目 錄
1 設(shè)計(jì)任務(wù)
1.1 設(shè)計(jì)的目的和意義
1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求
2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 總體方案設(shè)計(jì)
2.2 芯片選型與具體電路設(shè)計(jì)
2.2.1 單片機(jī)的選型
2.2.2 復(fù)位和振蕩電路的設(shè)計(jì)
2.2.3 鍵盤(pán)輸入模塊的設(shè)計(jì)
2.2.4 信息提示模塊的設(shè)計(jì)
2.3 系統(tǒng)總體電路
2.4 系統(tǒng)所用元器件
3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
3.2 軟件系統(tǒng)流程圖
3.2.1 主程序流程圖
3.2.2 按鍵檢測(cè)子程序設(shè)計(jì)
3.2.3 數(shù)碼管顯示子程序設(shè)計(jì)
4 系統(tǒng)調(diào)試
5 總結(jié)
5.1 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
5.2 心得體會(huì)
參考文獻(xiàn)
附錄：籃球賽電子計(jì)時(shí)記分牌單片機(jī)程序代碼
1 設(shè)計(jì)任務(wù) 1.1 設(shè)計(jì)的目的和意義
目前球場(chǎng)記分牌在傳統(tǒng)操作模式下，采用記分員手動(dòng)翻動(dòng)記分牌記分，工作方式單一。由于種種弊端，電子記分板已經(jīng)開(kāi)始在一些大型的體育場(chǎng)流行起來(lái)，不僅發(fā)展速度迅猛并會(huì)逐漸取代傳統(tǒng)的電子記分牌。
電子記分板根據(jù)籃球比賽的特點(diǎn)，采用單片機(jī)為核心控制LED數(shù)碼管，具有亮度高、可視性好、功耗小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)；具有性能穩(wěn)定，尺寸適中，運(yùn)輸安裝方式靈活，物美價(jià)廉等特點(diǎn)，特別適用于中、小型體育館和訓(xùn)練館。
1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)題目：籃球賽電子計(jì)時(shí)記分牌
設(shè)計(jì)要求：
- 分別設(shè)計(jì)籃球比賽用的計(jì)時(shí)牌和記分牌；
- 上下半場(chǎng)各20分鐘，要求能隨時(shí)暫停，啟動(dòng)后繼續(xù)計(jì)時(shí)，一場(chǎng)比賽結(jié)束后應(yīng)可清零重新開(kāi)始比賽；
- 能按照籃球計(jì)分規(guī)則計(jì)分并顯示。
籃球記分器的硬件電路分成主控模塊、鍵盤(pán)輸入模塊、信息提示模塊三部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
主控模塊以AT89C52為核心，完成輸入輸出信息處理、計(jì)時(shí)器中斷響應(yīng)、數(shù)值計(jì)算等，協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)有條不紊地工作。鍵盤(pán)輸入模塊作為人機(jī)交互接口，允許用戶控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，完成如計(jì)時(shí)計(jì)分開(kāi)始/暫停、交換場(chǎng)地、計(jì)時(shí)計(jì)分清零、比賽隊(duì)伍分?jǐn)?shù)調(diào)整等功能。信息提示模塊包含4個(gè)2位8段數(shù)碼管、6個(gè)LED和一個(gè)蜂鳴器，用于實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)，方便用戶進(jìn)行下一步操作。
2.2 芯片選型與具體電路設(shè)計(jì) 2.2.1 單片機(jī)的選型主控模塊以AT89C52單片機(jī)作為微控制器。AT89C52單片機(jī)是一種低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。由于它的這些優(yōu)良特性，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。采用AT89C52作為微控制器，可以很好地滿足籃球記分器的系統(tǒng)要求。
2.2.2 復(fù)位和振蕩電路的設(shè)計(jì)圖2給出了AT89C52單片機(jī)的引腳分布和最小系統(tǒng)接法。
