篮球比赛积分器设计毕业论文.doc

基于单片机的篮球比赛计分器设计总计 毕业设计 （论文） 47页表 格 7表插 图 40幅基于单片机的篮球比赛计分器设计摘 要 随着电子产品的逐渐发展，单片机在电子产品中占据着越来越重要的部位，篮球计时计分器就是以单片机为核心，分为计时电路，计分电路，时间暂停以及修改时间的，倒计时提醒电路，复位电路等。在篮球比赛中作为记录比分和时间的重要依据1。计时电路：根据篮球比赛的时间要求，设置好比赛的规定时间，通过编程，在显示器上显示出来，进而连接在大屏幕上，可供观众观看。计分电路：在比赛开始后，每对进一个球，都会要有相应的得分，通过程序的设定也要把比分显示在显示器上，以便能够实时的传递给观众。时间暂停和修改时间电路：在比赛过程中，可能会发生一些事情，需要更改时间或暂停时间，在这里我们选择应用按键的方式来改变比赛的时间。复位电路：是单片机本身的外接电路，当程序进入死循环是或想要实现的功能没实现时，我们可以尝试着进行复位，看电路是否可以正常工作。倒计时提醒电路：在比赛的最后，为了让运动员有心理准备，我们设置了倒计时提醒功能，在最后十秒时用蜂鸣器发声来提醒运动员，比赛即将结束。本次实验通过以51单片机为核心，lcd显示屏进行显示，通过proteus软件进行仿真，得到了预期的结果。关键词：单片机；显示器；按键；proteusabstractwith the gradual development of electronic products, electronic products, scm occupy an increasingly important part of basketball time points is microcontroller as the core, into the timing circuit, scoring circuit, time pause and modify time countdown alert circuit, reset circuit.timing circuit: according to the time requirements basketball game, good game settings specified time, through programming, show up on the display, and then connected to the big screen for the audience to watch. scoring circuit: after the start of the game, for each goal scored will have the appropriate score, by setting the score of the program is displayed on the display should to be able to transfer to the audience in real time. time to pause and modification time circuit: during the game, something might happen, you need to change the time or pause time, where we choose to apply the key ways to change the game time. reset circuit: the external circuit microcontroller itself when the program enters an infinite loop or function you want to achieve is not achieved; we can try to reset, to see whether the circuit is working properly. countdown to remind circuit: in the last game, in order to allow the athletes have been psychologically, we set the countdown reminder, in the final ten seconds with a small light flashes to remind players, the game is about to end.the experiments with 51 microcontroller core, lcd screen display, through the proteus simulation software, to get the desired