篮球赛电子计时记分牌.wps

I 智能仪表综合课程设计 摘 要 篮球赛电子计时记分牌是根据篮球比赛特点设计的独立的信息采集 分配 评判和显示的系统 能实现比赛时间和分数的实时 准确 快捷处理和呈现 本设 计原理简单 主要采用AT89C52单片机作为微控制器 集合矩阵键盘 数码管和 LED 指示灯 通过键盘控制记分牌的工作状态 通过数码管和LED指示灯来反馈 信息 本设计在充分考虑了篮球比赛的实际情况基础上设计 具有友好的人机交 互接口 并且可以防止人为误操作造成的不良后果 具有一定的实用性 关键字 单片机 AT89C52 计时记分牌 篮球比赛 II 智能仪表综合课程设计 目录 1 智能仪器仪表的简介 1 1 1 智能仪器仪表简介 1 2 系统设计简介 2 2 1 篮球赛电子计时记分牌简介 2 2 2 设计要求 2 2 3 设计方案论证 2 3 系统硬件设计 3 3 1 单片机的选型 3 3 2 复位和振荡电路的设计 3 3 3 键盘输入模块的设计 4 3 4 信息提示模块的设计 4 3 5 系统总体电路 5 3 6 系统所用元器件 7 4 设计语言及软件介绍 8 4 1 汇编语言介绍 8 4 2 wave6000 软件介绍 8 5 系统软件设计 9 5 1 软件系统总体设计方案 9 5 2 软件系统流程图 9 5 2 2按键检测子程序设计 12 5 2 3 数码管显示子程序设计 12 5 3 控制源程序 13 5 3 1汇编程序 13 5 4 调试及仿真 24 结 论 26 参考文献 27 1 智能仪表综合课程设计 1 智能仪器仪表的简介 1 1 智能仪器仪表简介 仪器仪表 英文 instrumentation 仪器仪表是用以检出 测量 观察 计算 各种物理量 物质成分 物性参数等的器具或设备 真空检漏仪 压力表 测长仪 显微镜 乘法器等均属于仪器仪表 广义来说 仪器仪表也可具有自动控制 报警 信号传递和数据处理等功能 例如用于工业生产过程自动控制中的气动调节仪 表 和电动调节仪表 以及集散型仪表控制系统也皆属于仪器仪表 2 智能仪表综合课程设计 2 系统设计简介 2 1 篮球赛电子计时记分牌简介 目前球场记分牌在传统操作模式下 采用记分员手动翻动记分牌记分 工 作方式单一 由于种种弊端 电子记分板已经开始在一些大型的体育场流行起来 不仅发展速度迅猛并会逐渐取代传统的电子记分牌 电子记分板根据篮球比赛的特点 采用单片机为核心控制 LED 数码管 具有亮 度高 可视性好 功耗小 使用寿命长等优点 具有性能稳定 尺寸适中 运输安 装方式灵活 物美价廉等特点 特别适用于中 小型体育馆和训练馆 2 2 设计要求 分别设计篮球比赛用的计时牌和记分牌 上下半场各 20 分钟 要求能随时暂停 启动后继续计时 一场比赛结束后应可 清零重新开始比赛 能按照篮球计分规则计分并显示 2 3 设计方案论证 篮球记分器的硬件电路分成主控模块 键盘输入模块 信息提示模块三部分 进行设计 系统整体结构如图1所示 3 智能仪表综合课程设计 图1 系统硬件结构图 主控模块以AT89C52 为核心 完成输入输出信息处理 计时器中断响应 数 值计算等 协调整个系统有条不紊地工作 键盘输入模块作为人机交互接口 允 许用户控制系统的工作状态 完成如计时计分开始 暂停 交换场地 计时计分清 零 比赛队伍分数调整等功能 信息提示模块包含4个2 位8段数码管 6 个LED 和一个蜂鸣器 用于实时显示系统工作状态 方便用户进行下一步操作 3 系统硬件设计 3 1 单片机的选型 主控模块以 AT89C52 单片机作为微控制器 AT89C52 单片机是一种低电压 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 由于它的这些优良特性 AT89C52 单片机在电子行业 中有着广泛的应用 采用 AT89C52 作为微控制器 可以很好地满足篮球记分器 的系统要求 3 2 复位和振荡电路的设计 图 2 给出了 AT89C52 单片机的引脚分布和最小系统接法 3 3 矩阵键盘 AT89C52 主控模块信息提示模 块 数码管 LED 蜂鸣器 键盘输入模 块 4 智能仪表综合课程设计 图2 AT89C52单片机最小系统原理图 复位电路可以实现上电复位和按键复位两种复位方式 上电复位电路由电 容串联电阻构成 由图并结合 电容电压不能突变 的性质 可以知道 当系 统一上电 RST 脚将会出现高电平 并且这个高电平持续的时间由电路的 RC 值来决定 典型的51 单片机当RST 脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位 所以适当组合 RC 的取值就可以保证可靠的复位 按键复位电路则是通过按下 RESET 按键拉高 RST 引脚电平来实现的 晶体振荡电路由一个 12MHZ 石英晶振和两个 30pF 的电容组成 用于产生稳定 的时钟脉冲信号供单片机工作 5 智能仪表综合课程设计 