【基于单片机的篮球计分计时系统设计（论文）5500字】

基于单片机的篮球计分计时系统设计TOC\o"1-2"\h\u24144摘要 132106引言 1130671.系统方案设计 2118482.系统的硬件设计 2105972.1单片机最小系统 2281612.2LCD1602液晶显示电路设计 4186932.3声光提示模块设计 575212.4键盘电路设计 641592.5传感器 6182423.系统软件的设计 853963.1主程序流程图 8117753.2液晶显示程序的设计 928873.3时间设置模块程序的设计 11117144.系统调试 11163934.1硬件焊接与调试 11250824.2系统软件调试 12245825.总结 12摘要：随着科技的发展，现今市面上有了很多篮球计分计时器，但是大型计分计时器造价昂贵，且计分计时器还是需要裁判操作。因此本文设计了篮球计分计时系统。本文采用了STC89c52单片机。相对于市面上传统的计分计时器，本设计基于创新添加了传感器模块。此模块使得本设计添加了一个智能的去检测分数的功能，非常的方便。本设计的造价成本比起其他同类产品非常低而且使用起来非常方便。关键词：STC89c52；LCD1602；篮球；计分计时系统；传感器引言篮球是一项国际型的体育运动，不仅在奥运会设有篮球比赛而且在国内的各个省市都很会举行很多篮球赛事。篮球运动在世界的广泛普及，因此有很多针对篮球比赛的得分类的规则设计出专业的计分计时器。有些大型计分计时器成本比较高，具有屏幕大、展示清晰、功能齐全的优势。但是大型篮球计分计时器不适用于小型篮球赛。因此市面上生产了许多小型比赛的计分计时器，这些篮球计分计时器虽然弥补了大型篮球计分计时器的不足但是仍然需要裁判在控制台操作分数。本文通过设计做出一款产品，它叫做智能化的篮球计分计时系统，具有智能识别选手比赛信息，无需人工采集信息的功能。采集的信息输入到控制芯片，经由芯片处理后输出，实现了全自动无人工功能。1.系统方案设计系统框图的简要概述：四个按钮键盘作为输入模块输入操作信息：投篮规定时间、分数线距离、比赛开始暂停、置零复位等。用红外传感器采集选手的距离参数，超声波距离传感器采集投篮操作信息参数，然后再把采集到的信息输入到主控芯片STC89c52上。通过芯片处理，LCD1602显示所需显示的信息。如图1所示：图1系统框图2.系统的硬件设计2.1单片机最小系统2.1.1主控芯片因为单片机具有大量的优点，例如高度集成、功能齐全、应用广泛等，最为优异的是它价格实惠，外形小巧，功能齐全，易于操作等，让单片机广为应用，它被发展且迅速推广，占据了大量的市场。现在单片机已经成为了各类各样测量和控制的产品的主控芯片，应用于这些产品的系统中。在世界上的每一个关于控制类产品的设计的厂家，都乐于采用单片机作为适合实现它们产品功能的芯片，可以降低成本且功能都稳定实现了。该模块作为一个单片机最小系统实现核心控制的功能，在当今市场上适用范围非常广。STC89c52单片机和AT89c52单片机两者进行比较：STC的2线模式下的下载的方法被支持，软件程序可以被更简单的下载。TXD和RXD两个接口用来实现程序的下载。添加了P4接口，等于添加了更多的I/O接口，许多的接口使得添加更多模块也不怕没有地方连接主控。它擦写寿命极长。因此本设计选择了STC89c52单片机，再添加一些关键的外围电路如图2所示：图2单片机最小系统2.1.2复位电路上电复位模块采用了一个22pf的电解电容和一个10K的电阻。它的工作原理是给电容器充电过多，然后电容器就会像短路一样,REST端从低电平变成了高电平，当电源的电压数值和电容两端的电压数值相等的时候，就会产生电容的充数电电流值变为零的结果，也就会造成类似电容断开的现象，REST接口的电平被拉低，程序没有被改变，它将继续正常的运行。

