篮球计时计分器.doc

洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 说 明 书课程名称 单片机原理及接口技术 设计课题 篮球计时计分器 专 业 自动化 班 级 38 姓 名 王高辉 2013年6月21日 课 程 设 计 划 任 务 书 电气工程及自动化 系 自动化 专业 学生姓名 王高辉 班级 自动化38班 学号 B12043828 课程名称： 单片机原理及接口技术 设计题目：篮球计时计分器 课程设计内容与要求： 内容：设计一个用于赛场的篮球计时计分器。要求： 1、能记录整个赛程的比赛时间。 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，能交换甲、乙两队比分的位置。 4、比赛结束时，能发出报警声。设计（论文）开始日期2013年6月10日 指导教师 张娟梅 董红政设计（论文）开始日期2013年6月10日 指导教师 张娟梅 董红政 2013年6月21日 课 程 设 计 评 语 第 页 电气工程及自动化 系 自动化 专业 学生姓名 王高辉 班级 38 学号 B12043828 课程名称：单片机原理及接口技术 设计题目： 篮球计时计分器 课程设计篇幅： 图 纸 张 说明书 页指导教师评语： 年 月 日 指导教师 洛阳理工学院 课 程 设 计 用 纸摘 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/0）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。计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积大。微计算机（单片机）在这种情况下诞生了，它为我们改变了什么？纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子 宠物等，这些都离不开单片机。 本设计是篮球计时计分器，主要在篮球比赛中用于记录整个赛程的比赛时间和显示甲、乙两队在比赛过程中的比分情况。该计时计分器有部分组成：一部分用来实现计时功能，其基本原理和定时闹相似；另一部分用来实现计分功能，其基本原理和计数器相似，只不过所要记录和显示的对象是按键按下的次数，每按下一次计数值加一。主控芯片采用AT89C52，采用汇编语言进行编程，编程后利用Keil uVision4来进行编译，再生成的HEX文件装入芯片中，采用proteus软件来仿真，检验功能是否能够正常实现。该设计能够实现计时和计分功能，采用共阴极数码管进行动态显示，加分的部分用按键来完成，每按一次发送一个计数脉冲，计数值加一。但是效果并不是很完美，计分显示部分有时候会出现不稳定的情况 目 录第1章 绪论11.1设计背景11.2设计内容11.3设计任务和要求2第2章 系统总体方案及硬件设计32.1系统组成32.1 AT89C52简介32.2系统定时控制部件设计62.3显示系统的设计72.4硬件原理图9第3章 软件设计103.1主程序设计103.2 主程序见附录1123.3键盘识别及处理程序设计123.4 复位程序设计12第4章 软件仿真134.1程序的编写134.2程序的调试13课程设计体会14致 谢15附录1：源程序代码16附录2 硬件原理图27参考文献28 第1章 绪论1.1设计背景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。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。篮球计时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，综合控制器和24秒控制器等组成。1.2设计内容本设计是采用单片机AT89C52作为本设计的核心元件。利用7段共阴LED作为显示器件。在此设计中共接入了8个7段共阴LED显示器，其中4个用于记录AB队的分数，每队2个LED显示器显示范围可达到099分，足够满足赛程需要，另外4个LED显示器则用来记录赛程时间，其中2个用于显示分钟，2个用于显示秒钟。赛程计时采用倒计时方式。即比赛前将时间设置好，比赛开始时启动计时，直至计时到零为止。计时范围可达到099分钟，也完全满足实际赛程的需要。当比赛队A对得1分时，按下A+1键；得2分时，按下A+2键；得3分时，按下A+3键；当加分出现错误时，可以按A-1键减1分，可以达到调整分数的作用；依照同样的方法可以记录B对的得分。采用单片机控制使这个系统按键操作使用简洁，LED显示，安装方便。解决了篮球比赛计分器的安装问题，节约了线材，适合在各种规模的体育场馆使用，完全可以代替传统的用钟表进行计时的方法，当然稍加改动也可以用于其他球类比赛，是体育器材向智能化发展的一个实例。1.3设计任务和要求任务： 设计一个用于赛场的篮球计时计分器。要求： 1、能记录整个赛程的比赛时间。 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，能交换甲、乙两队比分的位置。 4、比赛结束时，能发出报警声。第2章 系统总体方案及硬件设计2.1系统组成篮球比赛计分的准确性和计时的精确度是要求很高的,而单片机在这方面有着出色的表现。