篮球比赛计时计分器的设计与实现论文.doc

篮球比赛计时计分器的设计与实现2010年6月摘 要体育比赛中的计时计分系统是对体育比赛过程中所产生的时间、比分等数据信息进行快速采集、加工处理、传递和利用的系统。此系统能否清晰、稳定、精确的反应体育比赛中的客观数据，直接影响到比赛的公平性和公正性。本文针对上述情况研制了篮球赛计时计分器。该系统以单片机为核心，利用7段共阴LED作为显示器件。为了配合计时器和计分器校正、调整时间和比分，在本设计中设立了8个按键，分别用于记录甲、乙两队的分数；设置、调整、启动、暂停赛程时间等功能，本系统还设计了定时报警系统。实践证明，该系统精度高、稳定性好、抗干扰性强，具有一定的应用前景和使用价值。关键词：计时器；计分器；单片机；LED显示器AbstractSports timing subsystems of the sports that are generated in the course of time, lead to rapid collection of data and other records, processing, transmission of information systems. The system can clear, stable and accurate response in the sports of the objective data, a direct impact on the fairness of the competition and impartiality. In this paper, the above development of a basketball game-time points. The system is singlechip as the core, the use of paragraph 7 overcast as the LED display. To tie in with the timer and points for correction, to adjust the time and score, in the design of the establishment of the seven keys were used to record A, B two scores; set up, adjust, and suspend the race start time, and other functions. The system also designed the regular alarm system. Practice has proved that the system of high precision, good stability, strong anti-interference, have a certain value in use and application prospects.Key words: timer; points; singlechip; LED display目 录1 绪 论11.1 课题背景11.1.1 篮球赛计时计分器发展过程21.1.2 篮球赛计时计分器研究目的与意义21.2 课题任务及要求31.3 课题内容及安排32 篮球赛计时计分器的总体方案论证52.1篮球赛计时计分器的硬件方案论证52.2篮球赛计时计分器的软件方案论证62.3篮球赛计时计分器部分器件方案论证82.3.1 硬件译码与软件译码的比较82.3.2 AT89C52与AT89S52的比较93 篮球赛计时计分器的硬件设计103.1球赛计时计分器的工作原理103.2计时电路的设计103.2.1赛程时间设置113.3.2计时电路的工作原理113.2.3 赛程时间启/停设置123.3计分电路的设计123.3.1 计分电路的工作原理123.3.2 比分刷新控制器133.4 报警电路设计143.5 单片机的选择143.6 显示电路的设计173.7 复位电路的设计204 篮球赛计时计分器的软件设计214.1 监控程序设计214.2 计时显示子程序设计224.3 计分显示子程序设计244.4 LED显示子程序设计265 篮球赛计时计分器的整体调试275.1 调试分析275.2 故障调试及解决方式275.3 联调结果29结 论33社会经济效益分析34参考文献35致 谢37附录电路原理图38附录 程序清单39附录 元器件清单5856- -1 绪 论在我们生活的大千世界上，人类已进入了科学技术空前发展的信息社会。