results. keywords: microcontroller; monitor; button; proteus目录摘 要iabstractii1.1 目的及意义11.1.1设计（论文）的目的11.1.2设计（论文）的意义11.2 研究现状21.3 论文的主要工作31.4 章节安排3第2章 设计方案42.1 设计要求42.2 设计思路42.3 系统的硬件框图4第3章 器件介绍63.1 at89c51单片机63.1.1 简介63.1.2主要功能73.1.3管脚说明83.2 lcd1602显示器103.2.1 ds1602的特性103.2.2管脚功能113.3 晶振133.4 蜂鸣器133.4.1 蜂鸣器的分类133.4.2 蜂鸣器的驱动方式153.5 排阻163.6 按键173.7 三极管183.7.1 三极管的分类193.7.2 三极管的工作状态193.8 电容20第4章 软件设计224.1 proteus软件224.2 keil软件234.2.1 keil c51单片机软件开发的整体结构244.3 proteus仿真实验结果254.3.1 时间显示264.3.2 分数显示284.3.3 倒计时功能294.3.4 24秒报警电路304.3.5 第二小节比赛314.3.6 交换电路334.3.7 按键电路334.3.8 复位电路344.3.8 晶振电路36第5章 硬件设计375.1 protel dxp 软件375.2 protel 原理图385.2.1 原理图绘制的步骤385.3 pcb版图395.4制板405.5 焊接、调试415.6实物图41结论45致谢46参考文献47iii第1章 绪论1.1目的及意义1.1.1设计（论文）的目的 随着科学技术的发展，单片机在我们生活中越来越被广泛的使用，由于单片机的集成度高，功能强，通用性好，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优点使单片机迅速得到广泛的应用，现在已经成为各种电子产品中的关键部分。世界上的各大电气厂家，电子产业，都把把单片机应用于产品更新，实现产品数字化，智能化的核心器件。篮球计分器就是以单片机为核心的计时计分系统，由计时器，计分器，综合控制器等组成1。本次实验使用at89c51编程来控制lcd显示器作为显示的球赛计时计分系统。它具有赛程定时设置，赛程时间暂停，以及及时刷新甲、乙两队的成绩和上半场结束后成绩保留等功能。它价格低廉，性能稳定，而且操作方便易于携带。适合学校或小型的团体比赛作为赛程计时计分。通过这次的实验，可以了解、熟悉并掌握有关单片机开发方面的知识，并且进一步加深对单片机的应用以及掌握单片机和外围接口的一些方法和技巧，这主要体现在以下的方面：(1) 篮球比赛计时计分系统含盖了8051系列单片机的最小应用系统，同时也在此基础上扩展了一些外围接口。(2) 可以了解到lcd显示器的结构、工作原理和接口实例和具体连接以及编程方法。(3) 怎样利用串行口来扩展显示接口等。 (4) 蜂鸣器的工作原理及使用方法。471.1.2设计（论文）的意义 单片机现在已经成为在工业控制领域中不可或缺的智能化控制工具，通过此次设计的篮球比赛计分器，我们可以更加清楚的了解单片机程序设计的基本指令功能、编程步骤，它的每一部分会实现什么功能，认识到它的优缺点，以便于我们日后应用它可以更加熟练，提高对单片机系统软件设计的能力。 篮球比赛是根据运动员在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统。它是由计时器，计分器等多种电子设备组成，本次设计的篮球计时计分系统以篮球计分器就是以单片机为核心的计时计分系统，由计时器，计分器，综合控制器等组成。利用它内部的计数器t0完成比赛的计时，通过lcd显示器来显示比分和时间。报警部分采用蜂鸣器为音响器件。本系统具有赛事时间设置、赛事时间启/停设置、赛事得分，报警等功能。造价低廉、操作简单、携带方便，适用于小型的赛程计时计分工具。篮球计分器的设计，它替代了人为的用秒表来计时，和计分板来计分，为竞赛提供了很好的计分系统，解决了以前的计分记时不精确，加快了比赛的节奏，使比赛更加具职业性、规则性和观赏性。1.2 研究现状 篮球以投篮为核心的对抗性体育运动，1892年1月，美国的詹姆士奈斯密斯创建了篮球这一体育项目。因为篮球的出现，篮球计时计分器也随之发展。起先，它并没有十分正规的计时计分器，只是用简单的时钟来记录比赛时间。直到1932年，国际篮联的诞生，它以美国大学使用的篮球规则作为基础，规定了第一份统一的世界使用的竞赛规则，与此同时篮球计时计分器也跟着步入了电子时代，逐渐开始出现了比赛的计时钟和运用简单的电路组成的计分电路。20世纪70年代，单片机以具有极高的性价比得到了人们的关注和重视，广泛的应用，发展及快。