人民邮电出版社，1999 5 曹天汉.单片机原理与接口技术.北京：北京电子工业出版社，2003 6 李广弟,朱月秀,王秀山.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，2001 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 14 页 共 21 页 附录 1 总电路原理图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 15 页 共 21 页 附录 2 程序清单 #include“reg51.h“ #define uchar unsigned char uchardisplay_code=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40; /uchar a11=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10; ucharrbw,rsw,rgw,bbw,bsw,bgw; ucharsummand_red,summand_blue; ucharflag; sfr p0=0x80; sfr p2=0xa0; sfr p3=0xb0; sbit key0=p37; sbit key1=p30; sbit key2=p31; sbit key3=p32; sbit key4=p33; void delay10ms(void) unsigned char i,k; for (i=20;i0;i-) for(k=76;k0;k-); void delay() uchari; for(i=0;i9;i+) delay10ms(); 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 16 页 共 21 页 /*void delay1() uchari; for(i=0;i50;i+) delay10ms();*/ void display() delay10ms(); /p2=0xfe;p0=display_code10;delay10ms(); p2=0xfd;p0=display_coderbw; delay10ms(); p2=0xfb;p0=display_codersw; delay10ms(); p2=0xf7;p0=display_codergw; delay10ms(); /p2=0xef;p0=display_code10; delay10ms(); p2=0xdf;p0=display_codebbw; delay10ms(); p2=0xbf;p0=display_codebsw; delay10ms(); p2=0x7f;p0=display_codebgw; delay10ms(); delay10ms(); void keyscan() if (key1=0) delay(); if (key1=0) if(flag=0) summand_red=summand_red+1; rbw=summand_red/100; rsw=(summand_red%100)/10; rgw=(summand_red%100)%10; /bbw=summand_blue/100; /bsw=(summand_blue%100)/10; 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 17 页 共 21 页 /bgw=(summand_blue%100)%10; display(); if(flag=1) summand_blue=summand_blue+1; /rbw=summand_red/100; /rsw=(summand_red%100)/10; /rgw=(summand_red%100)%10; bbw=summand_blue/100; bsw=(summand_blue%100)/10; bgw=(summand_blue%100)%10; display(); if (key2=0) delay(); if (key2=0) if(flag=0) summand_red=summand_red+2; rbw=summand_red/100; rsw=(summand_red%100)/10; rgw=(summand_red%100)%10; /bbw=summand_blue/100; /bsw=(summand_blue%100)/10; /bgw=(summand_blue%100)%10; display(); if(flag=1) summand_blue=summand_blue+2; /rbw=summand_red/100; /rsw=(summand_red%100)/10; /rgw=(summand_red%100)%10; bbw=summand_blue/100; 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 18 页 共 21 页 bsw=(summand_blue%100)/10; bgw=(summand_blue%100)%10; display(); if (key3=0) delay(); if (key3=0) if(flag=0) summand_red=summand_red+3; rbw=summand_red/100; rsw=(summand_red%100)/10; rgw=(summand_red%100)%10; /bbw=summand_blue/100; /bsw=(summand_blue%100)/10; /bgw=(summand_blue%100)%10; display(); if(flag=1) summand_blue=summand_blue+3;