单片机篮球记分器

DACHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGY篮球比赛记分器TheGameOfBasketballScoringDevice设计题目：篮球比赛记分器学生姓名：尹文轩李成周永方学院名称：电气与信息工程学院专业名称：电子信息工程班级名称：电子1042学号：13号35号08号完成时间：2013.06.272013年06月28日任务分配表班级学号姓名完成主要任务电子104208周永方PCB的绘制仿真与实现电子104213尹文轩程序的修改PCB的绘制仿真与实现PROTEUS原理图绘制与仿真电子104235李成文档的编写程序的修改PROTEUS原理图绘制与仿真篮球比赛记分器尹文轩李成周永方（尹文轩1004451213、李成1004451235、周永方1004451208）摘要：本文设计了一个篮球比赛记分器主要利用单片机AT89C51作为核心元件，利用3组4位共阳极的数码管作为显示器件，以C语言作为编程语言，在Protues和Keil搭建的软件仿真平台下进行仿真，本设计包含了AT89C51系列单片机的最小系统的构成，同时在此基础上扩展了一些实用性强的外围接口，可以进一步了解译码器74LS247的应用，LED七段数码管的结构和工作原理，主要实现了计时和显示A/B队的分数，并能及时进行加分，减分，鸣笛警示等功能。本系统具有成本低廉、性能稳定、高准确度显示、操作方便且易携带等特点。广泛适合各类学校和小团体作为赛程计分。关键词：AT89C51单片机；74LS247；七段数码管；仿真；嵌入式0引言进入21世纪，伴随着电子，信息通信技术的应用与普及开发，人们对电子技术的要求也越来越高，目前嵌入式单片机渗透到我们生活的各个领域。单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术，把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。按照历史性、本质性、普遍性要求，嵌入式系统应定义为：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”，可分软件部分和硬件部分，而当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在单片机上。所以，以MCU为核心，就是各种各样的单片机，是嵌入式硬件部分的实现方式之一，它主要是因为把处理器和存储器等部件集成在一块芯片上。体育比赛计时计分器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、传递利用的工具。篮球比赛的计时计分器是一种得分类型的工具。虽然篮球比赛中很早就开始研究应用了电子计分器，但通常都是利用模拟电子器件、数字电子器件或是模拟、数字混合组成的，其稳定性和高准确度计分仍存在一些问题。以嵌入式单片机为核心，利用3组4位共阳极的数码管作为显示器件的篮球比赛计分屏，计分准确，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。1系统方案我们小组共提出了两种数码管显示方案：一是共阳极数码管静态显示，二是共阳极数码管动态显示。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的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极接地，当某一字段发光二极管的阳极为低电平时，相应字段就点亮。反之，相应字段就不亮。共阳极数码管静态显示：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。共阳极数码管动态显示：动态显示，是数码管有一个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，达到同时显示的效果。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。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5×8＝40个I/O端口来驱动，而一个89S52单片机可用的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8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。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。经方案对比和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。2系统硬件电路该系统硬件电路包括：单片机AT89C51、时钟电路、复位电路、电源电路、按键控制电路、计分电路、计时电路、报警电路。软件包括用Keil进行C语言编程，用Protues进行仿真，具体系统硬件结构框图如图2-1所示。