篮球计数器也逐渐以单片机为核心来设计电路，使其功能更加强大，现在的篮球比赛计分器已经能够与现场成绩处理，现场的大屏幕，电视转播等多种设备相联，实现高比赛现场感，能够实时的传达给观众2。1.3 论文的主要工作本次设计是以51系列单片机为核心，使用lcd显示屏来显示比赛时间和两队的比赛分数，此系除了统具有正常的比赛计时，和倒计时报警功能外，还可以随时暂停比赛时间。根据要求，绘制原理图，编写程序，并进行程序仿真，画出pcb版图，并制作实物。篮球比赛计分器包含了单片机的最小应用系统，在此基础上增加了一些实用性强的外围接口，需要掌握lcd显示器的结构、工作原理以及显示器的接口通信，学习利用串行口来扩展显示接口等。在实验过程中需要解决的主要问题：（1）lcd显示器的接口与单片机的连接以及编程方法。 （2）串行口来扩展显示接口等。 （3）按键的处理和设定。 （4）蜂鸣器电路的使用。1.4 章节安排本次试验一共分为五章。第一章：研究此次实验的目的及意义，研究的现状以及论文的主要工作。第二章：对此次实验进行设计，写设计方案，画硬件系统框图。第三章：对本次实验所需要的器件进行介绍。第四章：进行实验的软件设计，编写程序，进行proteus仿真。第五章：进行硬件设计，绘制pcb版图，焊板，调试。第2章 设计方案2.1 设计要求 基于51单片机的篮球计时计分器，不仅在时间上具有修改时间以及暂停时间的功能，而且还具有10秒倒计时功能，蜂鸣器发声，在计时停止时，蜂鸣器停止发声，显示器上显示第二节比赛。在比分上，可以对两队的比分进行分数的加减，能够修改两队的比分，在第二小节开始时计时器重新开始计时。2.2 设计思路 篮球计时计数器的核心是51单片机，本次设计采用的是at89c51单片机 ，它具有四个输入/输出接口，其中p0和p3端口作为按键程序的设定端口，p3.3按键用来启动比赛时间，p3.4用来暂停比赛时间，p3.1和p3.2用来修改比赛的时间，p1.3按键用来计算客队的分数，当客队得分时进行累加，p1.6按键用来计算主队的分数，当主队得分时进行累加，p1.4按键用来更改客队的分数，p1.7按键用来更改主队的分数，p1.2用来接蜂鸣器做倒计时功能，p0端口作为lcd显示器的接口。2.3 系统的硬件框图图2-1为系统的整体框图。图2-1 系统的硬件框图图中以at89c51单片机为核心，包括计时电路、显示电路、按键电路、报警等电路模块，实现计时功能、显示功能以及报警功能等。其中显示电路采用lcd液晶显示器来显示，显示分数范围可达到0999；报警电路采用蜂鸣器发声来进行提醒；晶振电路采用12mhz的石英晶体来组成时钟震荡电路；按键电路采用四角按键来进行客、主两队的时间和分数的设置、启动和暂停等。第3章 器件介绍3.1 at89c51单片机3.1.1 简介at89c51是一个cmos 8位具有高性能、低电压的单片机，片内含随机存取数据存储器和flash只读存储器。flash只读存储器是可以反复擦写的。它是使用 atmel公司的非易失性和高密度存储的开发方式生产的，并且兼容mcs-51的指令，具有的微型计算机内部的强大功能，是一款性价比很高的单片机3。at89c51微处理器，使用工业生产标准的c51内核，在引脚排布及其内部功能上与8xc52的这一系列相同，它的功能包括初始化数据ram、ic 内部存储器及外部接口部件等，与主板cpu通信，进行红外遥控信号的解码与接收。主要引脚脚有：vcc和vss分别接正负端的5v电源，rst为复位端，外接电容和电阻构成复位电路，p0p3是编程常用的输入输出口，xtal1和xtal2为晶体振荡器i/o端口，外接6mhz或12mhz 晶体震荡频率4，引脚图如图3-1所示。图3-1单片机引脚图外部引脚状态表如图3-1所示。表3-1外部引脚状态图模式空闲模式空闲模式掉电模式掉电模式程序存储器内部外部内部外部ale1100/prog1100p0数据浮空数据浮空p1数据数据数据数据p2数据数据数据数据p3浮空浮空数据数据3.1.2主要功能at89c51的主要功能如下所示：（1）8k的 flash rom可反复擦写；（2）具有mcs51系统指令的功能；（3）32个双向输入/输出口；（4）具有3个可编程计时/定数器中断的功能；（5）时钟震荡频率为0-24mhz；（6）8个中断源，其中2个为外部中断源；（7）2个串行的中断；（8）低功耗掉电和空闲模式；（9）3个加密端口，2个读写中断口位；（10）有tqfp、pdip、plcc、pqfp及封装形式，用来供用不同产品的需求；（11）具有一个看门狗定时器；（12）含有26个特殊功能寄存器。3.1.3管脚说明gnd：接地。vcc：电压端口。p0口：它是一组8 位的双向i/o 口， 也可作数据/地址总线复用口。当作为输出口使用时，每位能吸收8 个ttl电路的电流方式驱动，当端口p0 写作“1”时，可作为输入高阻抗端使用。在访问程序存储器或数据存储器时，这组口用作数据总线和分时转换地址线复用。