比赛计时积分系统设计.doc

目 录第一章 绪论11.1 基于单片机的比赛计时计分研究背景11.2 我国比赛计时计分的发展现状1第二章 系统硬件设计22.1系统设计概述22.2 AT89S52主要功能特性32.3系统复位电路42.4晶振电路52.5按键电路62.6显示部分6第三章 系统软件设计83.1软件设计83.1.1主程序和流程图83.1.2 延时程序93.1.3 液晶显示93.1.4 按键程序103.1.5 中断函数10第四章 系统调试104.1硬件调试104.2实物图11总结12致 谢13参考文献14摘 要 : 本文主要研究的课题就是以单片机为基础来设计一个比赛计时积分器系统。是基于单片机AT89S52和LCD1602液晶显示屏加上按键模块组成的比赛计时积分器系统，具有设定比赛每节的总时间并实现总时间的倒计时，还有24秒倒计时，暂停比赛和对比赛进行积分，交换双方比赛场地的功能，主要采用C语言进行编程，因为该程序结构简单，任务明确，易于编写，调试和修改，该设计采用模块化设计的方法，可以设计出功耗低、安全性好高、可靠性高的计时积分器。关键词：单片机，计时器，积分器，LCD1602Abstract: In this paper, the main research topic is based on microprocessor to design agame time integrator system. SCM is the AT89S52 and LCD1602 LCD screenplus button module match time integrator system based on race, has set the total time per day and the total time of 24 seconds countdown, countdown, pause the game and the game is integral, the exchange of the two sides than the venuefeatures, mainly the use of C language programming, because the program is simple in structure, clear tasks, easy to write, debug and modify, the design uses the modular design method, can design a low power consumption, good safety,high reliability and high time integrator.Keyword: singlechip Timer Integrator LCD1602第一章 绪论1.1 基于单片机的比赛计时计分研究背景比赛计时积分系统在体育比赛等行业有着广泛的应用，其系统设计也较为复杂、涉及面较广。一方面，使用电子计时积分设备可以省略比赛中的人工计时积分的工作，方便了一些比赛项目的计时、积分的可操控性；另一方面，随着参与体育比赛的人数增多，也有利于各项体育的选拔，对我国的体育事业做出贡献。在早期的比赛项目中也使用了计时积分系统，但当时的技术水品有限，只能利用模拟器件或者数字电路混合组成，其稳定性和准确度和器件的一些固有属性有关随着单片机的广泛应用，人们将精准时钟输出的单片机用作计时器的核心，研发出各种显示模式下的计时积分系统。同时单片机在此领域的广泛应用，也大大提高了比赛中计时积分的稳定性和准确性。1.2 我国比赛计时计分的发展现状比赛有利于国民锻炼身体健康快乐。最早的比赛计时积分器，在1892年1月，在美国马萨诸塞州菲尔的基督教青年会训练学校的教室詹姆士发明的。当时的技术使得篮球计时积分器使用了电子类的相关器件，而且添加了一个暂停功能。现在，以单片机为核心；20世纪70年代以来，单片机以极其高的性价比受到人们的重视和关注，应用广泛，发展很快。 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、抗干扰能力强，对环境要求不高、价格便宜、可靠性高、灵活性好、开发较为容易和使用方便等独特的优点。 现在世界电子厂家，测控技术企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。篮球计时积分器就是以单片机为核心的计时积分系统，显示器等组成 。第二章 系统硬件设计2.1系统设计概述本设计中，系统采用ATMEL公司AT89S52单片机为控制核心，由倒计时模块、比分显示模块、人机接口模块等部分组成。其中比赛时间倒计时和24秒进攻倒计时分别采用单片机AT89S52的定时器0；可实现显示比赛时间、显示24秒倒计时、显示比分和显示比赛章节等功能。