3 3 键盘输入模块的设计 用户通过键盘输入模块对系统进行控制 键盘采用3 3矩阵式按键 其中按 键 START PAUSE 控制计时计分的开始与暂停 按键 EXCHANGE 用于在 半场结束后交换双方记分牌上的分数 按键 CLEAR 用于在比赛结束后清除 比分 其余的按键 A 1 A 2 A 3 B 1 B 2 B 3 用于给参加 比赛的 A B 两队加上相应的分数 3 3 矩阵按键的 6 条引线分别接至 AT89C52 的 I O 口 P3 0 P3 5 在单片机内部采用行列扫描法检测到按键按下 从而执行 相应的任务 矩阵键盘的连接方式如图3所示 图3 矩阵键盘的连接方式 3 4 信息提示模块的设计 信息提示模块包含 4 个 2 位 8 段共阴极数码管 图 4 6 个 LED 指示灯 6 智能仪表综合课程设计 图 5 和一个蜂鸣器 4 个数码管分别用两位数字显示比赛分钟 秒钟和赛场上两个篮板的分数 由于 单片机 I O 口资源有限 为了不占用太多的接口 在此使用 P0 口向数码管同时 送出数据 段选信号 和地址 位选信号 使用两个 74HC573 锁存器来分离 数据和地址 而 P2 0 和 P2 1 口分别用于使能段选锁存器和位选锁存器 由于 P0 口的电流驱动能力有限 所以外接了排阻 RP1 从而增强了对数码管的驱动 能力 图 4 数码管连接原理图 LED1 LED2 LED3 分别指示比赛状态 开始 暂停 和 结束 LED4 用于 进球 指示 在比赛进行时按下任何一个加分按键 进球 指示灯会 闪一下 在上半场比赛结束后按下 EXCHANGE 键 交换场地 指示灯 LED5 会亮 同时两个篮板的比分互换 ERROR 指示灯 LED6 用于指示用户 的操作出错 6个 LED 采用共阳极连接方式 其阴极分别接单片机 P1 0 P1 5 口 当单片机某口输出低电平时 对应的LED 亮 7 智能仪表综合课程设计 图5 LED指示灯连接原理图 蜂鸣器接在P1 6 口上 在半场结束或比赛结束后会发出提示音 3 5 系统总体电路 图 6 给出了系统硬件原理总图 8 智能仪表综合课程设计 图 6 系统硬件原理总图 3 6 系统所用元器件 本系统所用的元器件清单如表1所示 表1 本系统所用的元器件 元器件名称元器件名称数量数量 电阻8 电容3 单片机 AT89C521 锁存器 74HC5732 LED6 2位 8段数码管4 蜂鸣器1 排阻1 12M 晶振 1 按键开关10 5V 电源 1 导线若干 9 智能仪表综合课程设计 4 设计语言及软件介绍 4 1 汇编语言介绍 汇编语言是一种功能很强的程序设计语言 也是利用计算机所有硬件特性并 能直接控制硬件的语言 汇编语言 作为一门语言 对应于高级语言的编译器 需要一个 汇编器 来把汇编语言原文件汇编成机器可执行的代码 4 2 wave6000 软件介绍 这个软件是南京伟福公司的单片机开发软件 一般就是用在C51 单片机 不 需要购买仿真器 使用软件模拟器就可以了 使用很方便的 也支持KEILC 但最好不要在 WAVE 内使用 C 如果想用 C 编写 还是用 KEIL C 方便 WAVE6000 编译软件 采用中文界面 用户源程序大小不受限制 有丰富的窗口 显示方式 能够多方位 动态地展示程序的执行过程 其项目管理功能强大 可 使单片机程序化大为小 化繁为简 便于管理 另外 其书签 断点管理功能以 及外设管理功能等为51单片机的仿真带来极大的便利 10 智能仪表综合课程设计 5 系统软件设计 5 1 软件系统总体设计方案 单片机程序采用美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言开 发系统 Keil C 编写 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 Keil提供了包括C 编译器 宏汇编 连接器 库管 理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案 通过一个集成开发环 境 uVision 将这些部分组合在一起 Keil 采用工程方式集中管理源程序 编写单片机程序首先要建立工程 然 后在工程中添加源代码文件 在本系统的工程中包含6个C 代码文件 对应功能 介绍如下 My func h 自定义的头文件 存放常用宏定义 单片机I O 位定义 数据 类 型定义和所有 函数的声明 在其他 C 文件里只需 要写一句 include my func h 即可直接调用任意函数 省去了重复写定义和声明的麻烦 Main c 包含主程序main 是整个程序执行的入口 在main 函数里 调用 init 进行单片机的初始化 并在大循环里调用 key respond 和 display 不 断扫描按键输入 输出显示数据 同时设置定时器T0 以工作方式1计时 从而在 中断服务程序void Timer interrupt 