按键手动复位模块使用：22pf电解电容一个、独立按键一个、10K和1K电阻各一个。该模块的原理是在最初的时候先进行一个上电复位操作，按键按下，VCC接口可以直接和REST接口相接，REST接口电平被拉高变成高电平，就可以实现对该模块的复位操作，同时电解电容出现短路现象，最后电解电容把电量放出来。当这个按键没有被使用的时候，电解电容充电后，充电电流被电阻使用，REST的电平拉高的状态维持不变，复位功能依然实现着，仅仅当电容充好了电量，就会出现好似电容开路的现象，REST接口的状态将从由高电平改变为低电平，该模块工作维持正常。本设计采用上电复位。为了使其操作简单，硬件上添加了一个按键，功能是控制复位接口。如图3所示： 图3复位电路2.1.3时钟电路设计时钟电路作为为系统提供时钟信号的电路，程序一条代码的执行时间都是很根据时钟进行的，可见此电路的重要性。在外部接有两个22pf电容用来起震，无源晶振在这两个电容的作用下产生震荡,把产生的晶信号输入XTAL1和XTAL2这两个接口。如图4所示：图4系统时钟电路2.1.4电源电路0VAC转5VDC电源适配器为单片机供电提供帮助。外部的220V的交流电转换成5V的直流电的电源适配器能够为系统的供电提供方便。本设计采用USB供电，计算机的USB口恒定输出5V直流电压。5V的单片机的系统的供电需要完全能够被满足，它具有电源输出稳定、功耗低、使用方便等优点。如图5所示：图5电源电路2.2LCD1602液晶显示电路设计本文采用LCD1602液晶显示屏，它支持中文、英文、数字、符号等形式的显示输出，它的尺寸也非常符合本设计所需标准。它需要5V的电源，一共16引脚需要连接。2.0mA/5.0V作为芯片能够正常运转的电流，通过编程它就可以实现自动化的熄灭屏幕的操作。LCD1602的显示屏一共可以显示12个字符，使用两行显示信息。本设计所需显示的信息恰好都能显示出来。该模块存储大量图形，实现多样化显示。本文采用LCD1602液晶屏作为显示屏。LCD1602显示模块的硬件结构非常简单，费用也相比其他模块更加实惠，适用范围非常的大，而且维护起来也很简单。如图6所示：图6液晶显示模块2.3声光提示模块设计声光提示模块的功能是提示观众和选手们是否投篮成功。通过控制引脚的电平去控制该模块的电路，当相应电平拉高或者拉低就会对电路产生对应操作，如导通二极管和三极管。该三极管在电路中起到了一个开通和关断声音提示的作用。该模块在选手投篮成功的时候开始运行，它被用来作为一个比赛进程提示非常合适。如图7所示：图7声光提示模块2.4键盘电路设计独立按键电路作为一个输入部件，实现输入功能。独立按键的结构很简单，操作起来也非常明了，只需按下它就可以。它的一端接口连接GND和另一端接口和单片机的I/O口连接，就实现连接进入电路。当按键被按下的时候，就能够拉低单片机I/O口的电平，电平的改变会导致键值的改变。此电路也有一个缺点，就是浪费I/O使用过多，浪费接口资源。不过本设计所需要使用按键的地方并不多，因此采用此按键就可满足需要。我的设计采用独立按键，只需要四个按钮。独立按键的功能足够，而且使用非常方便。K1用来实现转换显示屏到距离和时间参数设置功能，K2用来做比赛暂停按钮，K3用来做复位按钮，K4用来设置选手投篮时间的减。如图8所示：图8键盘模块2.5传感器传感器具有造价便宜，使用方便的优点，作为应用广泛的实用器件，对我们科技发展非常有帮助，测控产品类市场对它有大量需求。能够采集所需信息的元器件就是传感器，经过它的内部的处理可以把所采集的信息转换为电信号或者其他需求的方式的信息，转换后的信息就可以被输出。2.5.1红外传感器通过红外传感器的名称可以知道，它使用红外线作为介质。红外线传感器在很多领域都被广泛的应用。当检测到信号模块前方有干扰时，传感器指示灯绿色二极管亮起，在OUT口输出恒定低电平信号。在这个模块有效的检测的距离为0cm到30cm，这样的检测范围很好地适用于本设计的检测模块。35°是它的检测角度，电位器能够把检测距离有效的调节到我们需要的范围，当顺时针扭动电位器的调节旋钮，测量距离的范围就被调节增大，反之，测量距离的范围就会被调节减小。测量距离的关键是目标的反射率值和目标的外部形状。该模块的电源接口连接电源，GND接地，OUT口与单片机I/O连接。当电源接通,红色的具有指示作用的二极管被点亮。模块接口:VCC可接外接电压为3.3V~5V(模块可直接接5V、3V单片机)。它可多点采集，使用者可根据设计需要选择射管阵列的间距和数量。在环境光调节下红外传感器模块也可以良好的使用，该器件具有发射和接收装置。发射管发射红外线。从所要求的检测方向出发，当介质遇到反射物时，可以反射回来，由接收管接收。该传感器有少干扰、即插即用、操作方便等特点。