本系统采用频率为12 MHz 的芯片,整个系统由按键、计时显示、计分显示等部分组成：该系统组成方框图如图2-1 所示： 图2-1：系统原理框图2.1 AT89C52简介AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 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，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。P0口：P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口：P1口 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参见表1。Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低8 位地址。表1.P1.0和P1.1的第二功能引脚号功能特性P1.0T2，时钟输出P1.1T2EX（定时/计数器2）P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI 指令）时，P2 口输出P2锁存器的内容。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能P3 口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX 和MOVC指令才能将ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 禁止位无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。2.2系统定时控制部件设计定时控制部件是在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部和外部控制信号，使各功能元件协调工作，完成指令所规定的功能。主要任务是产生一个工作时序，其工作需要时钟电路提供一个工作频率。MCS-51内部有一个用于构成震荡器的高增益反向放大器，此放大器的输入端和输出端分别是XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接时钟源可构成时钟电路。单片机的生产工艺不同，时钟的产生方式也不同有内部和外部时钟产生两种时钟方式。本系统采用的是内部时钟产生方式，如图2-2所示：在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷谐振器，于内部反向器构成稳定的自激振荡器。其发出的脉冲直接送入片内的定时控制部件。图2-2 内部时钟产生方式2.3显示系统的设计（1）键盘控制模块是由键盘输入，键盘是一组按键的集合，它是最常见的单片机输入设备，是一种常开型按钮开关。常态时，按键的两个触点处于断开状态，如图2.3所示，键盘分为编码键盘和非编码键盘，键盘上闭合键的识别由专门的硬件译码器实现，并产生键编号或键值的称为编码键盘，如BCD码键盘、ASCII码键盘等；靠软件识别的称为非编码键盘。图 2.3 常开型按钮开关（2）LED显示器单片机中通常用7段LED构成字型“8”，另外，还有一个小数点发光二极管，以显示数字、符号及小数点。这种显示器有共阴极和共阳极两种，此课程设计采用的是共阳极。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器。一位显示器由8个发光二极管组成，其中，7个二极管构成字型“8”的各个笔画ag，另一个小数点为dp发光二极管。另外，将多个LED显示块组合在一起就构成了多位LED显示器。每个LED显示器的段引脚称为段选线，公共端称为位选线。段选线控制显示的字符，位选线控制该LED的亮和灭。按照显示器的工作方式不同，位选线和段选线的连接方法也不同。LED显示器有静态显示和动态显示两种方式根据系统设计要求,为了显示比赛的时间及比分,采用了8个7段LED显示器，其中4个用于显示比赛时间,分别显示分和秒，开始显示时间为1200，本设计中每节时间定为12分，能用按键实现开始，停止，复位操作，其余4个用于显示主队和客队的分数.其分别用8个按键实现对分数的控制，能够实现加一分，俩分，三分的控制，其中还设计了由于裁判误判而导致的分数不公平，因此分别对二队设计了减分键其显示屏及控制键如图2-4和图2-5所示图2-5 俩队分数显示图2-4 俩队的控制按键2.4硬件原理图系统硬件图如下图2-6所示：图2-6硬件原理图第3章 软件设计3.1主程序设计主程序主要由系统初始化段、开中断、键盘识别、键值处理、数码管显示器扫描显示子程序和中断处理子程序等组成。通过对以上各段和子程序的结合，以实现系统功能。该系统主程序流程图如下图3-1所示。开始TR0=0显示时间和比分开始/暂停按钮按下?NYTR0位取反开始计时开始计时开始/暂停按钮按下?NY加减分处理 图3-1主程序流程图3.2 主程序见附录13.3键盘识别及处理程序设计按键识别及处理程序主要由键盘识别和键值处理组成。其中键盘识别子程序不断地对键盘进行判断是否有键按下。当有键按下时则转到键码处理即甲、乙总分处理子程序对相应按键进行相应处理，即可实现对甲、乙两队总分的计算与处理。 键值处理即先定义09这九个按键，再对三次按键值进行保存，再来判断是甲队还是乙队加减分，再判断是加还是减，最后判断加或减多少分，实现分别给甲、乙总分进行加分和减分。3.4 复位程序设计按钮与单片机P0.6/AD6引脚相连，当每次按下该按钮后，系统将通过软件实现对计分复位功能。