在这个瞬息万变的信息社会里，随着大规模集成电路、计算机技术的迅速发展，以及人工智能在测试技术方面的广泛应用，传统电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨大的变化，逐步形成了一种完全突破传统概念的新一代的仪器智能仪器。目前，大多数传统的电子仪器已有相应换代的智能仪器产品，而且还出现了不少全新的仪器类型，使现代电子仪器发生了根本性的变化。1.1 课题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,比分等数据信息进行快速采集记录、加工处理、传递和利用的系统。根据运动项目的不同，比赛规则要求也不同，体育比赛的计时计分系统包括测量类，评分类，命中类，制胜类和得分类等多种类型。篮球比赛是根据运动队员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的，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。1.1.1 篮球赛计时计分器发展过程篮球是以投篮为中心的对抗性体育运动之一，1892年1月(另一种说法是1891年12月)，为美国马萨诸塞州菲尔德基督教青年会训练学校教师詹姆士奈斯密斯博士所创。为了完善篮球游戏，他在1892年制定了13条规则，后逐步修改和增加条款，出场人数也逐渐减少，直至规定每队5人，这才成为现代的篮球运动，同时伴随着篮球的出现，篮球赛计时计分器也应运而生了。起初，并没有正规的计时计分器，只有简单的比赛计时钟和记录板。1932年，刚诞生的国际篮联以美国大学使用的篮球规则为基础，制定了第一份世界统一的竞赛规则，同时篮球赛计时计分器也开始进入了电子时代 ，开始出现比赛计时钟、简单电路搭成的计分电路。供暂停时用的计秒表或适宜的（可见的）装置（不是比赛计时钟）。两个独立的、显然不同的和非常响亮的信号，记录表，队员犯规标志牌。80年代是高度、技术和速度同步发展时期，各国在重视发展高度的同时，电子技术也进入一个新的阶段，逐步形成了一种完全突破传统概念的新一代的仪器智能仪器。目前，大多数传统的电子仪器已有相应换代的智能仪器产品，同时以单片机为控制核心，智能器件也应用到了篮球赛场中。1.1.2 篮球赛计时计分器研究目的与意义经过多年的研究与生产实践，解决了篮球赛计时计分器稳定性能低、精确度低、体积笨拙等制造工艺上的难题。但是篮球赛计时计分器还不能广泛应用于各种场所，它的成本很高，一些中小型工厂、学校、企业还是延续手到计时和计分。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。解决了篮球比赛计数器的安装问题，节约了线材，适合在各种规模的体育场馆使用，完全可以代替传统用的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。虽然篮球比赛中很早就开始研究应用了电子计时计分器，但通常都是利用模拟电子器件、数字电子器件或是模拟、数字混合组成的, 其稳定性和高准确度计时计分仍存在一些问题。随着科学技术的发展和电子技术的不断更新，对其稳定和高准确度计时计分的实现至今仍是生产和科研的课题。工程技术的电子化、集成化和系统化促进了电子工程技术的发展，同时也促进了电子工程技术在社会各行业中的广泛应用。随着单片机在各个领域的广泛应用，许多单片机作控制的球赛计时计分系统也就应运产生，例如用单片机控制LCD液晶显示器的计时计分器，用单片机控制LED七段显示器的计时计分器等。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计分器的稳定性和准确性。1.2 课题任务及要求本毕业设计要求利用AT89C51单片机编程控制LED七段数码管作显示的球赛计时计分系统。本系统具有赛程定时设置、赛程时间暂停、及时刷新甲、乙两队双方的成绩以及赛后成绩暂存等功能。它具有价格低廉、性能稳定、操作方便且易携带等特点。广泛适合各类学校和小团体作为赛程计时计分。