51单片机课程设计篮球积分器

广东海洋大学寸金学 院 51 单片机单片机课程设计课程设计 论文题目： 篮球计分器 系 别： 信息技术系 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 1 班 姓 名： 李勇鹏 学 号： 24 指导老师： 叶伟慧 日 期： 2012 年 11 月 28 日 广东海洋大学寸金学院教务处 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 I 目录目录 摘摘 要要-I 第一章第一章 引言引言 -3 第二章第二章 单元模块单元模块 -4 2.1 共阴极数码管静态显示共阴极数码管静态显示-4 2.2 按键控制键盘部分按键控制键盘部分 -5 2.3 晶振模块和复位模块晶振模块和复位模块 -6 2.4 LED 显示模块显示模块 -7 第三章第三章 主要芯片介绍主要芯片介绍 -8 3.1AT89C52-8 3.274HC145-11 3.33.3 74LS245-11 第四章第四章 软件设计及软件介绍软件设计及软件介绍-13 4.14.1 系统软件设计系统软件设计 -13 4.24.2 软件设计环境介绍软件设计环境介绍 -13 4.34.3 软件设计方案软件设计方案 -13 4.44.4 系统调试系统调试 -15 4.54.5 软件调试及仿真软件调试及仿真 -15 第五章第五章源程序代码源程序代码-17 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 II 摘 要 篮球比赛积分器的设计是为了解决篮球比赛时计分与计时准确方便和 灵活使用的问题而提出的,我组设计的篮球比赛计分器硬件部分主要利 用 AT89C52 单片机完成了计分与计时的功能,并通过十六个四位七段数 码管分别用来显示比赛时间和 A,B 比赛双方的分数,更有进行进攻 24 秒 的计时,总局数的比分和节数的显示,软件部分利用 Keil C51 软件来进 行编译,通过 Proteus 软件进行仿真,最后将生成的 HEX 文件烧写到单片 机芯片中,采用该系统可根据实际情况进行时间的准确显示和比分修改, 具有低功耗,可靠性强,安全性高以及低成本等特点,主要不足之处在于 计时显示有时会出现显示不稳定情况,基本满足了本次设计要求. 关键词关键词: : 单片机,篮球赛计分,篮球赛计时,数码管 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 3 第一章 引言 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,传递数据的信息系统.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. 篮球比赛是根据参赛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的分类型的系统是一个负责篮球比 赛的数据采集和分配的专用的技术接口分别送给裁判,教练员,计算机信 息系统和现场观众等.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,由于比赛的不可重复性,决定了篮球计分计时系统是一个 实时性很强,可靠性要求极高的电子服务系统,所以计时计分设备是篮球 比赛中不可缺少的电子设备,计时计分系统设计合理,关系到比赛系统运 行的稳定和可靠,并直接影响到比赛的顺利进行.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.随着比赛规则的进一步完善,相应的计时计分系统也 必须随之改进. 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,随即 存取储器,只读存储器,输入输出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.微计算机在这种情况下诞生了,它为我们改变了什么?纵 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 4 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的智能 IC 卡,电子宠物等,这些都 离不开单片机. 由于单片机的集成度高,功能强,同用性好,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优点,使单片机 迅速得到了广泛应用.目前已经成为测量控制应用系统中的优则机种和新 电子产品的关机部位.世界各大电气厂家,测控技术企业,电机行业,竞相把 单片机应用于产品更新,作为实现数字化,智能化的核心部分.本篇设计的 篮球计分器就是以单片机为核心的系统. 第二章单元模块 2.1 共阴极数码管静态显示 共阴数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阴极 (COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地，当某一 字段发光二极管的阴极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳 极为高电平时，相应字段就不亮。 静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，即各个 LED 的显示字符一经确定，相应的 段码将维持输出不变，直到送入另一个字符的段码为止。正因为如此，静态显示器的亮度都比 较高。静态显示的程序设计，是将一个两位数的个位与十位分开，并且用查表指令，输出对应 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 5 位的表格代码。 2.22.2 按键控制键盘部分 本系统设计除复位按键外共配置了 16 个独立键盘来实现系统功能的 控制 16 个矩阵键盘分别为 1,2.3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16，分别连 接到单片机的 P1 口的低四位和高四位 1。配合程序设计，在系统初始化 时等待配置比赛时间，通过按下 1 键暂停或开始，按下 2 键时间清零， 按下 3 键比分清零，按下 4 键为进球队比分对调，按下 5,6,7,8 则为的 A 队+1,+2,+3,-1 分，按下 9,10,11,12 则为 B 队+1,+2,+3,-1 分，按下 13,14 则是显示 A 队进攻或 B 对进攻.