单片机原理及应用课程设计篮球比赛计分器

1、课 程 设 计 2011 年 3 月 18 日课 程 单片机原理及应用课程设计 题 目 篮球比赛计分器 院 系 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 课程 单片机原理及应用课程设计题目 篮球比赛计分器 专业班级 姓名 学号 一、设计目的：训练学生综合运用己学课程的基本知识，独立进行单片机应用技术开发工作，掌握单片机程序设计、调试，应用电路设计、分析及调试检测。二、设计要求：1. 应用 mcs-51 单片机设计一个篮球比赛计分器；2. 能显示 2 个队的当前比分；根据各自得分情况进行加 1， 2，3 分；3. 硬件设计根据设计的任务选定合适的单片机，根据控制对象设计接口电路。设计的单元电路必须

2、有工作原理，器件的作用，分析和计算过程；4. 软件设计根据电路工作过程，画出软件流程图，根据流程图编写相应的程序，进行调试并打印程序清单；5. 原理图设计根据所确定的设计电路，利用 protel 等有关工具软件绘制电路原理图、pcb 板图、提供元器件清单。三、参考资料：1 单片微型计算机与接口技术，李群芳、黄建编著，电子工业出版社；2 单片机原理及应用，张毅刚编著，高等教育出版社；3 51 系列单片机及 c51 程序设计，王建校，杨建国等编著，科学出版社；4 单片机原理及接口技术，李朝青编著，北京航空航天大学出版社；完成期限 2011.3.142011.3.18 指导教师 专业负责人 2011

3、 年 3 月 18 日目 录第 1 章 概 述 .1第 2 章 设计分析 .12.1 功能分析.12.2 方案论述.1第 3 章 系统详细设计 .13.1 硬件设计.23.1.1 单片机模块.23.1.2 按键模块 .33.1.3 数码显示模块 .43.2 软件设计.5第 4 章 系统仿真与实验测试 .84.1 系统仿真.84.2 实验测试.9第 5 章 结 论 .10参考文献 .11附录 1 控制源代码.12附录 2 硬件总电路图.14第第 1 1 章章 概述概述单片机原理与应用是电子信息工程专业的一门重要专业课，对应用能力和动手能力要求很高，课程设计环节是学生学习该课程后进行的一项必不可少

4、的基本训练。并于大三下学期暑假进行，本人所选的课题是篮球赛计分器。本课题以增强型单片机 at89c51 为核心，设计制作篮球比赛计分器。针对篮球比赛中有得 1、2、3 分，有时还会出现加分错误的情况，本人设计的简易篮球赛计分器主要通过按键实现以下功能：能够进行加 1、2、3 分；能够进行减 1 分。并通过 3 个数码管进行显示。第第 2 章章 设计分析设计分析2 2.1.1 功能分析功能分析根据前面的设计的任务的要求，本设计任务主要具有以下几个模块：单片机模块；按键模块；数码显示模块。本设计由单片机模块部分植入主程序，通过按键部分进行加 1、2、3 分以及减 1 分操作，最终在 3 个 led

5、 数码管上显示结果。2.22.2 方案论述方案论述本系统是以 c 语言作为编辑语言，采用单片机 at89c51 作为本设计的核心元件，。利用 7 段共阳 led 作为显示器件。在此设计中共接入了 3 个 7 段共阳 led 显示器，分别表示个位，十位，百位用于记录该队的分数， 3 个 led 显示器显示范围可达到0999 分，能够满足篮球比赛的需要。并设置有 4 个按键：k1，k2,k3,k4。当比赛队得 1 分时，按下 k1 键加 1 分，得 2 分时按 k2 键加 2 分，得 3 分时按下 k3 键加 3 分。如分数计错需减分时，每按一次 k4 键减 1 分。因所设计的篮球赛计分器功能较少

6、，电路结构也相对简单。所以在选材方面也不多。由于按键要求不是很高，因此选材只有两个部分：单片机部分和显示部分。本次课程设计选用的芯片为 at89c51，显示部分用的是 led 数码管显示。第第 3 章章 系统详细设计系统详细设计本次课程设计主要分为 2 个主要的部分进行：硬件和软件。首先进行的是硬件的选材和电路图的连接，然后再进行程序的编写。3.1 硬件设计硬件设计 由于本次课程设计的简易篮球计分器功能比较简单，所以选择的器件也比较少，主要有 4 个按键，1 个 at89c51，3 个共阳的数码显示管，因此本课题的硬件设计部分划分为 3 个模块：单片机模块；按键模块；数码显示模块。系统的总电路