篮球比赛上下半场四节制，每节12分钟，要求能随时暂停，启动后继续计时，一节比赛结束后可清零。按篮球比赛规则，进攻方有24秒为例计时。分秒显示用LED数码管。该计时器采用按键操作、LED显示，非常实用。此计时器在程序参数稍加修改后也可作为其他球类比赛的计时计分器。毕设方案：1.阅读主要参考文献，收集有关资料。2.进行整体方案设计，做出开题报告。3.老师审查通过后，焊接或在面包板上搭接电路。4.仿真调试通过后，固化程序，脱离开发系统运行。5.在实验室进行环境模拟，测试系统。1.3 课题内容及安排本文对篮球赛计时计分器的设计进行了详细的介绍，共分五章。第1章简要介绍了整个课题的研究背景、目的、意义及整个任务的要求安排；第2章是针对此次课题的任务进行方案论证，尤其指明了显示部分相应的处理方案，及其优劣取舍，之后还包含了硬件方案和软件方案分析；第3章具体介绍了篮球赛计时计分器的硬件设计，包括计时电路、计分电路以及比赛结束报警电路的设计等；第4章阐述了篮球赛计时计分器的软件设计，包括时间显示子程序，分数显示子程序，延时子程序的设计等。第5章是针对硬件调试、软件调试和整机联调的结果进行了具体的分析和说明。2 篮球赛计时计分器的总体方案论证篮球赛计时计分器的整体设计中最重要的部分是对篮球赛中的得分数据以及赛程时间处理后显示，虽然篮球比赛中很早就开始研究应用了电子计时计分器，但其稳定性和高准确度计时计分仍存在一些问题，随着科学技术的发展和电子技术的不断更新，对其稳定和高准确度计时计分的实现至今仍是生产和科研的课题。尤其是单片机已广泛应用在各个领域，计时计分器已经进入数字化，智能化时代。篮球赛计时计分器设计关键是必须考虑和解决在比赛过程中，对数据稳定、精确、客观的显示，能够抵抗各方面的干扰，给队员以及场内、场外的观众一个清晰，明了的结果，尤其对于参赛的队员特别重要，客观、清晰的显示赛场上的数据，直接影响队员的决策。为了解决上述问题，在所研制篮球赛计时计分器中采用软硬件结合的方式，使研制成的篮球赛计时计分器具有很好的稳定性及抗干扰性，且能保持较高的精确度，很符合需要。2.1篮球赛计时计分器的硬件方案论证本系统采用单片机AT89S52作为核心元器件，利用7段共阴LED作为显示器件，分别用于显示比赛过程中的时间以及甲、乙两对的分数。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。其次，为了配合计时器和计分器校正、调整时间和比分，在本设计中特定设立了按键。分别用于刷新甲、乙两队的分数、设置赛程时间、调整赛程时间、启动赛程时间、暂停赛程时间等功能，使所设计的系统完全符合实际比赛中的需求。再次，本系统还设计了定时报警系统，即比赛时间结束时，立即通过扬声器发出持续的报警声，提示整个赛程结束。系统硬件电路由以下几个部分组成：单片机AT89S52；计时电路；计分电路；报警电路；比赛进程显示电路；按键开关。其中计时电路完成赛程时间的设定，随时刷新的功能，系统硬件结构框图如图2.1所示。图2.1 篮球赛计时计分器的结构框图系统设计过程中采用单片机AT89S52作为核心元件，所以应该全面、深度掌握单片机的结构、特点以及它的工作原理，才能更好的发挥单片机的强大功能，完成本次毕业设计的任务要求。2.2篮球赛计时计分器的软件方案论证如果硬件是整个设计的基础，那么软件就是整个设计的灵魂所在，它可以使仪器的主要功能得以实现。而在软件设计方法中，结构化设计是使用最广泛的，最有效的，所以一般都采用模块化设计的思想进行程序设计。根据这一原则和毕业设计任务书的要求，本设计的软件部分主要包括：计时显示模块，计分显示模块，延时模块等几大模块。各程序以模块形式进行设计，独立成章，运行过程中可以调用执行，整个篮球赛计时计分器的软件流程图如图2.2所示。图2.2 主程序流程图2.3篮球赛计时计分器部分器件方案论证在整体方案设计过程中，对方案的选择以及元器件的选择，往往会影响到，整个系统设计的成功与否。所以在方案论证中，这一环节不是可缺少的。2.3.1 硬件译码与软件译码的比较硬件译码即采用专用的带驱动器的LED段译码器，如CD4511，MC14495，74LS164等。在本次设计中，并没有选用 CD4511，MC14495，74LS164为LED显示器的译码芯片。而是直接将AT89S52通过电阻连接LED显示器。软件译码是在软件设计时，在数据段定义09共10个数字。