1、 摘 要 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。它负责对比赛的结果和成绩信息进行采集处理、传输分配。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，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。比赛具有的不可重复性，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。 单片机自 20 世纪 70 年代问世以来，以极其高的性价比受
2、到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。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。篮球计时计分器就是以单片机为核心的计时计分系统，由计时器，计分器，综合控制器和 24 秒控制器等组成。 模块化设计系统，分为计时显示模块、计分显示模块、定时报警、按键控制键盘模块。模块的程序结构简单、易于编写、任务明确、调试和修改。程序 可读性好，对程序的修改可局部进行，其他部分可保持不变。编程后利用 Keil 软件来进行编译，将生成的 HEX 文件装入芯片中，采用 Proteus 软
3、件仿真，检验功能是否正常，然后用 Protel99 画硬件的电路图。本设计中系统硬件电路主要有以下几个部分：单片机 AT89C51、计时电路、计分电路、报警电路和按键开关。 本次设计用由 AT89C51编程控制 LED七段数码管作显示的球赛计时计分系统。该系统具有赛程定时设置 、赛程时间暂停、及时刷新甲乙双方的成绩以及赛后成绩暂存等功能。 具有价格低廉、性能稳定、操作方便并且易于携带等特点，适用于各种公 司学校等中小企业 . 关 键词 ： AT89C51 LED 显示器 计时计分器 目录 第 1 章 绪论 .3 第 2 章 系统方案说明 .3 2.1 系统设计方案 .4 2.1.1 篮球赛计时
4、计分器设计的现状 .4 2.1.2 系统总体设计方案 .4 2.2 系统基本功能介绍 .5 第 3 章 系统硬件电路设计 .7 3.1 篮球赛计时计分器电路工作过程 . 7 3.2 系统硬件电路组成 . 7 3.2.1 计时电路 . 7 3.2.2 计分电路 . 15 3.3 器件选择及介绍 . 19 3.4 AT89C51 . 19 3.4.1 CD4511 芯片介 绍 . 22 3.4.2 CD4094 芯片的介绍 . 23 3.4.3 74LS21 芯片介绍 . 24 第 4 章 软件编程调试 .25 4.1 总体程序设计 . 25 4.2 初始化程序设计 . 26 4.3 计时系统程序
5、设计 . 27 4.4 计分系统程序设计 . 28 第 5 章 调试 .29 5.1 系统调试 . 29 5.1.1 软件调试 . 30 5.1.2 仿真调试 . 30 结束语 .31 致 谢 .31 参考文献 .33 第 1章 绪论 因为单片机的广泛使用，适用单片机来制作的电子产品就越来越多。如用单片机控制 LCD 液晶显示器计时计分器，用单片机控制 LED 七段显示器计时计分器等。 根据课题要求，这里介绍一种篮球赛计时计分器的设计方法，即单片机带外围扩展来驱动数码管工作的电路。电路的核心元件为单片机，用 10 个 7段共阴极 LED 数码管作为显示器。 4 个用于记录赛程时间， 2 个用于
6、显示分钟，2 个用于显示秒钟。 6 个用于记录甲、乙两队的比赛分数，每队 3 个，显示分数范围可达 0 999 分，足够比赛中得分的现实的需求。比赛前，将时间设置好，比赛开始时启动计时，直至倒计时到零为止。计时范围达到 0 99 分钟，能满足实际赛程计时的需求。为了配合计时器调整时间和计分器校正比分，设计了 7 个按键， 3 个用于启动和暂停赛程时间。 4 个用于输入甲、乙两队的分数，另外，还设计了定时报警系统，即比赛时间到时，扬声器发出报警声提示比赛结束。 该系统具有赛程定时设置，赛程时间暂停，及时刷新甲、乙双方的成绩以及赛后成 绩暂存等功能。设计分为软件设计和硬件设计两部分。主控芯片采用
7、AT89C51，使用汇编语言编写软件程序，主体分为计时显示模块、计分显示模块、定时报警、按键控制模块。编程后利用 Keil C51 软件来进行编译，再将生成的 HEX 文件装入芯片中，采用 Proteus 软件来仿真，检验功能是否能够正常实现，随后可用 Protel99 画出硬件电路图。 通过本次基于单片机的篮球赛计时计分器的设计，可以了解、熟悉有关单片机开发设计实例的过程，并加深对单片机的理解和应用以及掌握单片机与外围接口的方法和技巧。 第 2章 系统方案说明 2.1 系统设计方案 2.1.1 篮球赛计时计分器设计的现状 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，比分等数据信息进行