在主程序运行过程中，只要系统识别到与单片机P0.6/AD6引脚相连的按键按下，程序则会转去执行复位程序，完成对甲、乙总分寄存单元的清零，显示器各位的显示数寄存单元的复位，执行完毕后，返回主程序。第4章 软件仿真4.1程序的编写由于keil在51单片机上的良好兼容性和本人对keil的熟悉，就使用keil来编写和调试程序。由于在这学期之前没有接触过汇编语言，编写程序时，遇到了诸多困难。但好在还有比较扎实的语言基础，在编写的时候能凭借书籍和网络，自己独立完成代码并排除语法错误。其后用keil生成HEX文件，用烧录软件把HEX文件写入单片机，并且用硬件进行调试。发现了大量的逻辑错误并改正，做到程序基本无漏洞。4.2程序的调试在软件仿真系统中能够实现以下功能 1 进入比赛，先设置时间为一节或着半场。默认是12分钟 2按下开始比赛或者暂停3上面的液晶显示为计时显示。下面的液晶显示为分数显示“左侧为攻左半场的队的分数，右侧为攻右半场的对的分数。”换场后依然如此。4 按下交换场地按键，重新计时。5 A+1，A+2，A+3，A-1，B+1，B+2，B+3，B-1进行两队分数调整课程设计体会通过这两个星期的课程设计，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。在这个过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经仿真成功而热情高涨。通过单片机课程设计，我加深了对单片机理论的理解，学回了怎样将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的不畏困难的挑战精神，从而不断地战胜自己，超越自己，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。此次课程设计充分锻炼了我的设计能力，给我们注入了一些全新的认识，为我以后的设计和实验奠定了基础，也为引导我以理论结合实践起到重要意义。致 谢在这次课程设计中，我在整个设计过程中懂得了许多东西，也培养了独立思考和设计的能力，树立了对知识应用的信心，相信会对今后的学习工作和生活有非常大的帮助，并且提高了自己的动手实践操作能力， 使自己充分体会到了在设计过程中的成功喜悦。虽然这个设计做的不是很理想，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我受益良多。通过这次课程设计，明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作和生活中都应该不断的学习，努力提高自己的知识和综合素质，并将理论与实际相结合，理论与实际同样重要。 设计过程中我感受到了张老师对学生的那种诲人不倦的精神，每天的固定时间，老师都来给我指导，使我少走弯路，顺利完成实习任务，请允许我向您致意崇高的敬意，非常感谢您！附录1：源程序代码ORG 0000HLJMP MAINORG 0003HLJMP CHANGEORG 000BHLJMP TIMEORG 0013HLJMP TIAOSHIORG 001BHLJMP YANSHIMAIN: MOV SP,#50H MOV TCON,#04H MOV 20H,#00H ;秒 MOV 21H,#0CH ;分 MOV 22H,#00H ;A队分数; MOV 23H,#00H ;B队分数; MOV 24H,#02H ; MOV 25H,#01H MOV 26H,#0CH ;分钟定时区; MOV 30H,#00H ; MOV 31H,#00H ;时间缓冲区; MOV 32H,#02H ; MOV 33H,#01H ; MOV 34H,#00H ; MOV 35H,#00H ;分数显示缓冲区; MOV 36H,#00H ; MOV 37H,#00H ; MOV 39H,#03H ;TIAN HEIHEI MOV TMOD,#11H MOV TH0,#0D8H MOV TL0,#0F0HMOV TH1,#0D8HMOV TH1,#0F0H MOV IE,#10001111B MOV IP,#05H MOV R2,#64HCLR P3.6START:LCALL DISPT LCALL DISPF JNB P1.0,PP1 ;A队加一分 JNB P1.1,PP2 ;A队加两分 JNB P1.2,PP3 ;A队加三分 JNB P1.3,PP4 ;A队减一分 JNB P1.4,PP55 ;B队加一分 JNB P1.5,PP66 ;B队加两分 JNB P1.6,PP77 ;B队加三分 JNB P1.7,PP88 ;B队减一分 JB P3.0,START LCALL DELAY JB P3.0,STARTSTOP1:JNB P3.0,STOP1 LCALL DELAY JNB P3.0,STOP1 CPL TR0 ;按键奇数次开始，偶数次暂停 LJMP STARTPP55: LJMP PP5PP66: LJMP PP6PP77: LJMP PP7PP88: LJMP PP8PP1: LCALL DELAY JB P1.0,PPBSTOP11:JNB P1.0,STOP11 LCALL DELAY JNB P1.0,STOP11 INC 22H MOV A,22H LJMP STOREAPP2: LCALL DELAY JB P1.1,PPBSTOP22:JNB P1.1,STOP22 LCALL DELAY JNB P1.1,STOP22 MOV A,22H ADD A,#02 