在程序校验时，p0端口输出指令，校验时，要在电路外接上上拉电阻。在flash 编程时，接收指令。p1口：p1 内部本身含有上拉电阻的8 位双向输入/输出口，因为内部含有上拉电阻，所以当某个端口被外部信号制成低电平时会输出一个电流。 同时p1.1 和p1.0 还可以分别用作计数/定时2 的外部计数输入，如表3-2所示。flash 程序校验和编程期间，p1 端可以接收低8 位的地址。表3-2 p1.0和p1.1第二功能表引脚号功能特性p1.0时钟输出，t2p1.1t2ex 计数/定时器2p2口：p2口是一个内部含有上拉电阻的双向i/o口，当p2口被写“1”时，内部上拉电阻被拉高，并且用作输入。作为输入时，p2口的引脚将被外部拉低，输出电流。这是因为内部进行上拉的缘故。p2口当用作外部数据存储器或外部程序存储器的16位地址进行存取时，地址的高八位输出。在给出地址“1”时，它使用内部上拉，所以当对外部八位地址进行数据存储的读写时，p2口可以输出特殊功能寄存器里的内容。p3口：引脚和p2口一样，可接收输出的4个ttl的门电流。当p3口写进“1”后，内部上拉为高电平，并用来作为输入端。作为输入时，因为外部的下拉为低电平，所以p3口将输出电流。p3口也可以作为at89c51的一些特别的功能端口使用5，如表3-3所示。表3-3 p3口的特别功能表口管脚备选功能p3.0（串行输入（i）口）rxdp3.1（串行输出(o)口）txdp3.2（外部中断0）/int0p3.3（外部中断1）/int1p3.4（计时器0外部输入）t0p3.5（计时器1外部输入）t1p3.6（外部数据存储器写选端）/wrp3.7（外部数据存储器读选端）/rd此外，p3口同时也可为校验编程和闪烁校验接收一些信号。rst：复位端。当振荡器接复位器件时，要保持rst引脚两个时钟周期为高电平。ale/prog：在flash编程时，此管脚用作输入的编程脉冲。在访问外部的存储器时，地址的锁存允许输出电平用作地址锁存的地位字节。通常，ale端口是以不变的周期频率输出高电平脉冲信号，此频率是晶体振荡器频率的1/6，所以它可用于定时或外部输出的脉冲，但要注意的是：每当作为外部数据存储器使用时，将会跳过一个ale的脉冲。要是想要禁止ale的输出则可在sfr8eh地址上置低电平。此时，ale就只有在执行movc，movx指令的时候，才会起到作用。/psen：低电平有效，是外部程序存储器所用的选通信号。在外部程序存储器取指时，每个时钟周期两次/psen有效。但在访问片外存储器时，这两次有效的信号将不会出现4。/ea/vpp：当/ea为“0”时，片内的存储器不起作用，只会读取外部存储器的内容。xtal1：反向放大器的内部震荡输入端及内部时钟电路工作的输入端。xtal2：反向振荡放大器的输出端。振荡器特性: xtal1和xtal2为反向放大器的输入端和输出端。当它配置片内的振荡器。可采用石英晶体振荡或者是陶瓷振荡。如果采用外部的中断来工作时，xtal2则应空闲。它对外部时钟信号脉冲宽度没有任何的要求，但是必须要保证脉冲的高低电平所要求的宽度6。具体使用方法如图3-2、图3-3所示。 图3-2 内部时钟方式电路 图3-3外部时钟方式电路3.2 lcd1602显示器lcd1602是工业型字符液晶，其中16是指16列，02是指两行。因此它可以在屏幕上显示两行，每行可显示16个字符。1602液晶也可以叫1602字符型液晶，它是一种用来专门显示字母、符号、数字等的点阵型的液晶模块。它是由多个个5x11或5x7等点阵字符位组成的，其中每个点阵字符位都会显示一个字符，每位和每位之间有一段间隔，相当于一个点距，而且每行之间也都有间隔，它起到了行间距和字符间距的作用，所以它才不能很好地显示图形7。3.2.1 ds1602的特性（1）3.3v或5v的工作电压，对比度可调；（2）内部含复位电路；（3）可以提供各种控制命令,如：清屏、光标闪烁、字符闪烁、显示移位等多种功能；（4）有80字节数据存储器ddram；（5）内部有192个5x7点阵的字符发生器cgrom；（6）8个可以由用户自己定义的5x7的字符发生器cgram。3.2.2管脚功能1602采用标准的16引脚接口，其中：第1脚：vss为接地电源。第2脚：vcc接正5v电源。第3脚：v0是液晶显示器对比度调整端，接正电源时其对比度最弱，接地电源其对比度最高，可以通过电位器来调节对比度，已达到观众想要的观看效果。第4脚：rs为寄存器选择，选择指令寄存器为低电平、选择数据寄存器时为高电平。第5脚：rw读写信号线，进行读操作为高电平，写操作为低电平。第6脚：en端为使能端,读取信息置高电平，执行指令在负跳变时。第714脚：d0d7脚是8位的双向数据端口。第1516脚：空脚或接背灯电源。15脚背光电源的正极，16脚背光源的负极8。各个引脚排布如图3-2所示。