1、课 程 设 计 任 务 书 设计题目 篮球比赛计分器设计 学生姓名 张亚明 所在院系 电子信息与电 气工程学院 专业、年级、班 电 子 信 息 工 程2009 级 1 班 设计要求： 1. 结合单片机串行口工作原理，用 AT89S52 设计一个篮球比赛计时计分器。 2. 能够记录整个赛程的比赛时间并可同时用数码管显示。 3. 拥有键盘接口，可通过键盘修改当前的比赛成绩（成绩修改包括加减 1、 2、 3）。 4. 能够随时刷新甲、乙两队在整个比赛中的比赛成绩。 5. 能够通过数码管显示两队的比赛成绩。 6. 比赛中场和结束时，能发出报警。 学生应完成的工作： 1. 根据设 计任务选定合适的单片机
2、，根据控制对象设计接口电路。 2. 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。 3. 根据所确定的设计电路，利用相关软件绘制电路原理图、仿真图等，提供元器件清单。 4. 根据电路及器件，完成安装、焊接和调试工作。 5. 根据设计过程，撰写实习报告。 6. 该生在此次设计中主要负责了倒计时程序的查找、电路的仿真和元器件的领取任务。 参考文献阅读： 【 1】 单片机原理及应用 M.张毅刚编著 .高等教育出版社 ; 【 2】 51 系列单片机及 C51 程序设计 M.王建校 ,杨建国等编著 .科学出版社 ; 【 3】 单片机原理及接口技术 M.徐煜明 ,韩艳
3、编著 .电子工业出版社 ; 【 4】 单片机 C 语言和汇编语言混合编程实例详解 M.杜树春 .北京航空航天大学出版社 ; 工作计划： 2012.05.07 8:0011:30 下达课程设计任务书，介绍课程设计整体情况 15:0018:30 熟悉课题，查阅资料 2012.05.08 8:0011:30 教师进行方案性提示，主要原理 15:0018:30 学生根据课题需要，拟定系统硬件方案 2012.05.09 8:0018:30 讨论， 优化并确定系统硬件方案 2012.05.10 8:0018:30 讨论并确定程序流程，逐步开始撰写课程设计报告 2012.05.11 8:0018:30 根据
4、程序流程图编写程序 2012.05.14 8:0018:30 讨论、优化最终完成系统软件设 2012.05.15 8:0018:30 系统硬件电路制作，并检查课程设计报告撰写进度 2012.05.16 8:0018:30 系统硬件电路制作，并检查课程设计报告撰写进度 2012.05.17 8:0018:30 烧录程序，系统调试 2012.05.18 8:0011:30 完成课程设计报告的撰写 15:0018:30 集中检查收取课程设计报告及完成的实物 任务下达日期： 2012 年 5 月 7 日 任务完成日期： 2012 年 5 月 18 日 指导教师（签名）： 学生（签名）： 篮球比赛计分器
5、设计 摘要： 篮球比赛计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适用的问题而提出的，我组设计的篮球比赛计分器硬件部分主要利用 AT89S52 单片机完成了计分与计时的功能，并通过两个四位七段数码管分别用来显示比赛时间和甲、乙比赛双方的分数，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 文件烧入到单片机芯片中。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部分有时会出现显示不稳定的情况，基本满足了本次设计要求。 关键词： 单片机；篮球赛计分；
6、篮球赛计时；数码管；按键；下载线 目 录 1 设计背景 1 2 方案论证 2 2.1 共阳极数码管静态显示 2 2.2 共阳 极数码管动态显示 2 2.3 两种方案的对比 3 3 方案实施 4 3.1 系统总体方案设计 4 3.2 硬件电路设计 4 3.2.1系统控制中心单片机 AT89S52 4 3.2.2系统电源模块 6 3.2.3按键控制键盘模块 7 3.2.4晶振模块 8 3.2.5复位电路模块 8 3.2.6报警电路模块 9 3.2.7 LED 显示模块 9 3.3 系统软件设计 11 3.3.1软件设计环境介绍 11 3.3.2软件设计方案 11 3.4 系统调试 14 3.4.1
7、软件调试及仿真 14 3.4.2硬件调试 14 4 结果与结论 15 5 收获与致谢 16 6 参考文献 17 7 附件 18 7.1 元器件清单 18 7.2 硬件总电路图 19 7.3 实物图 19 7.4 源 程序代码 20 1 1. 设计背景 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得分类型
8、的系统 是一个负责篮球比赛的数据采集和分配的专用系统，它负责对比赛结果、成绩信息的采集处理、传输分配， 即将篮球比赛比分数据通过专用的技术接口分别传送给裁判员、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，决定了篮球计时计分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 分系统设计是否合理，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 、