8、快速采集记录、加工处理、传递和利用的系统。根据运动项目的不同，比赛规则要求也不同，体育比赛的计时计分系统包括测量类、评分类、命中类、制胜类和得分类等多种类型。 篮球比赛是根据运动队员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的系统。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的，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，以便实现激烈的比赛现场感和表演娱乐等功能目标。现在，根据设计要求，介绍一下设计方案。 2.1.2 系统总体设计方案 根据课题要求，单片机带外围扩
9、展，驱动数码管工作的电路，可提升学生对单片机接口电路的综合运用能力；计时电路主要由按键开关、单片机AT89C51、译码器及 LED 显示器构成。当调时开关 (十位 )按下时产生一个低电平，对应调分 (十位 )控制端 P2.0 的 LE 输出高电平，表示可以向 CD45ll 的调分位 (十位 )发送数据，将要显示数据的代码经 P1.0 送到 CD4511 的 A另 端，送完后将 LE 清零。调时按键开关每按一次，数字自动加 1。直到调到需要设置的时间即可。调时 (个位 )的操作方法与之相同。时间设置完后 ,启动定时器。如果比赛中暂停，按一下暂停键即可暂停计时。球赛计时计分器系统图如 1-1图所示
10、。 图 1-1 系统构成图 2.2 系统基本功能介绍 本设计要实现的基本功能有：赛程时间设置，赛程时间启停设置，比分刷新控制，比分交换控制，计时计分显示，赛程结束报警。以下对个功能进行介绍。 1、 赛程时间设置 通过按键 K5、 K6来设置赛程时间。篮球比赛的一节时间为 12 分钟，通过按 K5按键，使 LED 数码管 1 显示“ 1”即可。在按 K6 按键，设置比赛时间的个位数，即使数码管 2 显示“ 2”。 当比赛结束时，如果由于一些特殊原因要增加比赛时间，这时比赛时间的调整同样由 K5、 K6 按键来设置，且方法和上面一样。但一般情况下只需按下 K6 来设置即可。因为加赛时间只有几分钟。
11、 2、 赛程时间启动暂停设置 当时间设置完成后，比如设置赛程时间为 45 分钟，则在 LED 显示器上显示为 4500， 45 表示分钟， 00表示秒钟。这时，如果裁判吹响开始的哨声时，则应立即按下按键 K7，表示赛程开始，计时显示则由 4500变成 4459， 4458一直计时直到计为 0000 时表示赛程结束。按键 K7为赛程启动和暂停控制。 3、 比分刷新控制 由于在比赛中，两队的比分在不断变化，所以需要设置比分刷新控制，该功能由按键 K1 K4 完成，具体如下： K1按键：甲队比分加 1； K2按键：甲队比分减 1； K3按键：乙队比分加 1； K4按键：乙队比分减 1。 4、 比分交
12、换控制 比分交换控制由计时电路图 2-5 中所示的 K7 键完成。我们知道，因为比分交换是在上半场赛程结束后进行的，也就是说比分交换要受赛程时间控制，只有当上半场计时器指示为 0000 时，按 K7 键，则会自动交换 甲、乙两队的比分。如果上半场赛程时间没有到 0000 时，则此时按下 K7键，只会暂停比赛，不能交换分数。如果要继续比赛，再按一次 K7 即可。因此， K7 键完成三重功能，即：启动，暂停，比分交换。 5、 计时计分显示 计时计分显示器是采用七段共阴极 LED 显示器来显示的。其中计分是用6 个 LED 显示器。计时采用 4 个 LED 显示器；显示格式为 000000 和 00
13、00。 6、 程结束报警 当赛程时间或 24s 计时结束时，系统会自动发出 10s 报警声提示。 第 3章 系统硬件电路设计 3.1 篮球赛计时计分器电路工作过程 篮球计时器计分器的工作过程：比赛之前，接通电源，系统自动复位，计分电路与计时电路中的共阴极数码管分别显示为 000000 和 0000；然后我们按照计时电路图 2-5 中的 K5 键来设置比赛时间的十位数，再按下 K6 键，设置比赛时间的个位数字，使数码管 2 显示“ 0”即可。一般比赛时间为 40 分钟，所示只需要按下 K5 键显示“ 4”，按下 K6 键显示“ 0”即可。时间设置好时，等待赛程开始，裁判吹响哨声时，启动计时，这时