圖2 AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖
復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種復(fù)位方式：上電復(fù)位電路由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，由圖并結(jié)合“電容電壓不能突變”的性質(zhì)，可以知道，當(dāng)系統(tǒng)一上電，RST腳將會(huì)出現(xiàn)高電平，并且這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的RC值來(lái)決定。典型的51單片機(jī)當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位，所以適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位。按鍵復(fù)位電路則是通過(guò)按下RESET按鍵拉高RST引腳電平來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
晶體振蕩電路由一個(gè)12MHZ石英晶振和兩個(gè)30pF的電容組成，用于產(chǎn)生穩(wěn)定的時(shí)鐘脈沖信號(hào)供單片機(jī)工作。
2.2.3 鍵盤(pán)輸入模塊的設(shè)計(jì)用戶通過(guò)鍵盤(pán)輸入模塊對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。鍵盤(pán)采用3*3矩陣式按鍵，其中按鍵“START/PAUSE”控制計(jì)時(shí)計(jì)分的開(kāi)始與暫停，按鍵“EXCHANGE”用于在半場(chǎng)結(jié)束后交換雙方記分牌上的分?jǐn)?shù)，按鍵“CLEAR”用于在比賽結(jié)束后清除比分，其余的按鍵“A+1”、A+2”、“A+3”、“B+1”、“B+2”、“B+3”用于給參加比賽的A、B兩隊(duì)加上相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。3*3矩陣按鍵的6條引線分別接至AT89C52的I/O口P3_0~P3_5，在單片機(jī)內(nèi)部采用行列掃描法檢測(cè)到按鍵按下，從而執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。
矩陣鍵盤(pán)的連接方式如圖3所示。
圖3 矩陣鍵盤(pán)的連接方式
2.2.4 信息提示模塊的設(shè)計(jì)信息提示模塊包含4個(gè)2位8段共陰極數(shù)碼管（圖4）、6個(gè)LED指示燈（圖5）和一個(gè)蜂鳴器。
4個(gè)數(shù)碼管分別用兩位數(shù)字顯示比賽分鐘、秒鐘和賽場(chǎng)上兩個(gè)籃板的分?jǐn)?shù)。由于單片機(jī)I/O口資源有限，為了不占用太多的接口，在此使用P0口向數(shù)碼管同時(shí)送出數(shù)據(jù)（段選信號(hào)）和地址（位選信號(hào)），使用兩個(gè)74HC573鎖存器來(lái)分離數(shù)據(jù)和地址，而P2_0和P2_1口分別用于使能段選鎖存器和位選鎖存器。由于P0口的電流驅(qū)動(dòng)能力有限，所以外接了排阻RP1，從而增強(qiáng)了對(duì)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)能力。
圖4 數(shù)碼管連接原理圖
LED1、LED2、LED3分別指示比賽狀態(tài)“開(kāi)始”、“暫停”和“結(jié)束”；LED4用于“進(jìn)球”指示，在比賽進(jìn)行時(shí)按下任何一個(gè)加分按鍵，“進(jìn)球”指示燈會(huì)閃一下；在上半場(chǎng)比賽結(jié)束后按下“EXCHANGE”鍵，“交換場(chǎng)地”指示燈LED5會(huì)亮，同時(shí)兩個(gè)籃板的比分互換。“ERROR!”指示燈LED6用于指示用戶的操作出錯(cuò)。6個(gè)LED采用共陽(yáng)極連接方式，其陰極分別接單片機(jī)P1_0~P1_5口，當(dāng)單片機(jī)某口輸出低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的LED亮。
圖5 LED指示燈連接原理圖
蜂鳴器接在P1_6口上，在半場(chǎng)結(jié)束或比賽結(jié)束后會(huì)發(fā)出提示音。