9、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（ CPU）、随机存取存储器（ RAM）、只读存储器（ ROM）、输入 /输出端口（ I/0）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型计算机。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（单片机）在这种情况下诞生了，它为我们改变了什么？纵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
10、处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能 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，通用性好，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独特的优点，使单片机迅速得到了推广应用，目前已经成为测量控制应用系统中的优选机种和新电子产品的关键部位。世界各大电气厂家 、 测控技术企业 、 机电行业，竞相把单片机应用于产品更新，作为实现数字化 、 智能化的核心部件。本篇设计篮球比赛计时计分器就是以单片机为核心的计时计分系统。 2 2.方案论 证 本次为了使设计更加合理，我组共提出了两种显示方案，具体内容如下： 2.1 共阳极数码管静态显示
11、 共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极 (COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极 COM 接到 +5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，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，输出对应位的表格代码。 图 2-1 数码管静态显示电路图 2.2 共阳极数码管动态显示 共阳极数码管的动态显示，是四位数码管有
12、一个 I/O 口控制 LED 片的多段复用，共阳极分别由相应的 I/O 口线控制，形成各片的分时选通。若要各位数码管能够同时显示出与本位相应的显示字符，就必须采用动态显示方式，即在某一时刻，让某一位的位选线处于选通状态，而且其他各位的位选线处于关闭状态，这样在同一时刻，两个数码管只有选通的那一位显示字符，而另一个是灭着的。同样，在下一时刻，只让第二个的位选线处于选通状态，另一位选线关闭，如此循环下去，就可以使两位数码管显示出所要显示的字符。虽然这些字符不是在同一时刻出现，但由于 LED 片灯的余晖和人眼的视觉暂留作用，只要每位显示间隔足够短，就可以造成两位同时亮的假象，达到同时显示的3 效果。
13、设计基本与静态设计相同，不同之处是在多了位选信号。在程序设计中在每次输出字符时，都要给相应的那位进行置位，另一位复位，确保每次只有一个数码管亮。 图 2-2 数码管动态显示电路图 2.3 两种方案的对比 数码管静态显示需要静态驱动：静态驱动也称直流驱动，静态驱动是指每个数码管的 每一个段码都有一个单片机的 I/O 端口进行驱动，或者使用 BCD 码二 /十进位转换器进行驱动，静态驱动的优点是编程简单，数据稳定，显示亮度高，无闪烁，占用 CPU 时间少，缺点是功耗比较大，占用 I/O 端口多，如驱动 5 个数码管静态显示则需要 58 40 个 I/O 端口 来驱动， 而 一个 89S52 单片机
14、可用的 I/O 端口 才 32 个。故实际应用时必须增加 位 驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。 数码管动态显示需要动态驱动：动态驱动是将所数码管的 7 个显示片段的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 端增加位选通控制电路，位选通有 各自独立的I/O 线控制，当单片机输出字型码时，所有数码管都接受到相同的字型码，将需要显示的数码管的选通 COM 端电路的控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮，通过分时轮流控制各个 LED 数码管的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 1-2ms，由于人的视觉暂留现象