14、计时电路便开始工作，计时采用倒计时方式， 20 分钟变到 0 分钟时候表示上半场结束。上半场结束时，蜂鸣器会发出 10 秒钟响声，通知上半场结束，这时按下 K7 键，便完成了甲、乙两队的分数交换。在整个赛程中，两队比分一直在变动，我们通过计分电路图 2-9中的 K1K4 键完成此功能， K1 和 K2 键完成甲队加分、减分， K3 和 K4 键完成乙队加分、减分。按键每按一下，表示加上或者减去 1 分。由于加分、减分我们采用中断完成，且加、减分的中断优先权小于计时电路中的中断优先权，所以不会对计时电路造成影响。按下 K7 键，即可以暂停计时，暂停时间到时，再按下 K7 键继续计时，直至上半场赛
15、程结束，蜂鸣器 会发出 10 秒的响声。下半场的流程和上半场一致。 3.2 系统硬件电路组成 3.2.1 计时电路 1显示器及其接口 显示器是最普遍的输出设备，种类繁多，单片机中最常用的是发光二极管显示器（ LED）和液晶显示器（ LCD）。这两种显示器结构简单，价格便宜，因而得到广泛的应用。下面介绍发光二极管显示器（ LED）的结构、工作原理及其接口电路。 （ 1） LED 结构与原理 图 3-1为典型的数码管。 图 3-1 7 段 LED 数码管 图 3-2 共阴极与共阳极 LED 显示器 如图 3-1， LED 显示器又称为数码管， LED 数码管显示器是由若干个发光二极管组成的，当发光
16、二极管导通时，相应的点或线段发光，将这些发光二极管排成一定的图形，控制不同组合的二极管导通，就可以显示出不同的字形和符号。单片机系统中常用的 LED 显示器为七段显示器，再加上一个小数点，因此也可以把它称之为八段数码管显示器。其机构形式有共阴极和共阳极两种。共阴极是把所有组成八段数码管的发光二极管的阴极连在一起，通常接地，通过控制每一只发光二极管的阳极电平来使其发光或熄灭，阳极为高电平则发光，阳极为低电平则熄灭；共阳极是把组成八段数码管的所有发光二极管的阳极连起来， 通常为高电平（如 +5V），通过控制每一只发光二极管的阴极电平的高低来使其发光或是熄灭，阴极为低电平发光，为高电平则熄灭。 表
17、3-1 列出了共阳极与共阴极 LED 显示器显示数字、字母与显示代码之间的对应关系。 表 3-1 代码对应表 显示字 共阴极段 共阳极段 显示字符 共阴极段 共阳极段符 码 码 码 码 0 3FH C0 8 7FH 80H 1 06H F9 9 6FH 90H 2 5BH A4 A 77H 88H 3 4FH B0 B 7CH 83H 4 66H 99H C 39H C6 5 6DH 92H D 5EH A1H 6 7DH 82H E 79H 86H 7 07H F8 F 71H 8EH （ 2） LED 显示器显示方式 点亮 LED 显示器有两种方式：一是静态显示；二是动态显示。在本次设计中
18、，采用的是静态显示。 静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的 I/O 接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片机中 CPU 的开销小。 这种电路的优点在于：在同一时间可以显示不同的字符；但缺点就是占用端口资源较多。从图 3-3 可以看出，每位 LED 显示器需要单独占用 8 根端口线，因此，在数据较多的时候，往往不采用这种设计，而是采用动态显示方式。本设计采用的便是此种显示方式。 图 3-3 静态显示图 图 3-4 动态显示图 由于所有的段选码连在一起，所以同一瞬间只能显
19、示同一种字符。但如果要显示不同字符，则要由位选码来控制。（如果 LED 为共阴极则 P2.0P2.3 输出为高电平，如果 LED 为共阳极则 P2.0P2.3 输出为低电平。） 例如，现在要显示“ 5678”四个数字，则首先应该将“ 5”的显示代码（共阴 LED 显示器的显示代码为 6DH，共阳 LED 显示器的显示代码为 92H）由 P1.0送出，然后 P2.0P2.3 输出相应位码（ LED 为共阴则 P2.0P2.3 输出 1000， LED为共阳则 P2.0P2.3 输出 0111）时，则可以看到在数码管 1 上显示的数字为“ 5”。再将显示的数字“ 5”延时 510ms，以造成视觉暂留效果；同时代码由P1.0 送出。 用同样的方法将其余 3 个数字“ 678”送数码管 2， 3， 4 显示，于是最后则可以在 4 位 LED 显示器上看到“ 5678”四个数字。为了使显示效果更加稳定，可以使每个数码管所显示的数字不断的重复，但其中重复频率达到了一定的程度的时候，加之人眼睛本身的视觉暂留效果的作用，便可以看到相当稳定的“ 5678”四个数字。 如表 3-2，即为模拟以上的过程表（以共阴 LED 设置显示代码，共阳型与此相反）。 表 3-2 模拟过程表