图2-1篮球赛计分器的硬件结构框图时钟电路复位电路电源电路按键控制AT89C51报警电路计时电路计分电路计分显示鸣笛示警计时显示（一）元器件的选择本设计主要选择了以下元器件：如表2-2所示：元器件名称所属类所属子类AT89C51(单片机)MicroprocessorIC’s8051Family7SEG-MPX4-CA-BKUEOptoelectrionics7-Segment-Display7SEG-MPX4-CAOptoelectrionics7-Segment-DisplaySW-SPDTSwitchs&RelaysMiscellaneous74LS247TTL74LSseriesAll—Sub-CategoriesMINRES4.7K(电阻4.7K)ResistorsAll—SubBUTTONAll-CategoriesAll—Sub-Categories7404TTL74LSseriesAll—Sub-CategoriesSOUNDERSpeakers&soundersAll—Sub-Categories表2-2元器件列表（二）单片机AT89C51简介：AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM——FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图2-3所示图2-3AT89C51外形及引脚排列主要特性：·与MCS-51兼容·4K字节可编程FLASH存储器·寿命：1000写/擦循环·数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24MHz·三级程序存储器锁定·128×8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口的8位皆为漏极开路输出简称OD；内部无上拉电阻，所以执行输出功能时，外部必须接上拉电阻；若要实现输入功能，必须先输入高电平“1”，才能读取该端口所连接的外部数据；若系统连接外部存储器，则P0可作为地址总线和数据总线的多功能引脚，此时内部具有上拉电阻，无需外接上拉电阻。P1口：P1口为8位，可位寻址的双向I/O口；内部具备约30千欧姆的上拉电阻，实现输出功能时，不需要连接外部上拉电阻；实现输入功能时，必须先输入高电平“1”，才能读取该端口所连接的外部数据；P1口的8位类似漏极开路输出，但内部已接上上拉电阻，每个引脚可驱动4个LS型TTL负载。P2口：P2口为8位、可位寻址的双向输入/输出口，内部具备约30千欧姆的上拉电阻，实现输出功能时，不需要连接外部上拉电阻；实现输入功能时，必须先输入高电平“1”，才能读取该端口所连接的外部数据；P2口的8位类似漏极开路输出，但内部已接上上拉电阻，每个引脚可驱动4个LS型TTL负载；若系统连接外部存储器，而外部存储器的地址线超过了8根时，则P2可作为地址总线（A8-A15）的引脚。P3口：P3口为8位，可位寻址的双向I/O口；内部具备约30千欧姆的上拉电阻，实现输出功能时，不需要连接外部上拉电阻；实现输入功能时，必须先输入高电平“1”，才能读取该端口所连接的外部数据；P3口的8位类似漏极开路输出，但内部已接上上拉电阻，每个引脚可驱动4个LS型TTL负载。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表2-4所示：I/O口备选功能/特殊功能P3.0/RXD串行输入口P3.1/TXD串行输出口P3.2/INTO外部中断0P3.3/INT1外部中断1P3.4/T0计时器0外部输入P3.5/T1计时器1外部输入P3.6/WR外部数据存储器写选通P3.7/RD外部数据存储器读选通表2-4AT89C51的一些特殊功能口RST：复位信号。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间，用以完成单片机的复位初始化操作。ALE/PROG：地址锁存控制信号。在系统扩展，访问外部存储器时，ALE用于控制把P0口输出的低8位的地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外，由于ALE是以晶振1/6的固定频率输出脉冲，因此可作为外部时钟或者外部定时脉冲使用。ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时，ALE才起作用。PSEN：外部程序存储器读选通信号。在读外部ROM时，PSEN有效（低电平有效），以实现外部ROM的读操作。在具体应用时，外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次，外部RAM读取时，两个PSEN信号被跳过不会输出。EA/VPP：访问程序存储控制信号。当信号保持低电平时，对ROM的读操作仅仅限定在外部程序存储器，当信号为高电平或者悬空时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。（三）晶振电路设计：GNDCX1CX212XTALX2X1图2-5晶振电路图晶振，就象是单片机的核心部件，提供时钟激励，保证单片机内部和外部电路的时序逻辑电路协调动作。（四）复位电路的设计：VCCK0SW-PB116R1A215R0BGNDRSTC8图2-6复位电路图复位一般可用上电复位、按键复位两种方式完成，我们采用按键复位，根据元器件的要求时间常数，可以选定电容和电阻的规格。（五）按键控制模块键盘往往分成编码键盘和非编码键盘，编码键盘由按键和键处理电路组成，直接为计算机提供经过编码的按键键码；而非编码键盘则只提供按键，其余由计