在程序中利用查表指令MOVC指令进行软件译码。现假设用共阴极LED来显示数据，则可以用以下一段程序实现09的显示,与单片机接口图如图2.3所示。AT89S52图2.3 位动态LED显示器电路MOV R1，#0AHMOV R0，#00HBUF：MOV A，R0 MOV DPTR，#DATA MOVC A，A+DPTR MOV P1，A INC R0 DJNE R1，BUF SJMP NEXTDATA：DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H，7FH，6FH通过上述比较，可以得出，软件译码方案，简单，可实施性强，所本设计选用软件译码。2.3.2 AT89C52与AT89S52的比较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，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52有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，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52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。AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗电路，片内时钟振荡器。通过上述比较，根据本设计的实际要求，AT89S52符合设计要求，且简单易行，本设计选用AT89S52。3 篮球赛计时计分器的硬件设计硬件是整个篮球赛计时计分器设计的基础，怎样选择合适的器件来焊接整个电路十分关键，也是本章叙述的重点。除此之外，以下部分还会分别阐述所选器件的特性和原理，以及它们所能实现的功能。3.1球赛计时计分器的工作原理整个篮球赛计时计分器的工作过程如下：首先在比赛之前，接通电源，系统自动复位，此时计时电路与计分电路中的共阴极数码管全部显示为0000、000 000和00；然后我们按计时电路中的K5按键进入设置比赛时间系统，通过计分电路中的K1、K2、K7、K8按键来设置比赛时间的十位数和个位数，时间设置好时按下K5按键表示时间设置完成，等待赛程开始，当裁判吹响开始哨声时，立即按K4键，启动计时，这时计时电路便工作，计时采用倒计时方式。单节比赛还有10S结束时，蜂鸣器会发出连续10秒钟响声，比赛结束时蜂鸣器会一直响，通知单节比赛结束。在整个赛程中，还要对两队比分进行及时刷新，这时通过计分电路中的K3K6键完成此功能，K1和K2键完成甲队加、减分，K7和K8键完成乙队加、减分。按键每按一下，表示加或减1分。由于加、减分本设计中采用中断完成，且加、减的中断优先权小于计时电路的中断优先权，所以不会对计时电路造成影响。如果在赛程过程中，一方教练申请暂停时，经裁判批准，立即按K4键，即可以暂停计时，暂停时间到时，再按K4键继续计时，直至单节赛程结束，蜂鸣器会发出连续秒的响声，全场四节比赛一样。3.2计时电路的设计在此部分电路设计中,采用单片机通过三极管直接连接LED数码管。由于所有的段选码连在一起，所以同一瞬间只能显示同一种字符。但如果要显示不同字符，则要借助位选口来控制，本设计采用共阴显示，所以只要P2.0P2.3输出高电平即可。例如，现在要显示5678四个数字，则首先应该将“5”的显示代码（共阴LED的显示代码为6DH）由P1.0P1.3送出。然后P2.0P2.3输出相应位码（共阴LED时P2.0P2.3输出1000）时，则可以看到在数码管1上的显示数字“5”。再将显示的数字“5”延时510ms，以造成视觉暂留效果；同时代码由P1.0P1.3送出。用同样的方法将其余3个数字“678”送数码管2、3、4显示，最后则可以在4位LED上看到“5678”四个数字。为了使显示效果稳定，可以使每个数码管显示的数字不断重复，当重复频率达到一定程度时，加之人眼视觉暂留作用，便可以看到相当稳定的“5678”四个数字。图3.1为模拟以上显示的过程图。图3.1 模拟显示5678的过程图3.2.1赛程时间设置计时电路主要由按键开关K1、K2、K7、K8，单片机AT89S52以及LED显示器构成。