1 里实现 1s 间隔的倒计时 Key scan c 包含按键扫描程序 key scan 该函数采用行扫描法获取按 键的状态 并将对应的键码传给Key respond c 中的函数key respond Key respond c 包含按键响应函数 key respond 该函数里决定是否对 按键请求进行响应 如果不响应 则调用宏 LED ERROR 使 ERROR 指 示灯闪动 如果响应 则调用相应函数完成不同的操作 如比赛状态的开始和 暂停 加分 交换场地和分数清零等 Display c 包含数码管显示驱动函数display 在这个函数里实现比赛分 数设置 比分交换 计时控制等 并通过P0 口送出段选信号 通过P2 0 和P2 1 送出位选信号 从而控制数码管的动态显示 My func c 被调用函数的集合 包含延时函数 void delay ms unsigned int xms 初始化函数init 和蜂鸣器发声函数sounder 11 智能仪表综合课程设计 5 软件系统流程图 CLEAR 键 按下 N N 下半场 结束 蜂鸣提示 Y 清除比分 Y Y 开机 复位 初始化 START 键按下 N 开始计时 计 分 加分键 按下 加分 Y Y N 上半场 结束 蜂鸣提示 Y EXCHANG E 键按下 互换比分 N N 12 智能仪表综合课程设计 图7 单片机程序总体流程图 5 2 1 主程序流程图 在主程序文件main c中包含两部分内容 分别是主函数和中断服务函数 首先是主函数 void main 这是整个程序执行的入口 在这个函数里 首先调 用 init 进行单片机的初始化 然后进入大循环 反复调用 key respond 和 display 两个函数不断扫描按键输入并输出显示数据 在中断服务函数 void Timer interrupt 1 里 设置定时器 T0 以工作方式 1 计时 计时时长为 50ms 计 时器每溢出一次 变量 intr num 自增一次 直至 intr num 等于 20 于是计时时 长达到 1s 在中断服务程序里 计时每达到 1s 篮球计时牌上的秒钟数就自减 1 秒钟减到0后 分钟自减 1 然后秒钟从 59开始继续自减 主程序和中断服务程序流程如图8 a 8 b 所示 图 8 a 主程序流程图 开始 初始化 显示比分 时 间 执行按键对应动作 有按键 按下 Y N 13 智能仪表综合课程设计 图8 b 中断服务程序流程图 5 2 2 按键检测子程序设计 1 原理与分析 按键检测子程序包括key scan c 和key respond c 两个 C 文件 在key scan c 中采 用行扫描法判断是哪个键被按下 返回相应的键码 如果没有按键按下 则返 回 0 在key respond c 中调用 key scan c 中的函数 根据得到的不同键码来执行 不同操作 如果键码为0 则不执行任何操作 对矩阵键盘的检测 有两种常用方法 行扫描法和线反转法 在此采用行扫描法 其识别按键的过程介绍如下 判断键盘中有无键按下 将全部行线置低电平 然后检测列线的状态 只要 有一列的电平为低 则表示键盘中有键被按下 而且闭合的键位于低电平线与 4 根行线相交叉的4 个按键之中 若所有列线均为高电平 则键盘中无键按下 判断闭合键所在的位置 在确认有键按下后 即可进入确定具体闭合键的过 程 其方法是 依次将行线置为低电平 即在置某根行线为低电平时 其它线为 高电平 在确定某根行线位置为低电平后 再逐行检测各列线的电平状态 若某 列为低 则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键 流程图 按键检测子程序执行流程如图9所示 N 比赛时间减 1s 计时 满 1s Y 中断 计时器装初 值 计时满 50ms Y N 14 智能仪表综合课程设计 图 9 按键检测子程序流程图 5 2 3 数码管显示子程序设计 动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起 由位选线控制是 哪一位数码管有效 从而大大地简化了硬件电路 选亮数码管采用动态扫描显示 所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选 利用发光管 的余辉和人眼视觉暂留作用 使人的感觉好像各位数码管同时都在显示 数码管动态显示的正确操作顺序应该是 1 段选赋值 2 位选赋值 3 位选左移 4 延时 5 消影 以 8 只数码管同时显示数字 0 7 为例来说明 include unsigned char code num table 10 0 x3F 0 x06 0 x5B 0 x4F 0 x66 0 x6D 0 x7D 0 x07 0 x7F 0 x6F 共阴极数码管字型码 0 9 毫秒延时 void delay ms unsigned int xms unsigned int