7、图见附录2（总电路原理图） 。3.1.1 单片机模块单片机模块单片机是在一块芯片中集成了 cpu、ram、rom、定时/计数器和多功能 i/o 口等计算机所需要的基本部件的大规模集成电路，又称 mcu。如果说 c 语言程序设计课程设计的基础课，那么 at89c51 单片机以其系统硬件构架完整、价格低廉、学生能动手等特点，成为工科学生硬件设计基础课。at89c51 是 51 系列单片机的一个增强型号，它是 atmel 公司生产的。at89c51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

8、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 at89c51 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。at89c51 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，at89c51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本设计 p1 口接四个

9、开关，分别作为比分+1、+2、+3、1 分的控制按键；p0、p2口和 p3 口分别按静态接口方法接两个数码管来显示比分。本次课程设计采用的是增强型 at89c51 单片机。其管脚图如图 1 所示。图 1 单片机模块图本次设计用到了其中的 p0,p1,p2,p3 口，分别用于百位，开关，个位，十位 。各管脚的功能和用法如下述。p0 口：p0 口为一个 8 位漏极开路双向 i/o 口，当作输出口使用时，必须接上拉电阻才能有高电平输出；当作输入口使用时，必须先向电路中的锁存器写入“1” ，使fet 截止，以避免锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。p1 口：p1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双

10、向 i/o 口，它不再需要多路转接电路 mux；因此它作为输出口使用时，无需再外接上拉电阻，当作为输入口使用时，同样也需先向其锁存器写“1” ，使输出驱动电路的 fet 截止。p2 口：p2 口电路比 p1 口电路多了一个多路转接电路 mux，这又正好与 p0 口一样。p2 口可以作为通用的 i/o 口使用，这时多路转接电路开关倒向锁丰存器 q 端。p3 口：p3 口特点在于，为适应引脚信号第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑。当作为 i/o 口使用时，第二功能信号引线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存器到输出端数据输出通路的畅通。当输出第二功能信号时，该位应应置“1” ，使与非门对第二

11、功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出。其中 p1 的 14 脚分别接上开关 k1k4，p0 的 3639 脚接上上拉电阻和数码显示的百位，p2 的 2124 脚接数码显示的个位，p3 的 1013 脚接数码显示的十位。vcc脚和 xtal 分别接上 5v 电源和 12m 的晶振。3.1.2 按键模块按键模块根据设计要求，该篮球赛计分器共有 4 个按键：k1、k2、k3、k4，分别实现的功能是加 1、2、3 分和减 1 分。k1 与 p1 的 1 脚相连，k2 与 p1 的 2 脚相连，k3 脚与p1 的 3 脚相连，k4 键与 p1 的 4 脚相连，4 个按键共用一个地端，如图

12、2 所示。 3.1.3 数数码码显显示示模模块块本设计显示部分采用的是 7 段共阳 led 数码管显示，led 就是发光二极管，相对 let 来说它的优势在于节能环保，保护视力，使用寿命长等优点。数码管实际上是由 7 个发光管组成 8 字形构成的，加上小数点就是 8 个。我们分别把他命名为 a,b,c,d,e,f,g,h，如图 3 所示。 图 3 数码管结构图假设要显示一个数字 2, 那么 a、b、g、e、d 这 5 个段的发光管亮就可以了，c、f、h 不亮，同时由于接法为共阳接法，那么为低电平是亮，为高电平是灭。从高往低排列， p1.7-p1.0 写成二进制为 01111110， 把它转化为

13、 16 进制则为 a2h。数码管的接口有静态接口和动态接口两种。动态接口采用各数码管循环轮流显示的方法，当循环显示的频率较高时，利用人眼的暂留特性，看不出闪烁显示现象，这种显示需要一个接口完成字形码的输出，另一接口完成各数码管的轮流点亮。静态接口为固定显示方式，无闪烁，其电路可采用一个并行口接一个数码管，数码管的公共端按共阳接 vcc，本次课程设计由于所需数码管较少，故可用这种方法接图 2 按键模块图线。这种接法占用接口多，仅能接少量数码管。本次课程设计的比分范围是 0999,所以采用的 3 个 7 段共阳 led 来显示，分别显示个位十位百位，其中 p2 显示个位，p3 显示十位，p0 显示

14、百位。由于 p0 没有内置电阻，因此在使用时需外接一个上拉电阻。如图 4 所示。 3.23.2 软件软件设计设计篮球比赛计分器其实就是一个计数器，本次课程设计就是利用单片机中的定时/计数器来实现其计分的功能。在 52 单片机中有两个 16 位的定时/计数器 t0,t1，分别由th0、tl0 和 th1、tl1 组成，它们均是 8 位寄存器，在特殊功能寄存器中占地址8ah-8dh。它们用于存放定时或计数的初始值。此外，内部还有一个 8 位的方式寄存器 tmod 和一个 8 位的控制寄存器 tcon。用于选择和控制定时/计数器的工作。其格式见下面两表：表 1 方式控制寄存器 tmodgatec/t