图3-2 引脚排布图1602液晶模块有160个不同的点阵字符图形存储在内部字符发生存储器中，这些字符包括英文字母的大小写、阿拉伯数字、常用的符号、以及日文假名等，每一个代码都对应着相应的字符，例如英文字母“a”的代码是01000001b也就是41h，显示时模块就会把地址41h中字符图形表现出来，我们就能在液晶屏上看到字母“a”。在单片机编程时，我们还可以使用字符型的常量或这变量来赋值，例如a。我们写程序时甚至可以直接用p1=a这样的方法就可以，计算机会在编译时把a转换为41h代码。 字符代码0x000x0f是用户自定义的字符图形，0x200x7f为标准的ascii码，0xa00xff是日文字符和希腊文字符，其余的没有定义。以下是1602的16进制ascii码值地址，读取方法先读上面那行，在读左面那列，例如：感叹号！的ascii为0x21，字母b的ascii为0x42（前面加0x表示十六进制）9，如表3-4所示。表3-4 ascii码值地址d6d5d4d3d2d1d00000010100111001011101110000nuldlesp0p、p0001sohdc1!1aqaq0010stxdc2“2brbr0011etxdc3#3cscs0100eotdc4$4dtdt0101enqnak%5eueu0110acksyn&6fvfv0111beletb7gwgw1000bscan(8hxhx1001htem)9iyiy1010lfsub*:jzgz1011vtesc+;kk1100fffsnn1111sius/?o-odel3.3 晶振晶振是指从石英晶体上切下的薄片，简称为石英晶体或者晶振，而在封装的内部添加了由ic组成的振荡电路的晶体器件被称为晶体振荡器。其产品一般是用金属外壳来封装，有的也用玻璃壳或塑料封装，市场上常见的是用金属外壳来封装的。晶振通常用作晶体振荡器存在单片机应用电路中。也可与其他原器件一起产生标准的脉冲信号，常应用在数字电路中。在微处理器中也用石英晶体来做谐振器。我们通常使用的时钟内部也含有晶体。3.4 蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，在许多电子产品中都有用到，像计算机、报警器、玩具车、定时器等电子产品中作发声器件。基本信息如表3-5所示。表3-5 蜂鸣器的基本信息中文名称蜂鸣器产品性质一种一体化结构的讯响器产品用处用于计算机、定时器、打印机产品分类无源蜂鸣器和有源蜂鸣器结构原理电磁线圈和磁铁周期性地振动发声驱动电路使用三极管来放大电流3.4.1 蜂鸣器的分类按组成分类分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器，压电式蜂鸣器主要由多压电蜂鸣片、谐振荡器、阻抗匹配器和外壳等组成。其中多谐振荡器是由由晶体管或者集成电路组成。有的压电式蜂鸣器在外壳上还会装有发光二极管，工作原理是当蜂鸣器接通电源后,多谐振荡器就会进行起振,输出相对应的音频信号，蜂鸣片就会因为阻抗匹配器就会推动而发声。其中蜂鸣片由铌镁酸铅或锆钛酸铅压的电陶瓷材料制成，它会镀上银电极在陶瓷片的两面，经老化和极化处理后，再与不锈钢片或者铜片粘在一起。电磁式蜂鸣器由磁铁、振动线圈、电磁线圈和振动膜片以及外壳等组成。在接通电源后，振荡器发出的音频信号流过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。在电磁线圈和磁铁的相互作用下，振动膜片周期性地振动发声。按有源和无源分类：有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，常用的小型蜂鸣器因体积小、价格低、重量轻、结构牢靠等而被广泛地应用在各种发声的电电路中。有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的外观如图3-3所示。 (a) 有源 （b）无源图3-3 蜂鸣器图其中a为有源，b为无源，从图3-3（a）、（b）看，两种蜂鸣器的形状差不多，但是两者在高度是有区别的，有源蜂鸣器的高度约为9mm，无源蜂鸣器的高度约为8mm。当两种蜂鸣器的引脚都朝上放时，可以看到无源蜂鸣器上有绿色电路板，而有源蜂鸣器是用黑胶封闭的。判断是有源的还是无源蜂的，也可以用万用表电阻档测试:用红表笔在另一引脚上来回碰触，黑表笔接蜂鸣器 -引脚，如果发出咔、咔声的且电阻只有16的是无源的;如果能发出持续声音，且电阻在几百欧以上的，是有源的。有源蜂鸣器直接接上额定电源就可以连续发声，而无源蜂鸣器和电磁扬声器一样，需要接在音频输出的电路中才能发声。有源蜂鸣器与无源蜂鸣器这里的“源”不是指电源，而是指震荡源。有源蜂鸣器内部带有震荡源，所以只要一通电就会发出叫声，而无源内部不带震荡源，所以若用直流信号无法令其发出响声，则必须用2k-5k的方波去驱动它，因为有源蜂鸣器里面多个震荡电路，所以有源蜂鸣器往往比无源的贵。无源蜂鸣器和有源蜂鸣器的优缺点如表3-6所示。