2.3 系統(tǒng)總體電路圖6給出了系統(tǒng)硬件原理總圖。
本系統(tǒng)所用的元器件清單如表1所示。
表1 本系統(tǒng)所用的元器件
元器件名稱 | 數(shù)量 |
電阻 | 8 |
電容 | 3 |
單片機(jī) AT89C52 | 1 |
鎖存器 74HC573 | 2 |
LED | 6 |
2位8段數(shù)碼管 | 4 |
蜂鳴器 | 1 |
排阻 | 1 |
12M晶振 | 1 |
按鍵開(kāi)關(guān) | 10 |
5V電源 | 1 |
導(dǎo)線 | 若干 |
3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
單片機(jī)程序采用美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)系統(tǒng)Keil C編寫(xiě)。與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。
Keil采用工程方式集中管理源程序，編寫(xiě)單片機(jī)程序首先要建立工程，然后在工程中添加源代碼文件。在本系統(tǒng)的工程中包含6個(gè)C代碼文件，對(duì)應(yīng)功能介紹如下：
My_func.h ——自定義的頭文件。存放常用宏定義、單片機(jī)I/O位定義、數(shù)據(jù)類型定義和所有函數(shù)的聲明。在其他C文件里只需要寫(xiě)一句#include "my_func.h"，即可直接調(diào)用任意函數(shù)，省去了重復(fù)寫(xiě)定義和聲明的麻煩。
Main.c ——包含主程序main()，是整個(gè)程序執(zhí)行的入口。在main()函數(shù)里，調(diào)用init()進(jìn)行單片機(jī)的初始化，并在大循環(huán)里調(diào)用key_respond()和display()不斷掃描按鍵輸入、輸出顯示數(shù)據(jù)。同時(shí)設(shè)置定時(shí)器T0以工作方式1計(jì)時(shí)，從而在中斷服務(wù)程序void Timer() interrupt 1里實(shí)現(xiàn)1s間隔的倒計(jì)時(shí)。
Key_scan.c ——包含按鍵掃描程序key_scan()。該函數(shù)采用行掃描法獲取按鍵的狀態(tài)，并將對(duì)應(yīng)的鍵碼傳給Key_respond.c中的函數(shù)key_respond()。
Key_respond.c ——包含按鍵響應(yīng)函數(shù)key_respond()。該函數(shù)里決定是否對(duì)按鍵請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)：如果不響應(yīng)，則調(diào)用宏LED_ERROR()使“ERROR！”指示燈閃動(dòng)；如果響應(yīng)，則調(diào)用相應(yīng)函數(shù)完成不同的操作，如比賽狀態(tài)的開(kāi)始和暫停、加分、交換場(chǎng)地和分?jǐn)?shù)清零等。
Display.c ——包含數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)函數(shù)display()。在這個(gè)函數(shù)里實(shí)現(xiàn)比賽分?jǐn)?shù)設(shè)置、比分交換、計(jì)時(shí)控制等，并通過(guò)P0口送出段選信號(hào)，通過(guò)P2_0和P2_1送出位選信號(hào)，從而控制數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示。
My_func.c ——被調(diào)用函數(shù)的集合，包含延時(shí)函數(shù)void delay_ms(unsigned int xms)、初始化函數(shù)init()和蜂鳴器發(fā)聲函數(shù)sounder()。
3.2.1 主程序流程圖
在主程序文件main.c中包含兩部分內(nèi)容，分別是主函數(shù)和中斷服務(wù)函數(shù)。
首先是主函數(shù)void main()，這是整個(gè)程序執(zhí)行的入口，在這個(gè)函數(shù)里，首先調(diào)用init()進(jìn)行單片機(jī)的初始化，然后進(jìn)入大循環(huán)，反復(fù)調(diào)用key_respond()和display()兩個(gè)函數(shù)不斷掃描按鍵輸入并輸出顯示數(shù)據(jù)。在中斷服務(wù)函數(shù)void Timer() interrupt 1里，設(shè)置定時(shí)器T0以工作方式1計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)長(zhǎng)為50ms，計(jì)時(shí)器每溢出一次，變量intr_num自增一次，直至intr_num等于20，于是計(jì)時(shí)時(shí)長(zhǎng)達(dá)到1s。在中斷服務(wù)程序里，計(jì)時(shí)每達(dá)到1s，籃球計(jì)時(shí)牌上的秒鐘數(shù)就自減1；秒鐘減到0后，分鐘自減1，然后秒鐘從59開(kāi)始繼續(xù)自減。