MOV 22H,A LJMP STOREAPP3: LCALL DELAY JB P1.2,PPBSTOP33:JNB P1.2,STOP33 LCALL DELAY JNB P1.2,STOP33 MOV A,22H ADD A,#03 MOV 22H,A LJMP STOREAPP4: LCALL DELAY JB P1.3,PPBSTOP44:JNB P1.3,STOP44 LCALL DELAY JNB P1.3,STOP44 DEC 22H MOV A,22HSTOREA:MOV B,#0AH DIV AB MOV 34H,B MOV 35H,APPB: LJMP STARTPP5: LCALL DELAY JB P1.4,PPCSTOP55:JNB P1.4,STOP55 LCALL DELAY JNB P1.4,STOP55 INC 23H MOV A,23H LJMP STOREBPP6: LCALL DELAY JB P1.5,PPCSTOP66:JNB P1.5,STOP66 LCALL DELAY JNB P1.5,STOP66 MOV A,23H ADD A,#02 MOV 23H,A LJMP STOREBPP7: LCALL DELAY JB P1.6,PPCSTOP77:JNB P1.6,STOP77 LCALL DELAY JNB P1.6,STOP77 MOV A,23H ADD A,#03 MOV 23H,A LJMP STOREBPP8: LCALL DELAY JB P1.7,PPCSTOP88:JNB P1.7,STOP88 LCALL DELAY JNB P1.7,STOP88 DEC 23H MOV A,23HSTOREB:MOV B,#0AH DIV AB MOV 36H,B MOV 37H,APPC: LJMP STARTDELAY:MOV R4,#5HDL00: MOV R5,#0FFHDL11: DJNZ R5,DL11 DJNZ R4,DL00 RET;时间中断程序;TIME: PUSH ACC PUSH PSW MOV TH0,#0D8H MOV TL0,#0F0H DJNZ R2,RET0 MOV R2,#64H MOV A,20H CLR C DEC A MOV 20H,A MOV A,21H CJNE A,#00H,PFF ;非0分跳转; MOV A,20H CJNE A,#00H,PFF ;非0分0秒情况跳转; CLR TR0 ;比赛结束停止计时; MOV 20H,#00H MOV 21H,#00H MOV 32H,#00H MOV 33H,#00H LCALL MINGYIN MOV 21H,26H MOV 30H,#00H MOV 31H,#00H MOV 32H,24H MOV 33H,25H LJMP RET0PFF: MOV A,20H CJNE A,#0FFH,OUT MOV 20H,#59 ; MOV 30H,#09H MOV 31H,#05H MOV A,21H DEC A MOV 21H,AOUT: MOV A,20H MOV B,#0AH DIV AB MOV 30H,B MOV 31H,A MOV A,21H MOV B,#0AH DIV AB MOV 32H,B MOV 33H,ARET0: POP PSW POP ACC RETIYANSHI:PUSH ACC ;定时器1中断 PUSH PSW MOV TH1,#0D8H MOV TL1,#0F0H DJNZ R2,RET1 MOV R2,#64HDJNZ 39H,RET1MOV 39H,#03H ;TIAN HEIHEIMOV R2,#64H CLR TR1CLR P3.6RET1: POP PSW POP ACC RETI;鸣音子程序;MINGYIN: SETB P3.6SETB TR1 RETI;时间显示程序;DISPT: MOV R0,#30H MOV R3,#0F7H MOV A,R3PLAYT:MOV P2,A MOV A,R0 MOV DPTR,#DSEG1 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DL1 MOV P2,#0FFH MOV A,R3 RR A JNB ACC.7,LD1 INC R0 MOV R3,A LJMP PLAYTLD1: RET;比分显示程序;DISPF:MOV R0,#34H MOV R3,#7FH MOV A,R3PLAYF:MOV P2,A MOV A,R0 MOV DPTR,#DSEG1 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DL1 MOV P2,#0FFH MOV A,R3 RR A JNB ACC.3,LD1 INC R0 MOV R3,A LJMP PLAYF AJMP LD1;调时时间显示程序;DISPW: MOV R0,#24H MOV R3,#0F7H MOV A,R3PLAYW:MOV P2,A MOV A,R0 MOV DPTR,#DSEG1 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DL1 MOV P2,#0FFH MOV A,R3 RR A JNB ACC.1,LD1 INC R0 MOV R3,A LJMP PLAYWDL1: MOV R7,#05HDL: MOV R6,#0FFHDL6: DJNZ R6,DL6