i j for i xms i 0 i for j 110 j 0 j 数码管显示 void display void unsigned char i 有无按 键 按下 Y 返回键码 0 N 确定所在行 列 返回相应键 码 Y 键码 非 0 执行按键相应操作 N 15 智能仪表综合课程设计 while 1 P2 0 x7f P2 0111 1111 for i 0 i 8 i P0 num table i 线选信号 P2 P2 7 位选信号 先循环左移再赋给 P2 delay ms 5 P0 0 x00 先延时后消影 while 5 3 控制源程序 5 3 1 汇编程序 文件名 My func h ifndef MY FUNC H 防止重复定义 define MY FUNC H 头文件 include include 宏定义 define PLAY TIME1 define ON0 define OFF1 define MINUTE1 define SECOND2 define GRADE A3 define GRADE B4 define LED INIT LED run 1 LED pause 1 LED end 0 LED shoot 1 LED exchg 1 LED error 1 define LED RUN LED run 0 LED pause 1 LED end 1 define LED PAUSE LED run 1 LED pause 0 LED end 1 define LED END LED run 1 LED pause 1 LED end 0 define LED EXCHG LED exchg LED exchg define LED SHOOT LED shoot 0 delay ms 500 LED shoot 1 define LED ERROR LED error 0 delay ms 500 LED error 1 define TIMER START TR0 1 启动 T0 define TIMER PAUSE TR0 0 暂停 T0 define TIMER LOAD TH0 65536 50000 256 TL0 65536 16 智能仪表综合课程设计 50000 256 define TIMER INIT TMOD 0 x01 TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 EA 1 ET0 1 数据类型定义 typedef unsigned charuchar typedef unsigned int uint 位定义 sbit LED run P1 0 sbit LED pause P1 1 sbit LED end P1 2 sbit LED shoot P1 3 sbit LED exchg P1 4 sbit LED error P1 5 sbit SOUNDER P1 6 sbit LE duan P2 0 sbit LE wei P2 1 函数声明 extern void init void extern void delay ms uint xms extern void sounder void extern uchar key scan void extern void key respond void extern void game start void extern void game pause void extern void game clear void extern void display void extern uchar time grade increase uchar item char inc num extern void time grade set uchar item uchar num endif 文件名 main c include include my func h uchar intr num 0 主程序 void main init 初始化 17 智能仪表综合课程设计 while 1 key respond display 计时器T0 溢出中断服务程序 void Timer interrupt 1 T0 中断 TIMER LOAD T0 装初值 intr num if intr num 20 intr num 0 time grade increase SECOND 1 文件名 key scan c include include my func h 按键检测程序 返回键码 没有键按下时返回0 uchar key scan uchar temp key 0 P3 0 xfe 检测第 1列 temp P3 读取 P3 口状态 将 P3 状态赋给 temp 然后操作 temp 是为了不对P3 口产生影响 temp temp temp 低3位 对应P3 