15、m1m0gatec/tm1m0门控开关计数/定时方式选择门控开关计数/定时方式选择图 4 数码管显示模块图表 2 控制寄存器tf1tr1tf0troie1it1ie0it0t1 请求有/无t1 工作启/停t0 请求有/无t0 工作启/停int1 请求有/无int1 方式下沿int1 请求有/无int1方式下沿篮球比赛计分器利用单片机的计数器进行工作，计数器对脉冲电平进行加 1 计数，直至计满回零。作为可编程器件，单片机中的定时/计数器初始化编程步骤如下：根据定时时间要求或计数要求计算计数器初值；将工作方式控制字写入 tmod 寄存器；将计数初值写入 thx 和 tlx 寄存器；启动定时器/计数

16、器，即将 trx 置位。如果工作于中断方式，需置位 ea（中断总开关）及 etx（允许定时/计数器中断） ，并编写中断服务程序。本次课程设计程序是用 c 语言编写的，因为设计的功能较为简单，所以程序中只用到一个主程序就实现了其功能。程序的系统流程图如图 5。控制源程序见附录 1.图 5 系统程序流程图第第 4 4 章章 系统仿真与实验测试系统仿真与实验测试4.14.1 系统仿真系统仿真本次课程设计用到的仿真软件有 protues 和 keil uvision。在用 protues 进行仿真之前，先要用 keil uvision 软件将我们编写好的汇编程序编译。具体方法是先新建一项目，之后输入编

17、写的程序，输入完成后保存然后执行项目、编译，在目标文件夹内生成编译好的程序文件，其中*.hex 文件就是我们所需要的目的文件，在之后电路设计好后用于导入 at89c51 中执行其功能。然后在生成*.hex 文件后，进入 protues 软件，此时软件已自动打开一新建项目。我们可直接在其中构建电路图，点击板面左侧按键 p，在弹出的 pick devices 对话框中进行元器件的选择，元器件都找到后，先进行排版再按照电路图连接，连接好后，双击 at89c51 在弹出对话框中选择单片机中要输入的程序，在输入程序后，即可开始进行仿真了，选择执行后点击开关可观察到数码管亮，并能实现加 1、加 2、加 3

18、、减 1 功能。仿真效果如图 6图 6 仿真效果图4.24.2 实验测试实验测试打开 proteus 上的单片机控制步进电机电路图，点击 at89c51 单片机，调用后缀名为.”hex”的文件。点击运行，观察现象，3 个数码管均显示为 0。如图 7 所示。然后进行了如下操作：当按下 k1 键，从左往右（后同）的第 3 个数码管显示 1，再按下 k2 键，第 3 个数码管显示 3，按下 k3 键，第 3 个数码管显示 6，再按下 k4 键，第 3 个数码管显示 5，与设计的要求相符。显示 5 的仿真图如图 8 所示.图 7 初始值为 0 的仿真图经过多次反复测试，本系统已能达到设计所要求的所有功

19、能。第第 5 5 章章 总结总结这次课程设计历时一个星期多左右，通过这一个星期的学习，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。在这期的学习中，虽然在理论上对单片机有了简单基本的了解，但是在真正的动手操作中还是存在很多的不足，这些个不足有体现在自己的粗心大意上，更多的是对知识的应用上能力有所欠缺，以至完成这样一个简单的设计花费了不少时间。但是最终通过自己的努力，查阅资料，询问同学，完成了这次的单片机的设计，在以后的学习中我也会更多的重视自己理论和实践的结合能力，提高自身综合能力。在这次单片机课程设计中使我对 at89c51 单片机

20、有了更深的了解，单片机的种类多，而型号杂，这也是我们学习中的困难，所以平时我们的学习应该多动手。单片机编程既可以用 c语言也可用汇编语言，其中最重要的环节就是我们要敢于去写，敢于挑战，不怕犯错，图 8 值为 5 的仿真图然后就是多调试。在这次简易篮球赛计分器的设计中，由于本人的能力有限，所以还有很多需待改进的地方，比如能显示 2 个球队的比分以及时间的显示，利用数码管的动态显示来显示比分，时间等等。最后，我还要感谢在此次课程设计中帮助过我的老师和同学。特别是肖老师的细心指导和与我同组的同学，在他们的鼎力帮助我才能顺利的完成了本次课程设计。参考文献参考文献1肖洪兵. 跟我学用单片机m. 北京：北京航空航天大学出版社,2005.8 2何立民. 单片机高级教程m北京：北京航空航天大学出版社，2007 3吴秀清. 微型计算机原理与接口技术m. 北京：中国科学技术出版社，2008.6 4李广第 微机原理与接口技术m湖南：湖南湖南大学出版社，2006 5唐颖 单片机原理与应用m北京：北京大学出版社，2008附录附录 1 1 控制源程序控制源程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int 初始化sbit p10=p10; 按键 k1sbi