其工作过程如下：当调时开关K5按下时，进入时间设置；K1、K2用于计时电路的分钟加减设置，K7、K8用于计时电路秒钟加减设置。当比赛结束时，如果由于一些特殊原因需增加比赛时间，这时增加比赛时间同样由按键开关K5用来设置，K1、K2、K7、K8用来调节，且方法跟上面一样。3.3.2计时电路的工作原理时间设置完后，启动单片机内部定时器，开始定时计数。计时采用倒计时，比如：设置的单节时间为12分钟，则在LED上显示1200四位数。定时计数60秒后中断返回，继续定时计数下一个60秒；同时则在4位LED显示器上显示1159四位数，表示时间已过去1秒钟，即为11分59秒。这样一直持续下去。直到变为“0000”时表示赛程结束。如果比赛中，裁判叫暂停，则只要按一下K4键，即可暂停计时。计时电路的原理如图3.2所示：图3.2 计时电路的原理图3.2.3 赛程时间启/停设置当时间设置完后，比如设置赛程时间为12分钟，则在图3.2所示的LED显示器上则显示为1200，12表示分钟，00表示秒钟。这时，如果裁判吹响开始哨声时，则应立即按下按键K4，表示赛程开始，计时显示则由1200变成1159，1158一直计为0000时表示赛程结束。如图3.2所示，按键K4为赛程启动和暂停控制。3.3计分电路的设计8051系列单片机除了有4个8位并行口外，还有一个能同时进行串行发送和接收的全双工串行通信口。它能同时发送和接收数据，还能作为同步移位寄存器用。球赛计分电路正是利用了89S52单片机串行口可以外接串行输入并行输出移位寄存作为输出口来实现球赛比分刷新显示的。3.3.1 计分电路的工作原理计分电路主要由单片机AT89S52、电阻、LED显示器以及按键开关组成。其工作过程如下：按键开关K1、K2、K7、K8组成甲、乙两队加减分控制。按键开关K1、K2、K7、K8一端接地，另一端输入单片机AT89S52的P1.0、P1.1、P1.6、P1.7。当K1、K2、K7、K8四个按键的任何一个按下时，与门的8脚输出都会产生低电平使单片机发生中断，同时与单片机相连的对应端口也会产生一个低电平，从而使相应LED显示。3.3.2 比分刷新控制器由于在比赛中，甲、乙两队的比分是不断变化的，所以需设置比分刷新控制装置。图3.3 计分电路原理图此部分功能由图3.3所示的计分电路中的按键K1、K2、K7、K8完成：K1键：完成甲队加1分操作；K2键：完成甲队减1分操作；K7键：完成乙队加1分操作；K8键：完成乙队减1分操作。3.4 报警电路设计本设计采用压电蜂鸣器作为报警的音响器件，当P3.0给出还有10秒比赛结束的信号，蜂鸣器每秒钟响一次。如图3.4所示。 图3.4 驱动报警电路当比赛结束时，系统会自动发出3秒钟报警声，提示赛程结束。3.5 单片机的选择单片机自从问世以来就一直是工业检测、控制应用的主角。市场上常用的单片机有Intel公司的MCS-51系列，日本松下公司的MN6800系列等。其中，MCS-51由于单片机应用系统具有体积小，可靠性高，功能强，价格低等特点，很容易作为产品进行生产而更受青睐。然而作为本系统的核心元件，选择哪一型号的MCS-51系列单片机显得尤为关键，下面就逐个进行比较：8031单片机片内不带程序存储器ROM，使用时需外接程序存储器和一片逻辑电路74LS373，外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。用户若想对写入到EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没什么保密性可言。8051单片机片内有4K ROM，无须外接存储器和74LS373，更能体现“单片”的简练。但是编的程序无法烧写到其ROM中，只有将程序交芯片厂代为烧写，并是一次性的，今后都不能改写其内容。8751单片机与8051单片机基本一样，但8751单片机片内有4K的EPROM，用户可以将自己编写的程序写入单片机的EPROM中进行现场实验与应用，EPROM的改写同样需要用紫外线照射一定时间擦除后再烧写。89C51单片机为EPROM型，在实际电路中可以直接互换8051单片机或8751单片机，不但和8051单片机指令，管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的。 89C52是一种低功耗高性能的具有8K字节可电气烧录及可擦除的程序ROM的八位CMOS单片机。