篮球比赛计时计分器的毕业设计.doc

课程设计说明书 第 i 页 题目题目 篮球比赛计时记分器篮球比赛计时记分器 摘摘 要要 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 o 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 at89c51 单片机的篮球计时计分器 利用 7 段共阳 led 作为显示器件 在此设计中共接入了 1 个四位一体 7 段共阳 led 显示器 4 个 7 段共阳 led 显示器 前者 用来记录赛程时间 其中 2 位用于显示分钟 2 位用于显示秒钟 后者用于记录甲乙队的分 数 每队 2 个 led 显示器显示范围可达到 0 99 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 关键词 at89c51 led 显示 计时计分器 课程设计说明书 第ii页 目 录 1 绪论 1 1 1 课题背景 1 1 2 本课题研究的主要内容 1 2 单片机基本组成及工作原理 2 2 1 单片机的基本组成 2 2 2 单片机外围附加电路 5 2 2 1 时钟电路 5 2 2 2 复位电路 6 3 篮球比赛计时计分器硬件电路的设计 7 3 1 主电路图 7 3 2 led 显示电路 8 3 3 元器件清单 10 4 篮球比赛计时计分器软件程序的设计 11 4 1 主程序流程图 11 4 2 汇编语言程序 13 总 结 18 致 谢 19 参考文献 20 课程设计说明书 第 0 页 1 绪论 1 1 课题背景 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 1 2 本课题研究的主要内容 这次毕业设计的主要任务是 设计制作一个用于赛场的篮球赛计时计分器 主要 功能如下 1 能记录整个赛程的比赛时间 并能修改比赛时间 暂停比赛时间 2 能随时刷新甲 乙两队在整个赛程中的比分 3 中场交换比赛场地时 能交换甲 乙两队比分的位置 4 比赛时间结束时 能发出报警指令 2 单片机基本组成及工作原理 2 1 单片机的基本组成 mcs 51 是指由美国 intel 公司生产的一系列单片机的总称 这一系列单片机包括 了很多品种 如 8031 8051 8751 8032 8052 8752 等 其中 8051 是最早最典型 的产品 该系列其它单片机都是在 8051 的基础上进行功能的增 减 改变而来的 所 课程设计说明书 第 1 页 以人们习惯于用 8051 来称呼 mcs51 系列单片机 而 8031 是前些年在我国最流行的单 片机 所以很多场合会看到 8031 的名称 intel 公司将 mcs51 的核心技术授权给了很多其它公司 所以有很多公司在做以 8051 为核心的单片机 当然 功能或多或少有些改变 以满足不同的需求 其中 89c51 就是这几年在我国非常流行的单片机 它是由美国 atmel 公司开发生产的 at89c51 是一个低电压 高性能 cmos 8 位单片机 片内含 4k bytes 的可反复擦写 的 flash 只读程序存储器和 128 bytes 的随机存取数据存储器 ram 器件采用 atmel 公司的高密度 非易失性存储技术生产 兼容标准 mcs 51 指令系统 内置功能强大的 微型计算机的 at89c51 提供了高性价比的解决方案 at89c51 具有 pdip pqfp tqfp 及 plcc 等三种封装形式 以适应不同产品的需求 它是一个低功耗高性能单片机 40 个引脚 32 个外部双向输入 输出 i o 端口 同 时内含 2 个外中断口 2 个 16 位可编程定时计数器 2 个全双工串行通信口 at89c51 可以按照常规方法进行编程 也可以在线编程 其将通用的微处理器和 flash 存储器 结合在一起 特别是可反复擦写的 flash 存储器可有效地降低开发成本 at89c51 单片机主要由中央处理器 控制器 存储器 i o 接口 定时器 计数器 中断控制系统 内部总线等部分组成 图1为c51单片机管脚结构图 图2是at89c51单片机的内部结构示意图 它包含了 作为微型计算机所必需的基本功能部件 各功能部件通过片内单一总线连成一个整体 集成在一块芯片上 c51单片机是在一块芯片中集成了cpu 存储器 包括ram和rom 定时器 计数器 和多种功能的i o线等一台计算机所需要的基本功能部件 主要包括1个8位cpu 1个片 内振荡器及时钟电路 128b ram 4kb rom 