因此采用这个模块去探测选手所占位置的距离最为合适。如图9所示：图9红外传感器2.5.2超声波距离传感器以超高能声波测距的技术为基础，为超声波测距的技术提供技术支持和提升改进。该模块能够在各种各样的场合下有效工作（包括非常艰苦的工作场合）的超声波测距技术非常方便，而且它采用的技术有智能化调整，这在一定程度上大大提高了采用超声波的产品的可靠性和性能参数的水平，使得用户对产品质量问题没有担忧。超声波作为一类机械波，它的频率比声波大，换能器在电压激励下振动，发出超声波。出现绕射现象概率低、频率很高、波长很短等等作为它的显著优势，更有良好的方向性、射线可以沿给定方向传播。超声波能够穿透液体和固体等，它有超强的穿透力度，非透明的固体能被超声波穿透几十米。当遇到杂物或者分界面的时候的超声波能够有明显的反射，最后就把回波产生出来，可移动的物体的出现将会导致多普勒效应的出现，超声波能够作为检测被应用，它的应用范围可谓广泛。如在工业和国防还有生物医学里等都使用了超声波作为检测模块。它的原理是根据超声波出发和返回的时间实现产品所需的检测的时间的功能。这个传感器能够有效检测选手所占位置的信息。它的工作电压为5V，和单片机的电压一样，可直接接入单片机。Trig接口输入高电平，就可以触发该模块去检查距离。Echo接口输出高电平，该高电平的宽度蕴含了超声波一个来回时间的信息。如图10所示：图10超声波模块3.系统软件的设计3.1主程序流程图系统在上电之后先初始化，把初始数值清零。再写一个死循环，可以对键盘进行反复的扫描。当按键按下后就能检测出按键的键值，最后键值的数据信息被接收系统所接收，再通过主控接口去接收传感器模块的信息。采集信息完成和处理后可实现：甲、乙的投篮的所需时间的加减的程序，比赛的开始和暂停，选手投篮成功操作分数加的功能和声光提示模块启动的功能，还有复位等功能。如图11所示：图11主程序流程图3.2液晶显示程序的设计当液晶需要发送指令或者发送数据时，对LCD1602进行忙检测，直到液晶一次显示的操作完成后，下一步操作才可以被进行，否则会出现数据读取的错误。在此模块使用CGRAM的绘图的功能的时候，用清屏函数去清屏。调用此程序的初始会进行初始化。在屏幕上显示信息需要使用到的写指令和写数据操作，使用了LCD1602模块的子程序进行。如12、13所示：图12写指令流程图图13写数据流程图3.3时间设置模块程序的设计使用K1键把主屏幕转换成时间设置屏幕，进行投篮规定时间的设置。再次按下K1即可以返回主屏幕，按下K2键可以移动光标，按下K3可以对时间进行加操作，按下K4可以对时间进行减操作。该功能让每个选手在自己规定的时间内完成投篮动作，可以避免选手的犹豫不决，延误赛进程。如图14所示：图14时间设置操作流程图4.系统调试4.1硬件焊接与调试根据需要的功能设计电路图，在设计的时候很容易出现电路连接错误的现象，如元件的串并联混淆。当出现不确定如何连接的情况则需要查阅相应资料，认真耐心连接好每一个模块。使用AD软件画好硬件电路板，在画板子的时候首先画元器件的封装，这个过程需要注意查找封装资料，才能画好画对。在布线的时候，很容易出现短路或者短路的现象，用该软件相应功能检测出来，再把每一根出错的线路处理好。在最后把它交给厂家给电路板打板，在焊接板子的时候容易出现烧坏焊盘的现象，则需要更换板子，非常耗费时间，所以焊接元器件的时候最好小心为上。当LCD1602不显示，首先去检查程序没有错误，再去查看硬件接法没有错误，再检查单片机是否可以正常使用，再查看它的电压值是否正常，再查看端口设置出错了没有。时钟调试的时候容易出现误差，晶体振荡频率的数值可以用来计算模块内部定时器的基本参数。一段时间后，检查秒表的数值后对应的开始去校正它。在检查时间误差值后，程序内部定时器的基本参数根据这个值进行改变，从而达到时钟调整的准确目标。遇到传感器接触不灵敏问题，排除焊接问题后查看传感器手册，查阅传感器容易受到什么影响，排除外界干扰后，再次运行实物。实现无干扰环境和焊接正常就解决了传感器接触不灵敏问题。4.2系统软件调试把芯片插入插座，做好的实物和计算机相接。在计算机里查询设备的串口，检查串口是否匹配,单片机型号是否对应选择。再把审核好的的程序使用编程器，去下载下来，传到STC89c52。在文档里针对本设计需