15、看及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O 端口，而且功能更低、硬件电路也较静态显示简单。 考虑设计要求和器件的限制，我组的课程设计采用的是共阳极数码管的动态显示。 4 3.方案实施 3.1 系统总体方案设计 篮球比赛计时计分器主要包括单片机控制系统、计时计分 LED 显示模块、 蜂鸣器 报警 、 按键控制键盘模块 、复位电路模块、晶振模块 和 系统 电源模块。通过这几个模块的协调工作就可以完成相应的计时计分控制和显示功能。模块框图如图 3-1 所示
16、。 图 3-1 系统框图 本设计是 采用单片机 AT89S52 作为系统的核心 元件 ，利用 7 段共阳 LED 作为显示器件。 在此设计中共接入了 8 个 7 段 共 阳 LED 显示 器，其中 4 个用于记录甲、乙两队的分数，每队两个 LED 显示 器显示范围为 099 分，足以满足赛程需要，另外 4 个用来记录赛程时间，其中两个用于显示分钟，两个用于显示秒钟。 赛程计时采用倒计时方式，比赛开始时启动计时，直至计时到本节时间为零，结束本节比赛，同时 蜂鸣器开始 报警，时间刷新为下一节准备，等待开始。 计时范围可达到 099 分钟，也完全满足实际赛程的需要。 3.2 硬件电路设计 3.2.1
17、 系统控制中心单片机 AT89S52 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 Byte
18、s Flash 片 内程序存储器外，还有 256 晶振模块 系统电源模块 复位电路模块MOMOKUAI AT89S52 LED 显示模块 单节比赛及 终场比赛结 束报警模块 键盘控制模块 5 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM）， 32 个外部双向输入 /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。 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9P3.7(RD)17P3.6(WR)16P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P1.0(T2)1
19、P1.1(T2EX)2P1.23P1.34P1.45P1.5(MOSI)6P1.6(MISO)7P1.7(SCK)8(AD0)P0.039(AD1)P0.138(AD2)P0.237(AD3)P0.336(AD4)P0.435(AD5)P0.534(AD6)P0.633(AD7)P0.732(A8)P2.021(A9)P2.122(A10)P2.223(A11)P2.324(A12)P2.425(A13)P2.526(A14)P2.627(A15)P2.728PSEN29ALE/PROG30(TXD)P3.111(RXD)P3.010GND20VCC40U1AT89S52VCC100uFC8G
20、NDGNDRXDTXDP_2.0P_2.1DISP_01DISP_02DISP_03DISP_04DISP_05DISP_06DISP_07DISP_08P_1.0P_1.1P_1.2P_1.3P_1.4P_1.5P_1.6P_1.7RSTXTAL_2XTAL_1图 3-2 AT89S52 单片机引脚图 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
21、，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6 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
22、个机器周期的高电平后，就可以完成复位操作。 P0 口（ P0.0 P0.7）：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（ P1.0 P1.7）：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（ P2.0 P2.7）：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（ P3.0 P3.7）：
23、 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，具体如表 3-1 所示。 表 3-1 P3 口线的第二功能 口线 特殊功能 信号名称 P3.0 RXD 串行输入口 P3.1 TXD 串行输出口 P3.2 INT0 外部中断 0 输入口 P3.3 INT1 外部中断 1 输入口 P3.4 T0 定时器 /计数器 0 外部输入口 P3.5 T1 定时器 /计数器 1 外部输入口 P3.6 WR 写选通输出口 P3.7 RD 读选通输出口 3.2.2 系统电源 模块 为 51 系列单片机系统提供的电源为稳定的 5V 直流电源。本例用一个 7805 芯片为系统提供稳定的 5V 直流电源。 7805 稳压芯片能提供多种固定的输出电压，应用范围广。其内部含过热保护，短路保护，输出电流可达 1A。虽然该芯片是固定稳压电路，但使用不同的外接元件，可获得