2个16位定时器 计数器 32条可编程的 i o线和一个可编程的全双工串行接口 5个中断源 2个中断优先级嵌套中断结构 at89c51的主要特性 与mcs 51 兼容 4k字节可编程flash存储器 寿命 1000写 擦循环 数据保留时间 10年 全静态工作 0hz 24mhz 课程设计说明书 第 2 页 三级程序存储器锁定 128 8位内部ram 32可编程i o线 两个16位定时器 计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 at89c51管脚说明 vcc 40 供电电压 接 5v的电压 gnd 20 接地 p0口 39 32 p0口为一个8位漏级开路双向i o口 每脚可吸收8ttl门电流 当p0口的管脚第一次写1时 被定义为高阻输入 p0能够用于外部程序数据存储器 它 可以被定义为数据 地址的第八位 在fiash编程时 p0 口作为原码输入口 当fiash 进行校验时 p0输出原码 此时p0外部必须被拉高 p1口 1 8 p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i o口 p1口缓冲器能接 收输出4ttl门电流 p1口管脚写入1后 被内部上拉为高 可用作输入 p1口被外部下 拉为低电平时 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 在flash编程和校验时 p1口 作为第八位地址接收 p2口 21 27 p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i o口 p2口缓冲器可接收 输出4个ttl门电流 当p2口被写 1 时 其管脚被内部上拉电阻拉高 且作为输入 并因此作为输入时 p2口的管脚被外部拉低 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时 p2口输出地址的 高八位 在给出地址 1 时 它利用内部上拉优势 当对外部八位地址数据存储器进 行读写时 p2口输出其特殊功能寄存器的内容 p2口在flash编程和校验时接收高八位 地址信号和控制信号 p3口 10 17 p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i o口 可接收输出4个ttl 门电流 当p3口写入 1 后 它们被内部上拉为高电平 并用作输入 作为输入 由 于外部下拉为低电平 p3口将输出电流 ill 这是由于上拉的缘故 课程设计说明书 第 3 页 p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口 如下表所示 p3口管脚备选功能 p3 0 rxd 串行输入口 p3 1 txd 串行输出口 p3 2 int0 外部中断0 p3 3 int1 外部中断1 p3 4 t0 记时器0外部输入 p3 5 t1 记时器1外部输入 p3 6 wr 外部数据存储器写选通 p3 7 rd 外部数据存储器读选通 p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 rst 9 复位输入 当振荡器复位器件时 要保持rst脚两个机器周期的高电平 时间 ale prog 30 当访问外部存储器时 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址 的地位字节 在flash编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 在平时 ale端以不变的 频率周期输出正脉冲信号 此频率为振荡器频率的1 6 因此它可用作对外部输出的脉 冲或用于定时目的 然而要注意的是 每当用作外部数据存储器时 将跳过一个ale脉 冲 如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0 此时 ale只有在执行movx movc指 令是ale才起作用 另外 该引脚被略微拉高 如果微处理器在外部执行状态ale禁止 置位无效 psen 29 外部程序存储器的选通信号 在由外部程序存储器取指期间 每个 机器周期两次 psen有效 但在访问外部数据存储器时 这两次有效的 psen信号将不 出现 ea vpp 31 当 ea保持低电平时 则在此期间外部程序存储器 0000h ffffh 不管是否有内部程序存储器 注意加密方式1时 ea将内部锁定为reset 当 ea端保持高电平时 