主程序和中斷服務(wù)程序流程如圖8(a)、8(b)所示。
5 總結(jié)
5.1 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
這一次的課程設(shè)計(jì)，我的課題是《籃球賽電子計(jì)時(shí)記分牌》。由于這一系統(tǒng)包含單片機(jī)基礎(chǔ)、數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示、矩陣鍵盤(pán)掃描、定時(shí)器和中斷等知識(shí)體系，涉及面較廣，通過(guò)這一課程設(shè)計(jì)，可以更好地檢測(cè)和鞏固學(xué)到的知識(shí)，加深自己對(duì)電子世界的認(rèn)識(shí)。
在本次的設(shè)計(jì)中，針對(duì)每一個(gè)模塊都曾有好幾個(gè)方案，在反復(fù)比較論證之后，才得出最佳方案并應(yīng)用于系統(tǒng)。在各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)中，我除了得到了正確的結(jié)果之外，更多的是面對(duì)錯(cuò)誤和失敗，而這些錯(cuò)誤大多數(shù)是由于自己對(duì)該部分電路原理掌握的不夠透徹而造成的。通過(guò)查閱資料，連接、調(diào)試電路和程序，我得出了一下幾條心得體會(huì)，以后在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以借鑒：
(1)在Proteus里，電路狀態(tài)不正常且不易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，使用電流計(jì)和電壓計(jì)可直觀檢測(cè)電路動(dòng)態(tài)變化，這也是Proteus里非常好用的一個(gè)功能；
(2)電流表、電壓表顯示數(shù)值為0時(shí)，不一定是接法的問(wèn)題，可以試著調(diào)整量程，可能是量程選大了；
(3)Proteus里的電源默認(rèn)是5V，需要改動(dòng)電壓時(shí)，點(diǎn)擊屬性，在string項(xiàng)里填上需要的數(shù)值就可以了，如+15V；
(4)畫(huà)完電路后怎么一次性去掉proteus元器件的TEXT標(biāo)號(hào)?
打開(kāi)菜單template—set design defaults，把shou hidden text的勾去掉即可；
(5)在keil工程中如何創(chuàng)建能用于所有C文件的全局變量？
在頭文件里聲明 extern uchar glb_num；在主函數(shù)前定義 uchar glb_num;
(6)Proteus里可變電阻不好找，代號(hào)是POT-HG；按鈕開(kāi)關(guān)是button，撥動(dòng)開(kāi)關(guān)是switch。
5.2 心得體會(huì)
本次課程設(shè)計(jì)的題目我很感興趣，做得也非常認(rèn)真。從方案的指定、元件的選擇、電路的搭建與調(diào)試等多方面都付出了很多努力，甚至在遇到棘手的問(wèn)題時(shí)徹夜坐在電腦旁反復(fù)修改調(diào)試。雖然辛苦，但是收獲頗豐。
在這里要感謝很多同學(xué)和朋友在本次課程設(shè)計(jì)中給予我的支持和幫助。特別要感謝我的指導(dǎo)老師侯**和盧**，在我遇到困難的時(shí)候，他們給了我極大的幫助。尤其是在系統(tǒng)顯示模塊方案的確定上，老師多次給我耐心細(xì)致的指導(dǎo)。很慶幸能有這樣負(fù)責(zé)任、有愛(ài)心的指導(dǎo)老師，幫我掃清了課程設(shè)計(jì)過(guò)程中的諸多障礙，也讓我看到了師長(zhǎng)的風(fēng)范。
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單片機(jī)課程設(shè)計(jì)—籃球賽電子計(jì)時(shí)記分牌.doc
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