该器件是用高密度、非易丢失存储技术制造并且与国际工业标准89C51单片机指令系统和引脚完全兼容。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。本系统采用CPU为89S52的单片微机，89S52本身带有8K的内存储器，可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上，比以往惯用的8031CPU外加EPROM为核心的单片机系统在硬件上具有更加简单、方便等优点，而且完全兼容MCS-51系列单片机的所有功能。89S52管脚图如图3.5所示。图3.5 89S52管脚图下面介绍89S52的管脚功能如下：VCC : 电源GND: 地P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写1时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号 第二功能P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用）。P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。3.6 显示电路的设计显示器是最常用的输出设备，其种类繁多，但在单片机系统设计中常用的是发光二极管显示器(LED)和液晶显示器(LCD)两种，由于这两种显示器结构简单，价格便宜，接口容易实现，因而得到广泛应用。下面介绍发光二极显示器(LED)的结构、工作原理及其接口电路。(1)LED结构与原理LED显示器又称为数码管，它主要由8段发光二极管组成，如图3.6(a)所示。图3.6(a)中，a g为数字或字符显示段，h段为小数点显示，通过a g为7个发光段的不同组合，可以显示09和AF共16个数字和字母。例如，当a、b、g、e、d段亮时，显示数字“2”，当a、f、e、g段亮时，则显示字母“F”。LED可以分为共阴极和共阳极两种结构，如图3.6(b)和(c)所示。图3.6 LED显示原理图其中图(b)为共阴极结构。即把8个发光二极管阴极连在一起。这时如果需要点亮a g中的任何一盏灯，则只需要在相应端输入高电平即可；输入低电平则截止。比如我们现在要显示数字“3”，则只要在对应的a、b、c、d、g段送入高电平，在其他端送入低电平即可，点亮为“3”。图(c)为共阳极结构。其显示端输入低电平有效，高电平截止。（2）LED显示器显示方式点亮LED显示器有两种方式：一是静态显示；二是动态显示。(本设计采用动态显示)。所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止。如图3.8所示为4位静态LED显示器电路。该电路每一位可单独显示。只要在要显示的那位的段选线上保持段选码电平，该位就能保持显示相应的显示字符。这种电路的优点是：在同一瞬间可以显示不同的字符；但缺点就是占用端口资源较多。从图3.7可以看出，每位LED显示器需单独占用8根端口线。因而，在数据较多时往往不采用此种设计，而是采用动态显示方式。图3.7 4位静态LED显示器电路所谓动态显示，就是将要显示的多位LED显示器采用一8位的段选端口，然后采用动态扫描方式点亮各位显示器。在每一瞬间只使某一位显示字符，在此瞬间，段选控制I/O口输出相应字符段选码，而位选则控制I/O口在该显示位送入选通电平，以保证该位显示相应字符。如此轮流，使每位分时显示该位应显示的字符。如图3.8所示为4位LED动态显示电路。AT89S52图3.8 4位动态LED显示器电路3.7 复位电路的设计本系统的复位电路是采用手动复位的电路，是常用复位电路之一。手动复位是在任何时间都可以进行复位，在本次设计中独立设立一个按键，当按键按下时，整个程序会恢复到最初始状态，也就是单节时间为12分钟，双方比分为00:00状态。其电路如图3.9所示。图3.9 手动复位的电路4 篮球赛计时计分器的软件设计软件设计一般按下列步骤进行：先分析系统对软件的要求；然后在此基础上进行软件总体设计，包括程序整体结构设计和对程序进行模块化设计，模块化设计即将程序划分为若干个相对独立的模块；接着画出每一个专用模块的详细流程图，并选择合适的语言编写程序；最后按照软件总体设计时给出的结构框图，将各模块连接成一个完整的程序。