单片机篮球记分器毕业设计文档格式.docx
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计时器，可按键控制，在每次暂停时自动开动计秒表且在暂停时间已达50秒是发出信号通知记录员，在每节结束或决胜期时间终了可自动用非常响亮的信号通知。
记分器可登记比赛开始时场上双方的队员姓名和号码，同时记录两队的积累分数，每个队员的投篮次数和得分。
关键词：
单片机，计分,报警，显示
目录
目录I
概述1
1系统设计方案2
1.1系统构成框图2
1.2基本功能介绍3
1.3篮球计时计分器的工作过程5
2系统硬件设计7
2.1系统硬件部分组成:
7
2.2器件的选择7
2.3显示部分硬件的设计7
2.489C51单片机的结构8
2.5计时显示电路14
3系统软件设计16
3.1显示部分软件的设计16
3.2开关电路17
3.3单片机对非编码键盘的控制方式19
3.4复位电路21
结论24
致 谢25
参考文献26
附 录27
概述
单片机把我们带入了智能化的电子领域，许多繁琐的系统若由单片机进行设计，便能收到电路更简单、功能更齐全的良好效果。
若把经典的电子系统当作一个僵死的电子系统，那么智能化的现代电子系统则是一个具有“生命”的电子系统。
而随着技术的进步，单片机与串口通信的结合更多地应用到各个电子系统中已成一种趋势。
单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点，目前正以前所未见的速度取代着传统电子线路构成的经典系统，蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。
同时，一个学习与应用单片机的新高潮正在大规模地兴起。
但是，单片机并不像传统数字电路或模拟电路那样直观，原因是除了“硬件”之外，还存在一个“软件”的因素。
正是这个“软件”因素的存在，使得许多初学者怎么也弄不懂单片机的工作过程，怎么也不明白为什么将几个数送来送去，就能控制一盏灯亮灭，就能控制一个电机变速。
本设计是由一种由AT89C51编程控制LED七段数码管做显示的球赛计时计分系统。
本系统具有赛程定时设置、赛程时间暂停、甲、乙双方的比分以及比赛中60秒暂停。
它具有价格低廉、性能稳定、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时计分。
本设计就是基于单片机设计时计分系统，通过串口通信动态传输数据，使计时计分系统有了更多更完善的功能。
单片机系统的硬件结构给予了篮球计分器系统“身躯”，而单片机的应用程序赋予了其新的“生命”，使其在传统的篮球计时计分器面前具有电路简单、成本低、运行可靠等特色。
1系统设计方案
随着单片机在各个领域的广泛应用,许多用单片机作控制的球赛计时计分系统也应时产生,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。
本设计由AT89C51编程控制LED七段数码管作球赛计时计分系统具有赛程定时设置、赛程时间暂停、性能稳定、操作方便且易携带等特点。
可广泛适合各类学校和小团体作为赛程计时计分。
1.1系统构成框图
基于单片机系统的篮球计时计分器的系统构成框图如图1.1所示。
图1.1系统构成框图
本系统采用单片机AT98C51作为本设计的核心元件。
利用七段共阴极LED数码管作为显示器件。
在此设计中共接入8个七段共阴极LED显示器,其中4个用于计录甲、乙两队的分数,每队2个LED显示器显示范围可达到0～99分,足够满足赛程要求。
另外4个LED显示器则用来计录赛程的时间,其中2个用于显示分钟,2个用于显示秒钟。
赛程计时采用倒计时方式。
即比赛前将时间设置好,比赛开始时启动计时,直到计时到零为至。
计时范围可达0～99分钟,也完全满足实际赛程的需要。
其次，为了配合计时器和计分器校正、调整时间和比分，我们在设计中设立了个按键。
其中个用于甲、乙两队的分数；
另外个则用于完成设置、调整、启动和暂停时间等功能。
再次,我们还设计了定时报警系统,即比赛时间到时,我们立即通过扬声器发出报警声，提示整个赛程结束。
1.2基本功能介绍
1.2.1赛程时间设置
在计时电路中,按键开关K7、K8用来设置时间。
比如:
比赛时上半场时间为20分,则通过按K7键,使数码管1显示“2”即可;
再按K8键设置比赛时间的个位数,使数码管2显示“0”即可。
