计分器设计（程序+答辩稿+说明书）

任务书学生姓名学号班级专业设计题目计分器的设计指导教师姓名职称工作单位及所从事专业联系方式备注设计内容：本设计可用于工矿、学校蓝球场在控制台累计比赛得分并用显示屏显示分数。制成的电子计分器应该有预先设定的效果能从00开始计数；具有自动加一、加二、加三功能；具有倒计时功能；可用7段数码显示09数字；防止开关抖动，使电路误计数。设计任务：1完成电路设计方案的选择并设计电路；2整机电路原理分析并正确选择电路元件；3绘制整机电路原理图并进行电路仿真或实物制作；4撰写较详细的设计说明书。进度安排：134周：消化课题，收集相关资料，选择参考方案；256周：初步确定设计方案并熟悉部分器件的用途；379周：划分功能模块，设计单元电路；41015周：分析电路原理，基本完成设计过程，撰写设计说明书初稿；修改、完善并调试设计电路，进行电路仿真或实物制作；按毕业设计的各项要求整理设计说明书并修改、完善，检查定稿；516周：熟悉设计全过程，准备答辩。主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)：1康万新.毕业设计指导及案例剖析.北京:清华大学出版社.20072杨帮文.实用电子小制作精选.北京：人民邮电出版社.20063陈有卿.555时基集成电路原理与应用.北京：机械工业出版社.20064陈有卿.555时基电路原理、设计与应用.北京：电子工业出版社.20075王昊.通用电子元器件的选用与检测.北京：电子工业出版社.20056李广弟,朱月秀,王秀山.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社,2001审批意见教研室负责人：年月日备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。摘要篮球比赛记分器是为了解决篮球比赛记分的问题。本设计是采用单片机AT89C51作为核心元件，利用7段共阴LED作为显示器件，在此设计中共接入了3个LED数码管，2个2联7段共阴LED显示器，其中1个用于显示红队的分数，1个用于显示蓝队分数，1个4联7段共阴LED显示器，用于记录显示比赛时间，范围相当高,足够满足赛程需要。本文详细地介绍了系统硬件与软件的设计过程，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，采用该装置可根据实际情况进行比分修改，具有低功耗，可靠性，安全性以及低成本等特点。关键词AT89C51；计分电路；计时电路目录摘要.1第1章绪论.2第2章方案设计.32.1系统功能要求.32.2整体方案.3第3章硬件设计与分析.53.1单片机基本概念.53.2单片机系统电路设计.53.2.1单片机时钟电路.53.2.2单片机复位电路.63.3数据显示单元设计.73.3.1显示器原理简介.73.3.2计时电路.73.3.3计分电路.83.4键盘控制.93.4.1键盘功能.93.4.2键盘电路.9第4章软件设计与分析.114.1工作流程.114.2程序流程图.11第5章调试与运用.135.1仿真软件简介.135.2电路仿真.135.3调试.14结论.15参考文献.16附录A主电路.17附录B源程序.18附录C元器件明细表.27第0页第1章绪论篮球比赛记分器是为了解决篮球比赛记分的问题。此装置利用单片机AT89C51完成了记分的功能。本文详细地介绍了系统硬件与软件的设计过程，采用该装置可根据实际情况进行比分修改和显示，具有低功耗，可靠性，安全性以及低成本等特点。体育比赛记分系统是对体育比赛过程中所产生的比分进行快速采集记录，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，体育比赛的记分系统包括测量类，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，篮球比赛的记分系统是一种得分类型的系统。篮球比赛记分系统由记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，完善的篮球比赛记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。篮球记分器就是以单片机为核心的计分系统。本系统是采用单片机AT89C51作为核心元件。利用7段共阴LED作为显示器件。在此设计中共接入了2个2联7段共阴LED显示器和1个4联7段共阴LED显示器，其中1个用于记录红队的分数，1个用于记录蓝队的分数，1个4联7段共阴LED显示器用于记录显示比赛时间。第1页第2章方案设计2.1系统功能要求两队的比分由4个键来控制，其中KEY0用以切换当前比分球队，KEY1,KEY2,KEY3分别用来加1分，加2分，加3分。比赛时间由开始键控制，当比赛开始时先按下开始键使系统恢复初始状态，然后根据比赛情况开始对球队加分。2.2整体方案为了完成上述功能要求，篮球比赛记分器系统整体结构如图2-1,其中电路包括:AT89C51、时钟复位电路、键盘电路、计时电路、计分电路。该电路的原理框图，如图2-1所示：图2-1电路原理框图1显示方案选择方案一：静态显示就是当CPU将要显示的字或字段码送到输出口，显示器就可以显示出所要显示的字符，如果CPU不去改写它，它将一直保持下去；静态显示硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢，只适合显示位数较少的场合。方案二：动态显示就是在显示时，单片机控制电路连续不断刷新输出显示数据使各数码管一位一位地轮流点亮显示器地各个位。对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次；动态显示耗能较小，但编写程序较复杂。动态显示硬件连接简单，信息刷新速度快，节省I/O接口。第2页由于本次设计要求对比分进行时实检测与控制，所以选择的是方案二。2键盘方案选择方案一：独立式键盘的各个按键之间是相互独立的每一个按键连接一根I/O口线。独立式键盘电路简单，软件设计也比较方便，但由于每一个按键均需一根I/O口线，当键盘按键数量较多时需的I/O口线较多，应此独立式键盘只适合于按键较少的应用场合。