0 P3 1 P3 2 清零 只检测高 5 位 其实是P3 3 P3 4 P3 5 这三根列线 的状态 0 xf8 是 temp 低3位清零 后 没有按键按下的状态 if temp 0 xf8 第一次检测到按键按下 P3 3 P3 4 P3 5 这三根列线 中出现了0 delay ms 10 延时消抖 temp P3 重新读取 P3 口状态 18 智能仪表综合课程设计 temp temp if temp 0 xf8 确定按键按下 temp P3 再次读取 P3 口状态 switch temp case 0 xf6 START PAUSE 键按下 key 11 第 1行第1列 break case 0 xee key 12 break case 0 xde key 13 break default break while temp 0 xf8 temp P3 temp temp 等待按键释放 P3 0 xfd 检测第 2列 temp P3 temp temp if temp 0 xf8 delay ms 10 temp P3 temp temp if temp 0 xf8 temp P3 switch temp case 0 xf5 key 21 break case 0 xed key 22 break case 0 xdd key 23 break 19 智能仪表综合课程设计 default break while temp 0 xf8 temp P3 temp temp P3 0 xfb 检测第 3列 temp P3 temp temp if temp 0 xf8 delay ms 10 temp P3 temp temp if temp 0 xf8 temp P3 switch temp case 0 xf3 key 31 break case 0 xeb key 32 break case 0 xdb key 33 break default break while temp 0 xf8 temp P3 temp temp return key 文件名 key respond c include include my func h 20 智能仪表综合课程设计 按键响应 void key respond uchar key key scan 获取键码 if key 0 有键按下 if LED run ON 游戏进行中 响应除了 EXCHANGE 和 CLEAR 之外的按键 if key 11 game pause else if key 21 time grade increase GRADE A 1 LED SHOOT else if key 22 time grade increase GRADE A 2 LED SHOOT else if key 23 time grade increase GRADE A 3 LED SHOOT else if key 31 time grade increase GRADE B 1 LED SHOOT else if key 32 time grade increase GRADE B 2 LED SHOOT else if key 33 time grade increase GRADE B 3 LED SHOOT elseLED ERROR else if LED pause ON 游戏暂停 只响应 START PAUSE 键 半场结束才响应EXCHANGE 键 if key 11 game start elseLED ERROR else if LED end ON 游 戏 结 束 只 响 应 START PAUSE 和 CLEAR 键 if key 11 game start else if key 13 game clear elseLED ERROR void game start 21 智能仪表综合课程设计 if time grade increase MINUTE 0 0 如果是下半场结束 重新开始 else if LED end OFF 如果是上半场结束 time grade set MINUTE PLAY TIME time grade set SECOND 0 TIMER LOAD TIMER START LED RUN void game pause TIMER PAUSE LED PAUSE void game clear 比赛结束 比分清零 init 文件名 display c include include include my func h char minute second grade A grade B uchar code num table 10 0 x3F 0 x06 0 x5B 0 x4F 0 x66 0 x6D 0 x7D 0 x07 0 x7F 0 x6F 共 阴 极数码管显示0 9 的字型码 8 只数码管显示数字 void