此间内部程序存储器 在flash编程期间 此引脚也用于施加12v 编程电源 vpp xtal1 19 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 xtal2 18 来自反向振荡器的输出 课程设计说明书 第 4 页 课程设计说明书 第 5 页 图 1 at89c51 引脚结构 romram定时 记数器 中断系统串行接口并行接口 cpu 时钟电路 p0 p1 p2 p3 txd rxd t0 t1 int0 int1 图2 89c51单片机内部结构 2 2 单片机外围附加电路 2 2 1 时钟电路 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 为达到振荡周期是 12mhz 的要求 这里要采用 12mhz 的晶振 另外有两个 22p 的独立电容 两晶振引脚分 别连到 xtal1 和 xtal2 振荡脉冲输入引脚 如图 3 所示 图3 时钟电路 课程设计说明书 第 6 页 xtal1 19 脚 芯片内部振荡电路输入端 xtal2 18 脚 芯片内部振荡电路输出端 xtal1 和xtal2 是独立的输入和输出反相放大器 它们可以被配置为使用石英晶 振的片内振荡器 或者是器件直接由外部时钟驱动 图3 中采用的是内时钟模式 即 采用利用芯片内部的振荡电路 在xtal1 xtal2 的引脚上外接定时元件 一个石英晶 体和两个电容 内部振荡器便能产生自激振荡 一般来说晶振可以在1 2 12mhz 之间任选 甚至可以达到24mhz 或者更高 但是频率越高功耗也就越大 2 2 2 复位电路 单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控 或工作中程序处于某种死循环 状态 在这种情况下都需要复位 复位的作用是使中央处理器cpu以及其他功能部件都 恢复到一个确定的初始状态 并从这个状态重新开始工作 89c51单片机的复位靠外部电路实现 信号由reset rst 引脚输入 高电平有效 在振荡器工作时 只要保持rst引脚高电平两个机器周期 单片机即复位 复位后 pc 程序计数器的内容为0000h 片内ram中内容不变 复位电路一般有上电复位 手动开 关复位和自动复位电路3种 课程设计说明书 第 7 页 51 单片机高电平复位 以当前使用较多的 at89 系列单片机来说 在复位脚加高 电平 2 个机器周期 即 24 个振荡周期 可使单片机复位 复位后 主要特征是各 io 口呈现高电平 程序计数器从零开始执行程序 复位方式有两种 1 手动复位 按钮按下 复位脚得到 vcc 的高电平 单片机复位 按钮松开后 单片机开始工作 2 上电复位 上电后 电容电压不能突变 vcc 通过复位电容 10 f 电解 给 单片机复位脚施加高电平 5v 同时 通过 10k 电阻向电容器反向充电 使复位脚电 压逐渐降低 经一定时间后 约 10 毫秒 复位脚变为 0v 单片机开始工作 如图 4 所 示 我们采用手动复位方式 图 4 复位电路 3 篮球比赛计时计 分器硬件电路的设 计 3 1 主电路图 课程设计说明书 第 8 页 计分电路 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 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 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 u1 at89c51 r1 220 r2 220 r3 220 r4 220 12mhz c1 30pf c2 30pf c3 47pf r5 220 课程设计说明书 第 9 页 计时电路 3 2 led 显示电路 计算机的运行结果和运行状态可以通过显示器显示出来 单片机应用系统中 常用的显示器有 led 和 lcd 两种方式 led 显示最为普遍 发光二极管 led light emitting diode 是一种通电后能发光的半导体器件 其导电性质与普通二极管类似 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 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 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 u1 at89c51 r1 220 r2 220 12mhz c1 