表3-6 蜂鸣器的优缺点类别优点缺点无源蜂鸣器便宜，可以发出音节，在一些电路中，可以和led复用一个控制口程序编程较复杂有源蜂鸣器程序控制方便价格较贵3.4.2 蜂鸣器的驱动方式蜂鸣器是直流电压驱动的，不需要利用交流信号进行驱动，只需对驱动口输出驱动电平并通过三极管放大驱动电流就能使蜂鸣器发出声音。激蜂鸣器被单片机驱动的方式有两种：一种是应用i/o 定时跳变的电平产生的波形对蜂鸣器进行驱动，另一种是运用pwm 输出口直接驱动。因为pwm 输出口本身可以输出一定的方波，所以pwm 输出口可以直接驱动蜂鸣器。pwm 口的输出是在单片机中几个系统寄存器里来设置的，它可以规定占空比、周期等，在设置这些寄存器后，就会产生符合蜂鸣器要求的频率波形，这时只要打开pwm 输出，它就可以输出该频率的方波，那么就可以使用这个波形来驱动蜂鸣器了。例如频率为2000hz 的蜂鸣器，就可以知道它的周期为500s，那么只需要把pwm 的周期设为500s，占空比设置为250s，这样就会产生频率为2000hz 的方波，使用三极管和这个方波就可以去驱动这个蜂鸣器了。使用i/o 定时跳变电平来产生波形进行驱动的方式会比较麻烦，需要使用定时器来定时，蜂鸣器要求的频率波形就是通过定时的跳变电平来得到的，这时通过这个波形就可以驱动蜂鸣器了。例如2500hz 的蜂鸣器，可以知道其周期是400s，这样只需要在蜂鸣器的i/o口每200s 跳变一次电平就可以产生一个频率2500hz的方波，再运用三极管放大就可以这个蜂鸣器工作了。蜂鸣器的工作电流一般较大，单片机的i/o口是无法直接使蜂鸣器工作的，所以要加放大电路，将电流进行放大，放大电流一般使用三极管就可以了。所以蜂鸣器电路一般由三极管、蜂鸣器、电阻和电源滤波电容组成10，电路如图3-4所示。图3-4 蜂鸣器的放大电路图3.5 排阻排阻，按其字面意思就是一排电阻，由若干个参数完全相同的电阻组成，它们的每一个引脚都连接到一起，用作公共引脚，其余的引脚正常引出。如果一个排阻有n个引脚，那么它就有n-1个电阻构成，一般情况下，最左边的那个引脚就是公共引脚。它在排阻上会用一个色点标出来。它的作用是稳压、上拉、限流，让内部电路稳定的工作，来达到提升内存的稳定性的作用，同时也可以增加内存的使用时间。它和普通电阻的功能一样一样，与普通电阻相比它简化了pcb板子的使用空间，便于焊接，更有利于排版布线；本次试验选择的是10k的排阻，型号是a103j，其仿真图如图3-5所示。图3-5排阻仿真图排阻读取数值的的方法：在三个数字中，从左到右的第一、第二位是有效数字，第三位则是表示前两位数字乘以10的n次幂(单位为)。若阻值中有小数点，则可用“r”表示，并且占一位有效数字。如：标示为“103”的阻值是10103=10k；标为“222”的阻值为22102=2.2k；标为“105”的阻值为10105=1m。值得注意的是，需要将这种标示法与一般数字的表示方法区分开来，如标示220的电阻器阻为22100=22，但只有标志为221的电阻器阻值才为220。标示为“0”的排阻阻值为0，这种排阻实际上是短路的。一些精密的排阻会采用一字母加四位数字的标示方法。前三位的数字分别表示电阻值的百位、十位和个位数字，第四位数字则表示前面三个数字乘以10的n次幂，单位为；数字后面的英文字母代表的是误差(g=2%、f=1%、d=0.25%、b=o.1%、a或w=0.05%、q=0.02%、t=0.01%、v=0.005%)。比如标示为“2341”的排阻的电阻为23410=2340。3.6 按键按键是单片机系统应用中使用最广泛的一种数据的输入器件，它是一种常开型的按钮，在常态下它的两个接点处于断开状态，按下键时它们才会闭合（短路）。按键在市场上通常有四脚按键和两脚按键，此次实验用的是四脚按键，如图3-6所示。 图3-6按键实物图通常，按键分为编码和非编码，此次设计用的是非编码按键。无论是软件设计还是是硬件结构都比较简单。3.7 三极管三极管，全称叫做半导体三极管，也可称双极型晶体管或晶体三极管，它是一种半导体器件，由电流控制，其功能是把微弱信号进行放大，也可用作无触点开关，是电子电路的核心器件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的pn结，运用两个pn结把整块半导体分成三部分，中间部分是基极，两侧部分是发射极和集电极，排列方式有npn和pnp两种，二者的工作原理相同，只是电源极性不同。如图3-7、3-8所示。 (a) (b)图3-7 npn三极管 (c) (d)图3-8 pnp三极管3.7.1 三极管的分类表3-7为三极管的分类表。表3-7三极管的分类表序号分类方式三极管的名称1材质硅管锗管2结构npnpnp3功能开关管、功率管达林顿管、光敏管4功率小功率管、中功率管大功率管5工作频率低频管、高频管超频管6结构工艺合金管平面管7安装方式插件三极管贴片三极管3.7.2 三极管的工作状态三极管工作时分为三种状态，即饱和状态、截止状态和放大状态。