display 22 智能仪表综合课程设计 uchar display table 8 0 display table 8 存放 8 只数码管将要显示的字 型码 uchar i display 3 num display 4 num temp wei if second99 grade A 99 LED ERROR 比 分 超出显示范围 if grade B 99 grade B 99 LED ERROR if LED exchg ON display 3 num grade B display 4 num grade A 下半场 比分交换 else if LED exchg OFF display 3 num grade A display 4 num grade B 上半场 比分不交换 display table 0 num table uchar minute 10 第 1只数码管 display table 1 num table uchar minute 10 第 2只数码管 display table 2 num table uchar second 10 display table 3 num table uchar second 10 display table 4 num table uchar display 3 num 10 display table 5 num table uchar display 3 num 10 display table 6 num table uchar display 4 num 10 display table 7 num table uchar display 4 num 10 第8只数码管 23 智能仪表综合课程设计 temp wei 0 xfe 位选初值 1111 1110 for i 0 i 8 i P0 0 x00 消影 LE duan 1 打开段选锁存端 nop P0 display table i 段选信号 nop LE duan 0 关闭段选锁存端 P0 0 xFF 消影 LE wei 1 打开位选锁存端 P0 temp wei 位选信号 LE wei 0 关闭位选锁存端 temp wei temp wei 7 位选信号循环左移 delay ms 1 LE wei 1 P0 0 xFF LE wei 0 增大指定显示项的数字 显示项可以是 MINUTE SECOND GRADE A GRADE B uchar time grade increase uchar item char inc num uchar temp switch item case MINUTE minute inc num temp minute break case SECOND second inc num temp second break case GRADE A grade A inc num temp grade A break case GRADE B grade B inc num temp grade B 24 智能仪表综合课程设计 break default break return temp 给指定的显示项置数 显示项可以是 MINUTE SECOND GRADE A GRADE B void time grade set uchar item uchar num switch item case MINUTE minute num break case SECOND second num break case GRADE A grade A num break case GRADE B grade B num break default break 文件名 my func c include include my func h 初始化 void init void TIMER INIT 定时器初始化 装初值 等待计时开始 LED INIT LED 即游戏状态 初始化 SOUNDER 0 关闭蜂鸣器 time grade set MINUTE PLAY TIME 25 智能仪表综合课程设计 time grade set SECOND 0 time grade set GRADE A 0 time grade set GRADE B 0 毫秒延时 void delay ms unsigned int xms unsigned int i j for i xms i 0 i for j 110 j 0 j 蜂鸣器发声 连续响5 声后停止发声 void sounder uint m n uchar i 5 while i for m 0 m 800 m for n 0 n 47 n 延时 SOUNDER SOUNDER 取反输出到喇叭的信号 delay ms 500 5 4 调试及仿真 在系统完成之际 调试过程中发现了一些问题 首先是数码管显示部分 在 单片机执行