30pf c2 30pf c3 47pf r5 220 课程设计说明书 第 10 页 led 数码显示器就是由发光二极管组合而成的一种新型显示器件 但是由于低功耗的要 求 lcd 显示器越来越被广泛地使用 led 数码管显示器是由若干个发光二极管组成的 当发光二极管导通时 相应的点 或线段发光 将这些发光二极管排成一定的图形 控制不同组合的二极管导通 就可 以显示出不同的字形和符号 单片机系统中常用的 led 显示器为七段显示器 再加上 一个小数点 因此也可以把它称之为八段数码管显示器 其机构形式有共阴极和共阳 极两种 共阴极是把所有组成八段数码管的发光二极管的阴极连在一起 通常接地 通过控制每一只发光二极管的阳极电平来使其发光或熄灭 阳极为高电平则发光 阳 极为低电平则熄灭 共阳极是把组成八段数码管的所有发光二极管的阳极连起来 通 常为高电平 如 5v 通过控制每一只发光二极管的阴极电平的高低来使其发光或是 熄灭 阴极为低电平发光 为高电平则熄灭 图中的 com 端在应用的时候可以作为位 选端 8 只发光二极管被分成两组所以有两个 com 端 在使用的时候它们并联起来 七段数码管示意图 附 段码表 字型共阳极段码共阴极段码字型共阳极段码共阴极段码 0c0h3fh990h6fh 1f9h06ha88h77h 2a4h5bhb83h7ch 3b0h4fhcc6h39h 499h66hda1h5eh 592h6dhe86h79h 682h7dhf84h71h 7f8h07h 空白 ffh00h 880h7fhp8ch73h 课程设计说明书 第 11 页 3 3 元器件清单 名称电路 板 导线电解 电容 单片 机 石英 晶体 振荡 器 电容七段 共阳 数码 管 电阻按钮 规格 47 f at89c 51 12 mhz 30 f220 数量 1 若干 2124566 4 篮球比赛计时计分器软件程序的设计 4 1 主程序流程图 1 倒计时流程图 开始 设定时间如 0 24 分钟 定时的启动 暂停 按键是否按下 开始倒计时 倒计时为零 一节比赛结束 y n 课程设计说明书 第 12 页 2 计分程序流程图 y n 读取 p0 口的值 取出低 4 位 是否有键按下 按键去抖动 再次读出 p0 口的值 取出低 4 位 开始 yn 总分寄存器 r0 r2 清零 课程设计说明书 第 13 页 4 2 汇编语言程序 汇编语言是和机器密切相关的 是面向机器的语言 其主要优点是占用资源少 程序执行效率高 但是不同的 cpu 其汇编语言可能有所差异 所以不易移植 c 语言 是一种结构化的高级语言 其优点是可读性好 移植容易 是普遍使用的一种计算机 语言 缺点是占用资源较多 执行效率没有汇编高 该系统软件全部采用汇编语言编 写 汇编语言有三种基本结构 顺序结构 选择结构 和循环结构 1 顺序结构 它是一种最基本的 最简单的编程结构 在这种结构中 程序由低地址向高地址 顺序执行指令程序 2 分支结构 分支程序结构可以分为两种形式 如图所示 是否真的有按键 按下 哪个按键按下 甲加 1甲减 1 乙加 1 乙减 1 等待按键释放 将总分转换成 bcd 码 通过编码器不用查表进行输出数值 y 开始 设定时间如 0 24 分钟 定时的启动 暂停 按键是否按下 开始倒计时 倒计时为零 一节比赛结束 n 课程设计说明书 第 14 页 分支程序结构分支程序结构 它们分别相当于高级语言中的 if then else 语句和 case 语句 根据不同条件 做不同的处理 在分支结构中 程序首先对一个条件语句进行测试 当条件为真时 执行一个方向的程序 当条件为假时 执行另一个方向的程序 t 代表条件 当 t 条 件成立是 执行 a 操作 否则执行 b 操作 倒计时 mov r0 00h mov r1 00h mov r2 01h loop1 acall display jb p1 0 loop1 acall delay1 jb p1 0 loop1 mov r0 00h mov r1 00h mov r2 01h setb p1 2 clr p1 3 acall display loop12 jb p1 1 loop13 acall delay1 jb p1 1 loop13 loop14 jb p1 0 loop14 acall delay1 jb p1 0 loop14 sjmp loop13 loop13 cjne r2 00 loop4 课程设计说明书 第 15 页 cjne r1 00 loop5 cjne r0 00 loop6 clr p1 2 setb p1 3 mov