这种设计使系统能应用于不同比赛时间规 格的各种场合当中，使系统产品的用途更加广泛。设置时间结束后进入 正常计时计分模式。其中用来调节闪烁光标的位置，以标识当前球队处 于分数刷新模式状态下，光标不闪烁表明退出刷新 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 6 2.32.3 晶振模块和复位模块 晶振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。根据不同需要可以采用不同频率的晶振，这里采 用 12MHZ 的晶振，另外有两个 30pF 的电容，两晶振引脚分别连到 XTAL1 和 XTAL2 振荡脉冲输入输出引脚. 复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把 PC 初始化为 0000H， 使单片机从 0000H 单元开始执行程序。除进入系统的正常初始化之外， 当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境， 可以按复位键以重新启动，也可以通过监视定时器来强迫复位。RST 引 脚是复位信号的输入端。复位电路在这里采用的是上电加按键复位电路 形式， 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 7 2.42.4 LED 显示模块 本设计采用 CD4511 数码管显示。通过 74LS245 实现串入并出，通过 74HC154 实现对 16 个数码管位选控制.第一行数码管用来显示总局数部 分，第二行中间四位显示分钟和秒数，设置好比赛时间后开始显示。本 程序中设置为 4 节比赛，在第三行最后一个数码管显示.程序初始化后通 过键盘来设置单节比赛时间。第二行第一个和第三个 4 位数码管用 A 和 B 比赛双方比分，并可在中场后交换比分。第三行第一个两位数码管用 来显示进攻 24 秒.每次加分都会使它调回 24 秒. 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 8 第三章 主要芯片介绍 3.1AT89C52 AT89S52 是一个低功耗、高性能 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，功能强大的单片机 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。 本设计所采用的 AT89S52 为 DIP40 封装形式，引脚结构如图 3-2。除 8k Bytes Flash 片内程序存储器 外，还有 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，32 个外部双向输入 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 9 /输出（I/O）口，8 个中断源，3 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工 串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 AT89S52 单片机引脚说明如下： VCC：电源端，接5V。 GND：接地端。 XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入， 若使用外部 TTL 时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。 XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出， 若使用外部 TTL 时钟时，该引脚必须悬空。 地址锁存允许信号 ALE：系统扩展时，ALE 用于控制地址锁存器锁存 P0 口输出 的低 8 位地址，从而实现数据与低位地址的复用。此外，ALE 是以六分之一晶振频 率的固定频率输出的正脉冲，可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。 PSEN ：PSEN 是读外部程序存储器的选通信号，低电平有效。 访问程序存储器控制信号 EA：当为高电平时，CPU 执行片内程序存储器指令， 但当 PC 中的值超过 0FFFH 时，将自动转向执行片外程序存储器指令。当为低电平时， CPU 只执行片外程序存储器指令。 复位信号 RST：该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高电平后， 就可以完成复位操作。 P0 口（P0.0P0.7）：该端口为漏极开路的 8 位准双向 I/O 口，它为 8 位地址 线和 8 位数据线的复用端口，使用时需接外部上拉电阻。在访问外部程序存储器时， 它作存储器的低 8 位地址线。 P1 口（P1.0P1.7）：它是一个内部带上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口，作为输 入口使用时，应先向其内部锁存器写 1。 P2 口（P2.0P2.7）：它为一个内部带上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口，作为输 入口时同样需先向其内部锁存器写 1。在访问外部程序存储器时，它作存储器的高 8 位地址线。 P3 口（P3.0P3.7）：P3 口同样是内部带上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口，P3 口 除了作为一般的 I/O 口使用之外，其还具有第二引脚功能 口线特殊功能信号名称 P3.0RXD串行输入口 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 10 P3.1TXD串行输出口 P3.2INT0外部中断 0 输入口 P3.3INT1外部中断 1 输入口 P3.4T0定时器/计数器 0 外部输入口 P3.5T1定时器/计数器 1 外部输入口 P3.6WR写选通输出口 P3.7RD读选通输出口 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 11 3.23.2 74HC14574HC145 74HC154 是一款高速 CMOS 器件，74HC154 引脚兼容低功耗肖特基 TTL（LSTTL）系列。 