方案二：采用4*4行列式键盘,它表示有4根行线和4根列线,在每根行线和列线的交叉点上有一个按键,组成了一个有16个按键的矩阵键盘。在篮球比赛记分器设计中KEY0为选择开关键，开始，停止，秒减，分减，KEY1，KEY2，KEY3为加法键。由于此次设计只需要用8个按键，所以选择的是方案一。第3页第3章硬件设计与分析3.1单片机基本概念单片机就是在一块硅片上集成了中央处理器（CPU）存储器和输入/输出接口（并行I/O串行通信口）振荡电路，计数器等电路的一块集成电路，这样的一块集成电路具有一台计算机的基本功能，因而被称为单片微型计算机，简称单片机(MCU）。单片机的种类很多。Intel公司首先于1976年6月推出了MCS-48系列单片机，又于1980年推出了MCS-51系列单片机（简称51单片机），1983年又推出了16位单片机MCS-96系列。世界上一些著名的电子器件公司都开发有自己的单片机产品。由于单片机具有体积小、功能强、成本低、功耗小等优点，所以在工业控制、智能仪表、通信技术、信号处理及家用电器产品中广泛应用。现在的单片机从功能上已突破微型计算机的传统功能，向着以单片机为核心，外接各种控制单元的专用单片机方向发展。3.2单片机系统电路设计在单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图3-1中电容器C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在530pF，典型值为30pF。晶振CYS的振荡频率范围在1.212MHZ间选择，典型值为12MHZ和6MHZ。3.2.1单片机时钟电路单片机时钟电路图，如图3-1所示。第4页图3-1单片机时钟电路图XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。3.2.2单片机复位电路复位电路就是在RST端（9脚）外接的电路，目的是使单片机上电开始工作时，内部电路从初始状态开始工作，或者在工作中人为让单片机重新从初始状态开始工作。在时钟工作的情况下，单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期以上的时间，AT89C51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设置成已知状态。实际应用中，复位操作有两种基本的形式：一种是上电复位，另一种是开关复位。上电复位，如下图3-2所示。图3-2上电复位电路第5页上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。图3-3开关复位电路开关复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间,用按钮开关操作使单片机复位。根据本设计的需要在比赛开始时按下按键P使系统恢复初使状态，实现对上场比分清0操作开始对新一场的比赛进行记分。所以在此设计中选择的是开关复位电路。单片机的复位操作使单片机经入初始化状态。初始化后，程序计数器PC=0000H，所以程序从0000H地址单元开始执行。单片机启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM的内容。3.3数据显示单元设计3.3.1显示器原理简介根据设计的特点，此显示选择的是动态LED显示。所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮显示器地各个位（扫描）。对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次。虽然在同一时刻只有一位显示器在工作（点亮），但由于人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余晖，我们看到的却是多个字符“同时”显示。显示器亮度既与点亮时的通道电流有关，也与点亮时间长短和间隔时间有关。调整电流和时间参数，即可实现亮度较高稳定的显示。3.3.2计时电路由于单片机端口驱动能力不足，所以在P0口上加上上拉电阻提高P0口驱动能力增加数码管亮度。8位共阴显示器与AT89C51的接口逻辑图，如图3-4所示。第6页图3-4计时电路图3.3.3计分电路8位共阴显示器与AT89C51的接口逻辑图，如图3-5所示。第7页图3-5计分电路图3.4键盘控制3.4.1键盘功能功能设置方法：KEY0是选择给哪队加分，在我此次设计中P3.4口接选择开关KEY0。当KEY0按是处于给红队加分的状态，当KEY0未按是处于给蓝队加分的状态；KEY1为加1分：每按下一次给当前球队加1分；KEY2为加2分：每按下一次给当前球队加2分；KEY3为加3分：每按下一次给当前球队加3分；3.4.2键盘电路键盘控制电路如图3-6所示。第8页图3-6键盘控制电路开始用于使仿真开始工作；停止用于在比赛过程在暂停；秒用于在比赛过程中减1s操作；分用于在比赛过程中减1分钟操作；KEY0用于选择，应是蓝队加减分状态，还是红队加减分状态，KEY1用于加1操作；KEY2用于加2操作；KEY3用于加3分操作。第9页第4章软件设计与分析系统的操作过程和工作过程在程序的设计过程中起着很重要的指导作用，因此在软件设计之前应首先分析篮球比赛记分器的工作流程。4.1工作流程当比赛开始时，计时器开始工作并先判断是哪个队投球进分，对进球的队进行加分，判断该加多少分。如果蓝队有人进了3分球该加3分时首先不按KEY0使其处于给蓝队加分状态，然后按下KEY3给蓝队加3分，当该加2分时按下KEY2，当加1分时按下KEY1。同理，当给红队加分时首先按KEY0使其处于给红队加分的状态，然后根据比赛情况对其进行加分。根据上面对工作流程的分析，系统软件可以分为以下几个工能模块：1键盘管理：检测键盘输入，启动系统工作；2计分显示：显示当前比分；3计时显示：显示当前比赛剩余时间。4.2程序流程图主程序模块:主程序流程图，如图4-1所示。第10页图4-1主程序流程图子程序流程图，T1中断如图4-2所示，T0中断如图4-3所示。