截止状态：当三极管发射结的电压小于pn结的导通电压时，基极电流为零，同时集电极电流和发射极电流也都为零，三极管这时不起到电流的放大，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们就称三极管处于截止状态。饱和状态：当pn结的导通电压小于三极管发射极的电压，并且当基极的电流增大到一定值时，集电极的电流处于某一定值，几乎不会发生改变，此时的三极管就不具备电流放大的功能，这时集电极和发射极的电压很小，相当于开关导通。我们把这种状态叫做饱和状态。放大状态：pn结的导通电压小于三极管发射极的电压，并在某一值不变时，那么这时就是三极管的集电极反偏，发射极正偏，此时具有放的大作用，其放大倍数=ic/ib。由以上可以总结出三极管的工作状态，可以通过时各个电极的电位高低来判断11。三极管的工作状态图如图3-9所示。图3-9三极管工作状态3.8 电容电容也可以叫做电容器，它是一种可以存储电荷的元器件，是常用的电子元器件之一。通常情况下电容是由绝缘电介质和两端的电极板组成的。上电后，两端极板带电，这样会形成一个电势差，但是由于中间有绝缘物质，所以整个的电容是不导通的。因此电容间通过的电流是通过电场形式存在的。它具有旁路、储能、滤波和去耦等功能，因此常被用作电路中。去耦：又可叫做解耦。从电路来说，电容为负载电容且比较大时，电源电路为了完成信号的跳变，那么就要把电容进行充电、放电，在充放电过程中，为了使驱动电路的电流可以吸收很多的电源电流，那么就要在上升沿相对来说比较陡峭的时候，因为这个时候电流较大。由于电路中存在电感，电阻，所以形成的电流通常含有噪声，会影响电路的正常工作，产生干扰，这就叫做“耦合”。去耦的工作原理就是相当于电容起到了一个“电池”的作用，它可以使驱动电路的电流发生改变，避免彼此产生干扰，在电路中进一步减小高频干扰阻抗。旁路：提供能量的储能器件，它能输出均匀的稳压信号，减小负载的需求。与小型可充电电池的原理一样，旁路电容的作用是可以被充电，也可以向器件进行放电。旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚。其目的是为了尽量减少阻抗，能够减少因输入值过大而引起的地电位抬高和噪声。将旁路电容和去耦电容宗合起来可以更好地了解其功能。旁路电容实际上也包含耦合功能，只是旁路电容通常都用作高频旁路中。高频旁路里的电容一般较小，一般取0.01f、0.1f 等；而耦合电容的容量一般要比旁路电容大，可以是10f 或者大于10f，这要通过驱动电流变化的大小以及电路参数来确定。旁路的作用是滤除输入信号中的干扰，而去耦的作用是滤除输出信号的干扰，阻止其干扰信号返回电源。这就是他们的根本区别。滤波：在理论上，电路中需要通过的频率越高，那么电容就要越大，阻抗要越小，但实际大于 1f 的电容基本上为为电解电容，含有很大的电感成份，所以在频率高后阻抗也会跟着会增大。在电路中，有时我们会看到电解电容并联一个小电容，其中电解电容的容量较大，这时大电容就会通低频，而小电容则通高频。因此电容起到了通高阻低的作用。因此，越大容量的电容其高频就越容易通过。通常用在滤波中的电容为1000f时，就是滤低频，小电容为20pf时就滤高频。通俗来讲滤波就是充电和放电的过程。储能：通过整流器来收集电荷的电容，并且会把存储的能量使用变换器传送到电源的输出端，这样的电容就具有储能的作用，通常应用的电容是铝电解电容，它的额定电压一般为40450vdc额定电容值一般在220150 000f 之间。根据不同电路的要求，器件的连接方式也会不同，有时会采用串联，也有时会采用并联或者组合的形式，而对于功率级超过10kw 的电源，使用的电能也会随之增大，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器12。本次实验只是小型的应用型电路，因此用到的电容只是小型电解电容和瓷片电容。第4章 软件设计4.1 proteus软件 由英国labcenter公司研制的proteus仿真软件和开发平台目前是仿真平台里最完整的，同时也是最先进的嵌入式系统。除了支持各种常见的单片机型号，也支持当前使用的keil软件的开发环境，可以对电路进行连接调试；而且它相对于eda和pcb软件，可以设计混合电路的软件仿真、电路仿真及系统协同仿真。能够更直观的让设计者看。该软件的特点是：（1）它是spice电路仿真和单片机仿真的相结合。具有其模拟电路的仿真、数字电路的仿真、单片机以及外围电路组成的系统仿真、i2c调试器、rs232动态仿真、键盘和lcd显示器、spi调试器的仿真功能；并且包含各类的虚拟仪器，如示波器、信号发生器等。同时也有信号源等。（2）支持各种常见类型的单片机系统仿真。