一般比赛时间为40分钟,所以只需要按K7键使数码管1显示“4”,按K8使数码管2显示“0”即可。
时间设置好后,等待比赛开始。
当比赛结束时,如果需增加比赛时间,这时增加比赛时间同样由按键开关K7、K8用来设置,且方法和上面一样,但一般情况下只需按K8设置即可。
因为加赛时间只有几分钟。
1.2.2赛程时间启停设置
启停控制电路
（1）开关电路
由于机械开关的机械振动不适合对反应速度极快的门电路进行控制，要加有防抖设置的开关。
如图1.2所示。
图1.2防抖开关
（2）启停控制电路
当Q1=1（开关置于启动位置）时，秒CP可加进秒计数器；
当Q1=0（开关置于暂停位置）时，秒CP被封锁；
CP为固定“1”，则秒停走；
当Q2=0（半全场时间未到）时可走秒；
当Q2=1（半全场时间到）时停走秒。
（3）清零电路
若选用加法计时，则当计到全场40分钟后，要继续开始新的一场比赛，必须清零。
开机时要求清零，可选用RC电路来实现。
1.2.3比分交换控制
比分交换控制由K9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,也就是说比分交换受时间控制,只有当上半场计时器指示00:
00时,按K9键,则会自动交换甲、乙两队分数。
如果上半场,赛程时间没有到00:
00时,则此时按下K9键,只会暂停比赛,不能交换分数。
如果要继续比赛,再按一次K键即可。
因此,K9键完成三重功能,即：
启动、暂停、比分交换。
1.2.4比分刷新控制
由于在比赛中,甲、乙两队的比分是不断变化的,所以需设置比分刷新控制装置;
此功能由图8所示的计分电路中的按键开关K1～K6完成:
K1键:
完成甲队加1分操作
K2键:
完成甲队加2分操作
K3键:
完成甲队加3分操作
K4键:
完成乙队加1分操作
K5键:
完成乙队加2分操作
K6键:
完成乙队加3分操作
1.2.5计分计时显示
计分计时显示器是采用七段共阴LED数码管显示。
其中计分是用4个LED显示器,计时用4个LED显示器;
显示格式为0000和0000。
1.2.6赛程结束报警
当比赛结束时,系统会自动发出10秒钟报警声,提示比赛结束。
（1）音频振荡器
音频振荡信号VS可为正弦波或矩形波，一般800HZ－1000HZ，可选用多种方案实现，如RC环形振荡器、自激对称多谐振荡器、555集成定时器构成的振荡器等。
（2）音响控制电路
用TTL的功率门或OC门可以直接驱动小功率喇叭发声。
CP是周期1S的矩形波，则会产生响一下停一下，响停共一秒的声音。
Q2是半全场的控制信号。
图1.3音响控制电路
（3）半全场时间到控制
计时器若为加法，则半场时间到及全场时间到（2040分）时，正好QA（分十位的最低位）产生下降沿，可利用此下降沿控制触发器置1，则可令Q2=1。
计时器若为减法，则应先给计时器置数40分，再作减法，当减到20分时半场到，减到0分时全场到，如何令Q2=1请读者自行考虑。
按钮开关K打到暂停位置可以使Q2恢复为0，停止音响提。
1.3篮球计时计分器的工作过程
整个篮球比赛计时计分器的工作过程如下：
首先在比赛之前,接通电源,系统自动复位,此时计时电路与计分电路中的共阴极数码管全部显示为0000和0000；
然后我们按计时电路中的K7按键来设置比赛时间的十位数,例如比赛时间上半场为20分钟,则通过K7键,使数码管1显示“2”即可;
再按K8键,设置比赛时间的个位数,使数码管2显示“0”即可。
一般比赛时间为40分钟,所以只需按K7键显示“4”,按K8键显示“0”即可。
时间设置好时,等待比赛开始,当裁判吹响开始哨声时,立即按下K9键启动计时,这时计时电路便开始工作,计时采用倒计时方式,即从20分00秒减到00分00秒表示上半场结束,上半场结束时,蜂鸣器会发出10秒钟响声,通知上半场结束,这时按一下K9键,便完成了甲、乙两队的分数交换。
在整个赛程中,我们还要对两队比分进行及时刷新,这时我们通过计分电路中的K1～K6键完成此功能,K1、K2和K3键完成对甲队的加分,K4、K5和K6键完成对乙队的加分。
由于加分我们采用中断完成,且加分的中断优先权小于计时电路的中断优先权,所以不会对计时电路造成影响。
如果在比赛过程中,一方教练申请暂停时,经裁判批准,我们立即按下K9键,即可以暂停计时,暂停时间到时,再按K9键继续计时,直至本场比赛结束,蜂鸣器会发出10秒钟响声,表示比赛结束。
2系统硬件设计