74HC154 译码器可接受 4 位高有效二进制地址输入，并提供16 个互斥的低有效输出。 74HC154 的两个输入使能门电路可用于 译码器选通，以消除输出端上的通常译码 “假信号”， 也可用于译码器扩展。该使能门电路包含两个“逻辑与”输入，必须置为低以便使能输出端。 任选一个使能输入端作为数据输入， 74HC154 可充当一个 1-16 的多路分配器 。当其余的 使能输入端置低时，地址输出将会跟随应用的状态。 1-11 13-17 ：输出端。 （outputs (active LOW)） 12：Gnd 电源地 （ground (0 V)） 18-19：使能输入端、低电平有效 (enable inputs (active LOW) 20-23 地址输入端 (address inputs) 24：VCC 电源正 (positive supply voltage) 编辑本段地址/全能输入对应输出表 功能真值表 注意： H = 高电平（HIGH voltage level） L = 低电平（LOW voltage level） X = 任意电平（ dont care） 只要控制端 G1、G2 任意一个为高电平， A、B、C、D 任意电平输入都无效。 G1、G2 必须都为低电平才能操作芯片。 3.33.3 74LS245 74LS245 是我们常用的芯片，用来驱动 led 或者其他的设备，它是 8 路同相三态双向总线收发器， 可双向传输数据 74LS245 还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 12 当 8051 单片机的 P0 口总线负载达到或超过 P0 最大负载能力时，必须接入 74LS245 等总线 驱动器。 当片选端/CE 低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收） DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当 CE 为高电平时，A、B 均为高阻态。由于 P2 口始终输出地址的高 8 位，接 口时 74LS245 的三态控制端 1G 和 2G 接地，P2 口与驱动器输入线对应相连。 P0 口与 74LS245 输入端相连,E 端接地，保证数据线畅通。8051 的/RD 和/PSEN 相与后接 DIR，使 得 RD 且 PSEN 有效时，74LS245 输入（P0.1D1） ，其它时间处于输出（P0.1D1）. 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 13 第四章 软件设计及软件介绍 4.1 系统软件设计系统软件设计 软件的编程设计是单片机系统设计的核心部分，也是能否实现预定 功能的关键。单片机编程常用的语言是 C 语言和汇编语言，最终都要转 为 Intel HEX 格式或二进制格式(Binary)文件写入单片机芯片内。此次我组 使用的是汇编语言进行编程设计。 4.2 软件设计环境介绍软件设计环境介绍 Keil 是美国 Keil Software 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、结构、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易 用。 Keil C51 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 Keil C51 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。 Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件（该软件中国总 代理为广州风标电子技术有限公司） 。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能， 还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具，也是 目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计 平台。 Proteus 软件拥有丰富的资源，支持智能原理图设计，具有完善的电路仿真和独特的 单片机协同仿真功能，一键便可进入 ARES 的 PCB 设计环境，实现从概念到产品的 完整设计。 Microsoft Visio 2007 是微软公司出品的一款的软件，Microsoft Visio 是 Windows 操作系统下运行的流程图软件，它现在是 Microsoft Office 软件的一个部 分。它有助于 IT 和商务专业人员轻松地可视化、分析和交流复杂信息。它能够将 难以理解的复杂文本和表格转换为一目了然的 Visio 图表。该软件通过创建与数据 相关的 Visio 图表（而不使用静态图片）来显示数据，这些图表易于刷新，并能够 显著提高生产率。使用 Office Visio 2007 中的各种图表可了解、操作和共享企业 内组织系统、资源和流程的有关信息。本实验正是通过 Visio 实现了程序流程图的 绘制。 4.3 软件设计方案软件设计方案 篮球比赛计时计分器软件设计部分采用模块化程序设计，程序部分由主程序、T0 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 14 中断程序、计时计分刷新显示子程序、键盘扫描控制子程序、延时子程序等组成。 图 1 为主程序流程，图 2 为计时刷新子程序流程，图 3 为分数刷新子程序流程，图 为 4 中断程序流程。 减分5键按下 Y N 6键按下 7键按下 8键按下 加1分 加2分 加3分 Y Y Y N N 6键按下 7键按下 8键按下 减1分 减2分 减3分 N N Y Y Y Y 保护现场 计时一分钟 继续 暂停 保护现场 4键按下 中断返回 Y N 减分5键按下 Y N 6键按下 7键按下 8键按下 加1分 加2分 加3分 Y Y Y N N 6键按下 7键按下 8键按下 减1分 减2分 减3分 N N Y Y Y Y 图表 1 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 15 开始 总分寄存器R0清零 七段码数据表地址送DPTR 读取P1的值 是否有键按下？ 