在主程序的设计中要合理地调用各模块程序，特别注意各模块的入口、出口及对硬件的资源占用情况。采用模块化设计方法以后，依据系统的功能要求将软件的初始化模块、监控模块、计时模块、计分模块、显示模块、延时模块分别进行设计和调试，然后把它们连接起来，进行总调。 在划分模块时应注意：每个模块不宜太长，冗长复杂的设计不宜调用与运行，所以通常编制20-50行的程序段较合适；应使模块之间相互独立，尽可能限制模块之间的信息交换，以利于模块的调试；应尽量利用已有并且熟悉的模块。模块化设计的优点是：无论是硬件还是软件，每一个模块都相对独立，故能独立地进行设计、研制、调试和修改，从而使复杂的工作得以简化。模块之间的相互独立也有助于研制任务的分解和设计人员之间的分工合作，这样可提高工作效率和仪表的研制速度。上述各种研制调试完成之后，还需要将它们按一定的方法连接起来，才能构成完整的仪表，以实现数据输入、传输、处理和输出等各种功能。软件模块的连接，一般是通过监控主程序调用各种功能模块，或采用中断的方法实时地执行相应的服务模块来实现，并且按功能层次继续调用下一级模块。模块之间的联系是由数据接口（数据缓冲器和标志状态）来完成的。4.1 监控程序设计整个设计既要包含实现任务要求的各种功能程序，也要有可以监控仪器仪表正常工作，保证其可靠性方面的监控程序。整个仪器的测量都是自动完成的，所以设计一套功能完备的监控程序是必须的也是必要的。监控程序的主要作用是时时的响应来自系统的各种信息，按信息的类别进行处理；当系统出现故障时，能自动的采取有效的措施，消除故障，保证系统能够继续进行正常工作。4.2 计时显示子程序设计计时显示子程序主要由软件译码器以及LED来完成。本设计通过使用AT89S52控制LED显示计时器计时，P0口的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7对应计时LED输出。流程图如图4.1图4.1 计时显示子程序流程图根据上述流程图编写程序如下：/-时间处理if(R_SecondFlag)R_SecondFlag=0x00;/-if(R_Second=0)if(R_Minute)R_Minute-;R_Second=59;elseR_Second-;/-if(R_Minute=0)&(R_Second99)R_TeamScore_1=99;if(R_KeyFlagKEY2)/设置1队分数R_KeyFlagKEY2=0x00;/-R_BeepCount=50;R_TeamScore_1-;if(R_TeamScore_1200)R_TeamScore_1=0;if(R_KeyFlagKEY7)/设置2队分数R_KeyFlagKEY7=0x00;/-R_BeepCount=50;R_TeamScore_2+;if(R_TeamScore_299)R_TeamScore_2=99;if(R_KeyFlagKEY8)/设置2队分数R_KeyFlagKEY8=0x00;/-R_BeepCount=50;R_TeamScore_2-;if(R_TeamScore_2200)R_TeamScore_2=0;4.4 LED显示子程序设计显示子程序是字符显示，通过单片机的串口与移位寄存器相连，然后输出写显示命令。在显示过程中一定要调用延时子程序，其任务是将处理数据的结果送显示器显示。通过对LED显示子程序的编写、链接、调试等能够完成时间、分数的显示。8段LED共阴极常用字型码及其对应的显示字符见下表4.1所示：表4.1 8段LED共阴极常用字型码显示字符共阴极段码共阳极段码显示字符共阴极段码共阳极段码03FHC0H87FH80H106HF9H96FH90H25BHA4HA77H88H34FHB0HB7CH83H466H99HC39HC6H56DH92HD5EHA1H67DH82HE79H86H707HF8HF71H8EH5 篮球赛计时计分器的整体调试调试的任务主要包括硬件调试、软件调试和整体联调。由于硬件和软件的研制是相对独立进行的，因此软件调试是在硬件完成之前，而硬件也是在无完整软件情况下进行调试的。在调试中找出缺陷，判断故障源，对硬、软件做出修改，反复进行这一过程，直至确信没有错误之后，接入单片机进行整机联调。5.1 调试分析软件的调试和硬件的调试都是独立进行的，软件部分包括计时显示子程序、计分显示子程序、比赛进程节数显示子程序以及时间结束报警子程序等。