如：arm7(lpc21xx)、avr系列、 8051/52系列、pic10/12/16/18系列以及多种外围芯片。都可以用此软件进行仿真。（3）提供调试软件的功能。在仿真系统中它具有全步、单步、以及设置断点等调试的功能，同时还可以观察各个变量以及寄存器等当前的状态，同时它也支持第三方软件的编译和调试，如mplab、keil c51 uvision2等软件。（4）它具有强大的原理图绘制功能，我们所学过的元器件及仪器设备在其元件库里面都可以找到。（5）将keil软件编译生成的hex文件下载到单片机芯片中，就可对电路进行仿真，观察实验现象。通常只有仿真成功了，才会根据仿真的结构来做实物13。本次使用的仿真软件是proteus pro 7.8 sp2 汉化破解版，它的开发界面如图4-1所示。图4-1 proteus软件界面4.2 keil软件 keil uvision2是由德国keil公司研发的一种集成开发的软件，是在windows系统操作下的mcs-51单片机系列的集成开发环境，它具有源程序的编写、项目管理、汇编语言、c51语言的编写、编译、连接、对程序进行仿真、运行调试的功能，是一个具有强大功能的开发平台。使用keil软件编写的程序，可通过下载到开发板里来观看实验现象，本次试验使用keil软件的界面如图4-2所示。图4-2 keil软件界面本次实验设计使用模块化的程序设计，程序主要分为主程序，中断程序、加分程序，减分程序，延时程序，比分的交换程序，时间的调整程序，时间的暂停程序，倒计时提醒程序，扫描显示部分及结束程序等程序构成。这些程序都会通过keil软件来时现并整合到一起进而实现篮球计时计分器的功能。使用keil软件，在编译程序时，如果程序出错，那我们可以双击编译窗口的错误提示，程序的界面就会告知我们哪里错误，方便我们进行修改。在编译成功时，可以使用单步调试功能，来看程序的运行结果。在编译成功后，生成可hex文件，将它添加到proteus仿真图中，即可对仿真图进行仿真观看实验结果，若不是自己想实现的功能，可以回到keil软件里更改和调试程序。4.2.1 keil c51单片机软件开发的整体结构uvision是c51 for windows的集成开发环境。它可以可以完成编辑、编译、下载、连接、调试、仿真等整个开发流程。编辑是指在界面内进行程序的编写。编译是指将编写好的程序保存并点击编译，可以检查程序是否有语法错误，如有错误，系统会给出提示。下载是要先将编译后的程序生成hex文件，然后再进行下载，连接，调试和仿真。在开发界面内也可以对程序进行调试，观看实验现象，调试时可以单步调试，也可以进行整篇程序的调试。若发现实验现象和所要求的不符，则可退回编辑界面，进行程序的重新编写。在使用keil开发板时它标配的晶振是11.0592mhz的，但是用户可以自行在开发板上的晶振插孔中使用其他的晶振频率。开发板上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位系统。单片机芯片的31脚（/ea）已接至高电平，所以仿真时不就能使用片外rom，只能使用片内rom，但是开发板外引插针中的31脚并不与单片机芯片的31脚相连，所以开发板仍可插入有外部rom的目标系统中使用14。本次试验使用的开发板如图4-3所示。图4-3 单片机开发板4.3 proteus仿真实验结果 本次实验要通过proteus仿真实现篮球计时计分器的基本功能要求，电路要求具有时间的计时，比分的累加，可以对比分进行修改，时间的暂停，并且可以修改时间，在最后十秒时具有倒计时的功能，用小灯的闪烁来进行提示，比赛结束时小灯常亮。进行下半场比赛时，按下复位键，时间重新倒计时，交换两队的比分，但分数不变，继续比赛；电路的总体图如图4-4所示。 图4-4 整体电路本次实验仿真设计运用的是at89c51单片机，p1和p3口用作按键的设计，p1.3定义为按键1，p1.4定义为按键2，按键1和按键2定义为客队加分按键和客队减分按键。p1.6定义为按键三，按键三为主队加分键。p1.7定义为按键4，按键4则是主队减分按键，即按下按键4，主队比分减一分。p3.1定义为按键5，按键5是修改时间比分的加分键，也就是按下按键5比赛时间加一分。p3.2定义为按键6，按键6是修改时间的减分键，操作方式和按键5一样。p3.5定义为按键7，按键7是24秒清零键，当开关断开时，24秒倒计时，在24秒内若没投进球则计时为零时，蜂鸣器发声，提示投球已过24秒，开关闭合时，此功能不起作用。p3.3为按键8，作为比赛的开始按钮。p3.4为按键9，作为暂停按钮。p1.2来接蜂鸣器作为比赛时间提醒的工具。p0端口作为lcd显示器的显示接口，由图4-4可以看出在p0端口处还加入了一个10k的排阻，是因为p0端口本身不含有内部上拉电阻，目的是使输出的更稳定，而且传输的距离更远，可以用来消减线路传输时对信号的损耗；也起到了一个限流的作用。由lcd显示屏上的显示图形可以看出“mia”表示的