图2.11计时计分器实现框图系统主要功能包括积分和计时两部分，能实现两队比分的加分，减分，计时以及其他多种显示效果。系统控制模块有：显示模块、按键查询模块、中断模块等。具体实现过程：采用液晶显示屏显示比赛时间和比分情况，通过按键实现系统的输入功能，可以对比赛时间进行调整；比赛过程中，对比分进行记录，允许暂停和开始比赛选项，也可以对比赛双方进行加分减分操作，24秒倒计时操作。 图2.12系统原理图本系统包括显示模块、按键电路模块、中断处理模块等。显示模块主要是LCD液晶屏作为显示部分，显示比赛时两队得分状况和时间倒计时显示状况。按键电路模块主要是起到两队得分加分减分和暂停、复位、修改移位和继续功能，可以很好实现比赛分数的正确显示作用系统中还有复位电路和晶振电路等，整体系统原理图如图2.12所示。2.2 AT89S52主要功能特性（1）同时拥有3个16位的可编程定时器和计数器中断，方便很多场合应用（2）三级加密程序存储器（3）6个中断向量源 (4)拥有一个可编程全双工UART串行通道 (5)32个可编程I/O接口线图2.2 单片机引脚图AT89S52是52系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。AT89S52属于8位单片机，拥有8k的Flash和256的RAM，兼容标准MCS-52指令系统，可以使用在比较复杂的控制系统中。该单片机拥有32个为IO口， 2个中断口，3个定时/计数器,一个个全双工串行口，2个地址口。AT89S52不仅仅可以按照常规方法通过编程器进行编程和程序的烧录,而且支持在线编程，这为程序设计和系统的设计带来了不少便捷，降低了产品开发的成本，而本系统中所需要的芯片要求并不是太高，所以AT89S52芯片能够满足本次设计的需求。2.3系统复位电路AT89S52单片机常见的复位方式有：上电复位、按键复位、外部脉冲复位、程序运行监视复位等方式。本设计采用的是上电复位和复位按钮复位并联的复位方式，电路图如图2.3所示，是上电复位与复位按钮复位的组合。上电复位利用电阻和电容的串联来实现，上电瞬间复位端口（RST）的电平与Vcc相同，随着充电电流的减少， RST脚的电压下降，最后被钳位在0伏，复位按钮复位时，当复位按键按下后，电源通过电阻施加在单片机复位端（RST）上，从而实现单片机的复位。 图2.3为复位电路图2.4晶振电路晶振电路的功能是为单片机提供时钟信号。在本次设计中，单片机使用内部时钟振荡方式。需要注意的是，STC12C5A60S2外围晶振电路对电容的要求小于47pF即可，本次设计中选用22pF，晶振选用12M。晶振电路如图2.4 图2.4 晶振电路2.5按键电路按键电路是用来对系统显示的图像,进行切换和选择的开关。按键电路如图2.5所示。按键电路工作原理如下：当按键没有按下去时，与按键连接的单片机接口均为高电平；当按键按下去时，单片机该接口端为低电平。在系统工作时，单片机不断扫描按键电路，当检测到相应端口输入为低电平时，就可以检测到按键值。图2.5 按键电路在设计中按下p10为开始，p11为暂停，如需要重置24秒按下p12，p13为双方换边按键，也可以给两队进行加分按p14，p15，可以双方减分按p16、p17。为了减少电路的干扰，在程序中实现了防抖动的功能。2.6 显示部分采用液晶电路来显示，LCD1602是字符型液晶，能够同时显示16行2列即32个字符。LCD1602显示效果直观，硬件连接电路较为简单；使用起来非常方便只需要数据线8条，控制线3条即可，而且价格低廉。利用AT89S52单片机内部的定时器和计数器,配合使用对单片机的软件编程上的时间延时实现计时方案。该方案中单片机的价格并不高，对于该系统，硬件成本降低了，通过对程序的编译，从而来实现精准的计时。字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，本设计采用16列*2行的字符型LCD1602带背光的液晶显示屏。1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符,芯片工作电压:4.55.5V，工作电流:2.0mA(5.0V)，模块最佳工作电压:5.0V。 LCD1602外接的控制接口有RS，R/W，E；数据接口为D7-D0 。总共有11根线与单片机的I/O 口连接，若使用标准的52单片机，至少占用了一个端口再加上另一个端口的部分I/O 口。这在很多应用场合是不大可取的。所以很有必要减少连接数。从其数据手册上介绍的4线连接方式可以达到只使用7个I/O 口即可满足要求，其中为3个控制口RS，R/W，E 和数据口的D7D0 ；写入数据或指令的顺序是先写高半个字节，再写低半个字节。 其中P2口的高四位接到LCD1602的D7-D0 ，P2.0-P2.2分别接RS、E、R/W 接地。图2.6 LCD1602引脚图第三章 系统软件设计3.1软件设计软件是单片机应用系统的灵魂，是整个系统的核心部分。