单片机课程设计报告-篮球计时计分器

2010～2011学年第2学期《单片机应用系统设计与制作》课程设计报告教学院（部）电气与电子信息工程学院教研室电气自动化指导教师课程设计时间2011.5.30～2011.6.10课程设计班级电气自动化技术2009（*）班学号2009********姓名张**2单片机应用系统设计与制作课程设计成绩评定表课程设计题目：篮球计时记分器课程设计答辩或质疑记录：1、2、成绩评定依据：成绩评定依据：课程设计考勤情况（20％）：课程设计答辩情况（30％）：完成设计任务及报告规范性（50％）：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：2011年6月20日3摘要篮球计时计分器以单片机为核心，由计时器、计分器、综合控制器等组成。系统采用模块化设计，主体分为计时显示模块、计分显示模块、定时报警、按键控制键盘模块。每个模块的程序结构简单、任务明确，易于编写、调试和修改。编程后利用Keil软件来进行编译，再将生成的HEX文件装入芯片中，采用Proteus软件仿真，检验功能是否能够正常实现，本设计中系统硬件电路主要由以下几个部分组成：单片机AT89C52、计时电路、计分电路、报警电路和按键开关。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。关键词：单片机，计时，计分，显示器，接口ABSTRACTTimebasketballscoringdeviceasthecoreofSCMincludesthetimer,scoringdevices,integratedcontrollerandothercomponents.Thissystemisusedofthemodulardesign,inwhichthemaindisplaymoduleisdividedintotimedisplaymodule,scoringdisplaymodule,timingalarmmodule,andkeycontrolkeyboardmodule.Programstructureofeachmoduleissimpleandclear.Soitiseasytowrite,debugandmodify.Afterprogramming,firstlywecanuseKeilsoftwaretocompileandthengeneratetheHEXfileintothechip.SecondlyweusetheProteussoftwaresimulationtotestwhetherthenormalfunctiontoachieve.Thedesignofhardwarecircuitmainlyconsistsofthefivecomponents,includingAT89C52,timingcircuit,scoringcircuit,alarmcircuitandkeyswitchcircuit.Thesystemhasmanyfeatures,suchassettingthescheduletime,schedulingtimetopause,refreshingresultofbothpartiestimely,storingtemporarilyresultsafterthematchandsoon.KEYWORDS：Microcontroller,Timing,Scoring,Display,Interface4目录一、设计目的及要求··································3二、方案论证·······································3三、元件及其功能简介································5四、电路方案设计····································12五、编程及仿真······································16六、心得与总结·····································20附表一、程序清单·····································21参考文献·············································345课程设计报告一、设计目的及要求1、设计目的通过本次基于C51系列篮球计时计分器的设计，可以了解、熟悉有关单片机开发设计的过程，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一些方法和技巧，这主要表现在以下一些方面：(1)篮球赛计时计分系统包含了8051系列单片机的最小应用系统的构成，同时在此基础上扩展了一些使用性强的外围接口。(2)可以了解到LED显示器的结构、工作原理以及这种显示器的接口实例与具体连接与编程方法。(3)怎样利用串行口来扩展显示接口等。2、设计要求（1）能记录整个赛程的比赛时间，并能修改比赛时间、暂停比赛时间；（2）能随时刷新甲、乙两队在整个比赛中的比分；（3）比赛时间和24秒结束，能发出报警提示。二、方案论证1、单片机的选型方案一：51单片机虽然51单片机是8位的，采用总线结构，但具有编程控制简单、接口简单、工作可靠、价格经济、能耗少、容易实现系统小型化。方案二:61单片机61单片机是在51的基础上扩展起来的，它是16位非总线结构的，支持16位硬件乘法，还有专门的乘法指令，现在应用非常广泛。由于本系统结构简单，用51单片机就足够实现其功能，因此本系统采用51单片机来实现。2、计时、计分方案方案一：采用计时芯片6针对计算机系统对即使芯片的要求，各大芯片厂家退出了键时钟、倒时钟、正时钟各种芯片，可采用自动控制计时芯片，通过触发控制电路使计时器自动地计时，达到预定时间后，芯片重新开始计时（实现倒计时功能）；也可以触发控制电路使计时器不计时，达到预定时间后芯片重新开始计时（实现暂停功能），不需要程序干预。计算机可以通过中断或查询方式读取计数器数据，实现计时的暂停的功能，并进行显示，计时功能的时间就无需占用cpu的时间，程序简单，控制精度高，因此在工业控制系统中多采用这一类专用芯片实现计时功能。方案二：软件控制利用MCS—51内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现计时。该方案节省硬件成本。方案二可以综合运用定时器/计数器、中断以及程序设计的知识，更适合做课程设计使用，因此本系统采用软件方案来实现计时。3、数码管显示方式点亮LED显示器有两种方式：一是静态显示；二是动态显示。方案一：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。从图可以看出，每位LED显示器需要单独占用8根端口线。方案二：动态显示动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。透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，每位元数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，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资料，不会有闪烁感。7由于动态显示和静态显示的显示效果是一样的，动态显示能够节省大量的I/O埠，而且功耗更低。所以在本系统中选用动态显示静态显示图动态显示图4、系统结构方框图本系统的核心控制元件是单片机AT89C52，在它的基础上加上一些输入控制和输出显示模块，来实现调整和显示篮球比赛时的时间和分数的设置。三、元件及其功能简介1、单片机AT89C52①、单片机AT89C52简介AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL8公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。AT89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。②、基本功能特性1、兼容MCS51指令系统2、8k可反复擦写(大于1000次）FlashROM；3、32个双向I/O口；4、256x8bit内部RAM；5、3个16位可编程定时/计数器中断；6、时钟频率0-24MHz；7、2个串行中断，可编程UART串行通道；8、2个外部中断源，共8个中断源；9、2个读写中断口线，3级加密位；10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。③、主要管脚及接口XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32~39脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，9这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P1.0和P1.1的第二功能引脚号功能特性10P1.0T2，时钟输出P1.1T2EX（定时/计数器2）P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行M