按键去抖动 再次读取P1的值 是否真有键按下？ 1键按下 2键按下 显示甲 显示乙 减分 继续 暂停 4键按下 3键按下 5键按下 加分 结束 蜂鸣器响 设置定时 倒计时开始显示时间 Y Y Y Y Y Y Y 定时时间到 N N N N N N N 4.4 系统调试系统调试 系统调试分为软件调试和硬件调试，硬件调试和软件调试是分不开的，许多硬件错误是在软 件调试中被发现和纠正的，通常是先排除明显的硬件故障以后，再和软件结合起来调试以进一 步排除故障。 4.54.5 软件调试及仿真软件调试及仿真 软件调试主要是运用 Keil 和 Proteus 完成。在写好源程序，画出原理图之后，在电脑上进行软件 仿真。建新工程，选择 AT89S52 处理器；接着新建文档编辑程序，编辑完存为.asm，把保存的. asm 文件加入到工程里。点击 Project 下的 Options for Target Target 1 。 在弹出对话框的 Target 项里输入晶振为 12M，然后勾上 Use On-chip ROM。在 Output 项里勾上 Create HEX File。 最后编译程序，keil 会自动生成.hex 文件。接着将系统原理图在 Proteus 环境下画好，然后运用 Proteus 进行仿真，仿真效果如下图: 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 16 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 17 第五章 源程序代码 #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f, 0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71; void delayms(uint); void display(uchar,uchar,uchar,uchar); uchar fen,fen1,miao,miao1,A_score,B_score,W0,W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7,W12,W13,W14,change,chan ge1; int num,num1=0,num2=1,num3=1,num4,num5=24,tt; void matrixKeyscan() uchar temp; P1=0 xfe; temp=P1; temp=temp if(temp!=0 xf0) delayms(1); temp=P1; temp=temp if(temp!=0 xf0) temp=P1; switch(temp) case 0 xee: TR0=TR0; break; case 0 xde: num1=0; num2=12; break; case 0 xbe: A_score=0; B_score=0; break; case 0 x7e: change=A_score; 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 18 A_score=B_score; B_score=change; change1=W3; W3=W4; W4=change1; break; while(temp!=0 xf0) temp=P1; temp=temp P1=0 xfd; temp=P1; temp=temp if(temp!=0 x0f) delayms(1); temp=P1; temp=temp if(temp!=0 xf0) temp=P1; switch(temp) case 0 xed: A_score=A_score+1; tt=11; break; case 0 xdd: A_score=A_score+2; tt=11; num5=24; break; case 0 xbd: A_score=A_score+3; num5=24; tt=11; break; case 0 x7d: 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 19 A_score=A_score-1; break; while(temp!=0 xf0) temp=P1; temp=temp P1=0 xfb; temp=P1; temp=temp if(temp!=0 x0f) delayms(1); temp=P1; temp=temp if(temp!=0 xf0) temp=P1; switch(temp) case 0 xeb: B_score=B_score+1; tt=10; break; case 0 xdb: B_score=B_score+2; tt=10; num5=24; break; case 0 xbb: B_score=B_score+3; tt=10; num5=24; break; case 0 x7b: B_score=B_score-1; break; while(temp!=0 xf0) temp=P1; 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 20 temp=temp P1=0 xf7; temp=P1; temp=temp if(temp!=0 x0f) delayms(1); temp=P1; temp=temp if(temp!=0 xf0) temp=P1; switch(temp) case 0 xe7: tt=11; break; case 0 xd7: tt=10; break; while(temp!=0 xf0) temp=P1; temp=temp void main() TMOD=0 x01; TH0=(65536-45872)/256; TL0=(65536-45872)/256; EA=1; ET0=1; while(1) matrixKeyscan(); 广东海洋大学寸金学院 2011 届毕业论文 21 display(fen,fen1,miao,miao1); void display(uchar fen,uchar fen1,uchar miao,uchar mia