调试方法按照先主后次的原则逐一调试即按照首先主程序调试，其次子程序调试，最后主程序调用各子程序调试的步骤。软件调试中整个测试过程可以使用伟福仿真箱进行模拟调试。在完成硬件部分的调试系统任务时，本设计首先利用Protel软件针对各部分电路设计，验证软件与硬件的正确性，然后在认证整个设计系统的可行性，从而实现系统的各个功能。完成整体程序的设计和硬件的搭接之后要能确保软件调试和硬件调试各自都正确无误，接着再对硬、软件进行联合调试。在调试中继续找出单独调试中无法显现的故障，反复进行改进软件、修改硬件设计的工作，直到所设计的篮球赛计时计分器系统达到现实所需要的性能要求，才能进行最后的软件固化与整机的组装工作。5.2 故障调试及解决方式一、虽然通过了Protel软件的电路原理图设计，但在整个系统焊制过程中，发现LED显示器在工作过程中温度过高，而且产生很大的热量。原因分析：电路中通过LED显示器的电流过大，导致产生过多的热量的原因。解决方法：在LED显示器接地端口，接入适当的电阻，起到限流的作用，本设计中在每个LED显示器都接入390的电阻用来限流。二、在调试系统的过程中，发现当有按键按下时，会产生很多信号，例如，在设置比赛时间时，按下设置键时，会多个输入信号，这样就与期望值不符。原因分析：由于机械触点有弹性，在按下或弹起按键时会出现抖动，从最初按下到接触稳定要经过数毫秒的弹跳时间，如图5.1所示。图5.1 按键产生抖动的原理图解决方法：消除抖动有硬件消抖和软件消抖两种方法：硬件消抖是利用加支抖动电路避免产生抖动信号；软件消抖是利用数字滤波技术来消除抖动。在本设计中采用软件消抖技术，在采集按键输入信号时，加入10ms的延时程序，即可消除抖动。三、硬件电路板计分LED显示器显示的都是乱码。原因分析：可能是LED损坏了，或者是电路焊接的问题，又或者是单片机输出的信号错误。解决方法：检测了电路之后发现电路的焊接没问题，重新检查之后才发现LED显示有规则的乱码，通过检查程序发现，编写程序时字型码编写错误，改正后，显示正确。5.3 联调结果经过以上调试检查，所焊接的电路板如下图5.2所示。图5.2 根据本文设计要求所焊接的电路板图5.3上电时，整个系统工作时的情况，效果比较清晰稳定。图5.3 上电后初始化图5.4所示为第一节比赛剩余时间46秒时，双方比分为：26：30，图5.4 单节时间剩余46秒时两队的比赛情况图5.5比赛时间还有7S，甲乙两队比分为93:92，同时蜂鸣器和二极管发出报警提示比赛马上结束图5.5 比赛还有7S结束时情况结 论本文设计的篮球赛计时计分器是在各种仪器连接使用的基础上设计而成的，只有充分了解有关智能仪器、单片机以及各部分之间的关系才能达到要求。如篮球赛计时分器包含了AT89S52系列单片机的最小应用系统的构成，同时在此基础上扩展了一些实用性强的外围接口。而且还必须了解LED显示器的结构、工作原理以及这种显示器的接口实例，还有就是怎样利用串行口来扩展显示接口等。整个课题的开发过程主要包括了硬件电路设计和软件程序的编写两个部分，主要任务是开发一个以89S52单片机为核心的篮球赛计时计分器，可实现赛程定时设置、赛程时间暂停、及时刷新甲、乙两队双方的成绩、甲、乙双方交换场地以及赛后成绩暂存等功能，并用LED显示。通过整机联调验证了系统的可行性，能满足设计要求，达到设计的指标。硬件部分由计时器，计分器，综合控制器等组成，精度较高，性能稳定。整个电路显示部分采用静态显示，静态显示的优点就是在同一瞬间可以显示不同的字符，但缺点就是占用端口资源较多。每位LED显示器需单独占用8根端口线。因而，在数据较多时往往不采用此种设计，而是采用动态显示方式。但是计时电路采用了硬件译码器。译码器的功能是将一种数码变换成另一种数码。译码器的输出状态是其输入变量各种组合的结果。译码器的输出既可以用于驱动或控制系统其他部分，也可驱动显示器，实现数字、符号的显示。本设计将所有程序直接编译在AT89S52中，可以随时进行控制。既节省了端口资源，又在同一瞬间显示了不同的数字，是本设计的一个特点。而在计分电路中，本设计利用AT89S52单片机的强大功能直接控制比分的加减。提高了系统的性能。节省了端口资源。本次设计使用4位LED显示器显示时间，4位LED分别显示甲、乙的分数，显示效果简单直观。通过以上论述可以发