r2 00h mov r1 00h mov r0 00h acall display ljmp loop1 loop5 cjne r0 00 loop7 dec r1 mov r0 09h loop3 acall delay acall display ljmp loop12 loop6 dec r0 ljmp loop3 loop7 dec r0 ljmp loop3 loop4 cjne r1 00 loop8 cjne r0 00 loop9 dec r2 mov r1 05h mov r0 09h ljmp loop3 loop9 dec r0 ljmp loop3 loop8 cjne r0 00 loop10 dec r1 mov r0 09h ljmp loop3 loop10 dec r0 ljmp loop3 delay mov r5 200 d1 mov r6 10 d2 mov r7 250 d3 djnz r7 d3 djnz r6 d2 djnz r5 d1 ret delay1 mov r3 100 d4 mov r4 100 d5 djnz r4 d5 djnz r3 d4 课程设计说明书 第 16 页 ret display mov a r0 mov dptr tab movc a a dptr mov p2 a mov a r1 mov dptr tab movc a a dptr mov p0 a mov a r2 mov dptr tab movc a a dptr mov p3 a ret tab db 0c0h 0f9h 0a4h 0b0h 99h 92h 82h 0f8h 80h 90h end 计分器 mov r0 00h mov r1 00h loop1 acall display jb p3 0 loop4 acall delay jb p3 0 loop4 cjne r0 09 loop2 mov r0 00h inc r1 loop3 acall display sjmp loop1 loop2 inc r0 sjmp loop3 loop4 jb p3 1 loop7 acall delay jb p3 1 loop7 cjne r0 08 loop5 mov r0 00h inc r1 sjmp loop3 loop5 cjne r0 09 loop6 mov r0 01h inc r1 sjmp loop3 loop6 inc r0 inc r0 课程设计说明书 第 17 页 sjmp loop3 loop7 jb p3 3 loop9 acall delay jb p3 3 loop9 cjne r0 00 loop8 mov r0 09h dec r1 sjmp loop3 loop8 dec r0 sjmp loop3 loop9 jb p3 2 loop1 acall delay jb p3 2 loop1 cjne r0 07 loop10 mov r0 00h inc r1 sjmp loop3 loop10 cjne r0 08 loop11 mov r0 01h inc r1 sjmp loop3 loop11 inc r0 inc r0 inc r0 sjmp loop3 delay mov r3 200 d4 mov r4 200 d5 djnz r4 d5 djnz r3 d4 ret display mov a r0 mov dptr tab movc a a dptr mov p2 a mov a r1 mov dptr tab movc a a dptr mov p0 a ret tab db 0c0h 0f9h 0a4h 0b0h 99h 92h 82h 0f8h 80h 90h 课程设计说明书 第 18 页 总 结 本文介绍了一个利用 at89c51 设计篮球计时计分器的设计 文章对计时计分器的 组成结构和设计部分的元件功能做了详细的介绍 通过这次毕业论文的设计 让我学 到了许多没有学到的知识 增强了自己的独立思考能力和实际动手能力 特别是一些 专业性很强的知识和老师们的一些工作经验让我受益匪浅 这是我在短时间内都不能 学到的 对所学的知识进行了一次综合的总结和运用 在写作过程中 使我在排版方 面和绘画电路图方面得到了进一步提升 但由于本人知识水平有限 还存在很多错误 与不足之处 望老师们多提宝贵意见 多加批评指点 在完成毕业设计的过程中 我 得到了许多老师和同学的帮助 尤其是我的导师周天沛老师在我的毕业设计过程中给 予以指导并提出了宝贵意见 才