图4-2T1中断图4-2T0中断第11页第5章调试与运用5.1仿真软件简介1KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。2ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。5.2电路仿真此设计的电路在ISIS软件中进行仿真，仿真总电路如图5-1所示。举例说明,描述下使用过程:例如显示当前状态为红队:蓝队=61:40。当蓝队选手投了三分球的时候按下KEY3给蓝队加3分，此时比分为61:43，当红队选手又投了两分球该加2分时，按下开关KEY0使处于给红队加分的状态，再按下键KEY2给红队加2分。第12页图5-1仿真电路图5.3调试通过在仿真软件中调试，本设计实现了在篮球比赛中对比赛分数的记录，能够对比赛时间进行倒计时的功能。第13页结论毕业设计是我们从大学毕业生走向以后工作岗位重要的一步。从最初的选题，开题到绘图直到完成设计。期间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复思考，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。通过这次实践，我了解了单片机AT89C51的用途及工作原理，熟悉了篮球比赛记分器的设计步骤，锻炼了我的动手能力，培养了自己独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。在我的毕业设计中，主要是以AT89C51单片机为核心对比赛分数的检测与显示进行了简单的设计与阐述。在设计开始时对硬件电路的选择非常重要，首先查找了大量资料确定了此设计应该用动态显示方案。对软件编程也是个很重要的过程,在设计过程中对延时时间的选择非常重要，如果延时时间选择不当系统可能不稳定。本次毕业设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析问题，但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解，等等。这次实践是对自己大学三年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人第14页参考文献1康万新.毕业设计指导及案例剖析.北京:清华大学出版社.20072杨帮文.实用电子小制作精选.北京：人民邮电出版社.20063陈有卿.555时基集成电路原理与应用.北京：机械工业出版社.20064陈有卿.555时基电路原理、设计与应用.北京：电子工业出版社.20075王昊.通用电子元器件的选用与检测.北京：电子工业出版社.20056李广弟,朱月秀,王秀山.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社,2001第15页附录A主电路第16页附录B源程序#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodetable=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;sbitKS=P30;sbitTZ=P31;sbitMJ=P32;sbitFJ=P33;sbitQH=P34;sbitYF=P35;sbitEF=P36;sbitSF=P37;uintmshi,mge,fshi,fge,miniter,feng,shi,ge,tt,aa,date,temp,temp1,dshi,dge,date1,flag,num;voiddelay(uintz)ucharx,y;for(x=z;x0;x-)for(y=100;y0;y-);voidzhuanhuan()mshi=miniter/10;mge=miniter%10;fshi=feng/10;第17页fge=feng%10;voidzhuanhuan1()shi=date/10;ge=date%10;voidzhuanhuan2()dshi=date1/10;dge=date1%10;voidkeyscan()if(KS=0)delay(5);if(KS=0)temp=0;TR0=1;TR1=1;while(!KS);if(TZ=0)delay(5);if(TZ=0)TR0=0;temp=0;第18页while(!TZ);if(MJ=0)delay(5);if(MJ=0)miniter-;if(miniter=0)miniter=60;while(!MJ);if(FJ=0)delay(5);if(FJ=0)feng-;if(feng=-1)feng=11;while(!FJ);voidkey()if(YF=0)第19页delay(5);date=date+1;if(date=99)date=0;while(!YF);if(EF=0)delay(5);date=date+2;if(date=99)date=0;while(!EF);if(SF=0)delay(5);date=date+3;if(date=99)date=0;while(!SF);第20页voidkey1()if(YF=0)delay(5);date1=date1+1;if(date1=99)date1=0;while(!YF);if(EF=0)delay(5);date1=date1+2;if(date1=99)date1=0;while(!EF);if(SF=0)delay(5);第21页date1=date1+3;if(date1=99)date1=0;while(!SF);voidmain()TMOD=0x11;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;TH1=(65536-2500)/256;TL1=(65536-2500)%256;EA=1;EX0=1;IT0=1;ET0=1;TR0=0;ET1=1;TR1=0;aa=0;miniter=60;feng=11;P3=0xff;shi=0;ge=0;tt=0;flag=0;temp=1;while(1)第22页keyscan();if(temp