如果把硬件比作人的手臂那么软件就是人的大脑，手臂的一切动作的执行都要受控于大脑。同样，对AT89S52和1602液晶显示模块的操作都是通过相应的软件程序来控制的。本系统软件采用模块化设计方法。整个系统由初始化模块、键盘模块、显示模块以及中断模块组成。这个设计是从按键系统开始，这个系统运行时候，由单片机进行倒计时，如果比赛有需要暂停时，可以按暂停键进行比赛暂停，此时，时间暂停；当比赛过程中出现进攻超时犯规时，系统会自动暂停计时，同时按键控制比分。经过程序仿真，本次毕业设计的设计功能都比较合理且符合要求。3.1.1主程序和流程图先初始化，用whlie循环，控制对于A队的加分和A队的减分，B队的加分和B队的减分和交换场地，对比赛进行暂停和24秒重置。 图3-1 主程序流程图 此设计由按键控制系统的开始，当系统开始时，由单片机控制开始进行每节12分钟的倒计时，当比赛出现暂停请求时，通过暂停按键可以控制比赛的暂停（长按住暂停键），此时，时间暂停；当比赛过程中出现进攻超时犯规时，系统会自动暂停计时，并发出报警，同时按键控制比分；另外，每节比赛后都有赛后休息时间。经过程序仿真，本次毕业设计的设计功能都比较合理且符合要求。3.1.2 延时程序延时程序在LCD1602液晶显示屏中的主要功能有：防抖动的作用，延时程序可以对LCD液晶屏显示图像、数字，符号造成的拖影现象进行消除。3.1.3 液晶显示通过初始化程序把屏幕清空，不断进行按键扫描，把命令存入栈中，再由WriteData()的方法，不断写入屏幕上，通过显示程序显示出来。3.1.4 按键程序 p10为开始，p11为暂停，如需要重置24秒按下p12，p13为双方换边按键，也可以给两队进行加分按p14，p15，可以双方减分按p16、p17。在按键按下时，程序中加入了延时，可以起到防抖动的作用。3.1.5 中断函数单片机或类似系统拥有内外部中断,内部中断如定时器产品的中断,外部中断一般由I/O口的电平变化产生的中断,用来检测外部信号,并进行相关处理。第4章 系统调试系统调试分为软件调试和硬件调试，单片机系统的硬件调试和软件调试是不能分开的，许多硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的。通常编写硬件测试程序，一个模块一个模块地调试电路的各个部分，以排除各种软硬件故障。4.1硬件调试本设计是基于单片机AT89S52设计的比赛积分系统，使用LCD1602进行显示，通过开关控制着暂停，开始和交换队伍。程序中包含了中断模块、LCD显示模块、按键模块和延时程序。按开始键就进行12分钟计时，有24秒倒计时程序，一旦24秒到了，红色的灯就亮了，按加分键可以对两队进行加分，减分键对比赛进行减分，还可以对比赛进行随时暂停。硬件方面主要是对电路板焊接技术以及布线的整体把握，电路板做好焊接好后，先查看电路板是否有“虚焊”和“漏焊”的情况，用万用表进行测试。此外用调试程序通过软件下载到单片机烧写、调试，看电路板上芯片是否出现发热情况，若是有，则可能是短路造成的。在检查电路板无问题时，即可以用写好的程序进行下载调试，看是否实现预定功能。 4.2实物图 图4.21 图4.22总结 本文是一篇关于用单片机实现积分系统的论文，设计中使用到了AT89S52和LCD1602液晶显示屏。在设计过程中我通过在网上和图书馆查阅资料，收集了关于单片机和液晶显示方面的资料，通过对这些资料的学习，我了解了单片机的基本结构，使用和单片机在生活和生产中所发挥的作用；液晶显示的原理和使用。本次毕业设计除了让我回顾以前学过的知识外，也使我学习到了新的东西。这次毕业设计可以说是对四年的大学学习的总结。本次毕业设计完成的主要工作和任务如下：对设计方案的理论研究，单片机的合理选型，硬件电路的设计，电路板的制作，元器件的焊接，软件的编写和调试以及毕业论文的制作。通过对本课题的研究我有以下几个方面的收获： （1）学习与掌握了单片机的基本原理及其各种应用，对它的各种硬件接口与软件设计方法有较深入的认识。 （2）对液晶显示有了一定的认识，能够初步掌握液晶显示的原理。 （3）通过对电路原理图、pcb图的绘制，电路板的制作掌握了对Altium Designer Winter 09的使用。 （4）本设计重点在于软件的设计，因此在设计过程中使自己在大学学到的C语言知识得到了巩固，同时提高了解决实际问题的能力。致 谢毕业设计是对我们这么多年来学习的总结，经过两个多月的努力，我已经顺利的完成了我的论文设计。在这一段时间里，我加强了自己的单片机、数电、模电的的知识。虽然本次毕业设计已经顺利的完成了，但是在这个过程中，我遇到了很多的问题。初次看见这个课题时，自己觉得以自己的水平很难完成这项任务，因为有很多知识都是自己匮乏的。为了弥补这写不足，每天都会上网查一些关于设计的资料、去向我的指导老师请教、和同学讨论。随着论文的工作推进，自己懂得知识越来越多了，可以更加清楚地知道一些运用方案的理论意义了。感谢我的指导老师