系统硬件主要是由单片机AT89C51、计时显示电路、计分显示电路、报警电路和按键开关五个部分组成。
2.2器件的选择
本系统在设计过程中主要选取了以下一些器件:
单片机:
AT89C51。
八路驱动:
74LS244,74LS240。
显示器件:
七段共阴LED显示器。
按键:
独立式按键。
2.3显示部分硬件的设计
了解了显示和驱动的原理后，我开始设计显示部分的硬件及软件部分，本次设计我们用的是共阴极的七段数码管，由于考滤到单片机的IO的输出电流达不到七段数码管的驱动电流，如果直接带动七段数码管的话将会导致有些数码管不亮或亮的很微弱，因此我在硬件电路中增加了驱动元件，我用到的驱动器是现在市面上通用的ULN2003反向驱动其图2.1为ULN2003引脚分布示意图：
图2.1ULN2003管脚示意图
其中1D～7D为信号输入，其中1Q～7Q为信号输出COM为公共端，GND为接地端。
我用到的是它的输入和输出脚，但由于它只有7入和7出不能满足我们8入8出所用，如果用两个ULN2003的话其中第2片ULN2003的管脚只用到了1个管脚其它的7个管脚在空闲，有点浪费，而且其它空置引脚可能会相互干扰。
所以我只用一片ULN2003，另外用了一个74LS06，虽说74LS06的性能不太稳定但带动一个七段数码管还是可以的。
这样做就可以节省一片ULN2003，同时也防止了空闲引脚的干扰。
解决了驱动能力之后，为了使以后更好的改进程序，我又想到能不能少用点单片机的IO口，这样做可以方便以后修改程序，经过老师的指点后，我选择了分时来使用单片机的IO，但这样来做就需要有个控制器件来控制单片机IO，最后我选用了74LS273（8D锁存器），其管脚示意图及功能如下图2.2所示。
GND：
接地端
VCC：
电源（+5V）
D0-7：
数据输入
OE：
三态门使能端。
OE为低电平时，三态门处于导通状态，允许Q端输出；
当OE端为高电平时，输出三态门断开，输出端对外电路至高阻状态。
G（STB）：
8D锁存器控制端。
若G（STB）为高电平。
则输出跟随输入；
若G（STB）为低电平。
则输入保持不变。
即将D0-7状态锁存于Q0-7端。
图2.274LS273管脚示意图
使用该器件后，用单片机来控制其使能端，从而来控制其输出的导通与截止，然后在竟过驱动电路连接到数码管上，其具体电路如上图2.2所示。
2.489C51单片机的结构
2.4.189C51单片机的结构
图2.3是89C51单片机的内部结构示意图。
它包含了作为微型计算机所必需的基本功能部件,各功能部件通过片内单一总线连成一个整体,集成在一块芯片上。
图2.389C51单片机内部结构图
C51单片机是在一块芯片中集成了CPU、存储器（包括RAM和ROM）、定时器计数器和多种功能的IO线等一台计算机所需要的基本功能部件.主要包括1个8位CPU、1个片内振荡器及时钟电路、128BRAM、4KBROM、2个16位定时器计数器、32条可编程的IO线和一个可编程的全双工串行接口、5个中断源、2个中断优先级嵌套中断结构。
（1）中央处理器（CPU）CPU是单片机内部的核心部件,是一个8位二进制数的中央处理单元,主要由运算器.控制器和寄存器阵列构成。
①运算器:
运算器用来完成算术运算、逻辑运算、位变量处理和数据传送等功能,它是8051内部处理各种信息的主要部件。
运算器主要由算术逻辑单元（ALU）、累加器（ACC）、暂存寄存器（TMP1、TMP2）、寄存器B和程序状态字寄存器（PSW）组成。
②算术逻辑单元（ALU）:
89C51中ALU由加法器和一个布尔处理器组成.主要是实现8位数据的加、减、乘、除算术运算和与、或、异或、循环、求反等逻辑运算;
布尔处理器主要用来处理操作.它是以进位标志位C为累加器的,可执行置位、复位、取反、等于1转移、等于0转移、等于1转移且清0以及进位标志位与其他位寻址的位之间进行数据传送等位操作.也能使进位标志位与其他可位寻址的位之间进行逻辑与、或操作。
③累加器（ACC）:
用来存放参与算术运算和逻辑运算的一个操作数或运算的结果.在运算时将一个操作数经暂存器送至ALU,与另一个来自暂存器的操作数在ALU中进行运算,运算后的结果又送回累加器A.89C51单片机在结构上是以累加器A为中心,大部分指令的执行都要通过累加器A进行。
④暂存寄存器（TMP1、TMP2）:
用来存放参与算术运算和逻辑运算的另一种操作数,它对用户不开放。
⑤寄存器B:
在乘、除运算时用来存放一个操作数,也用来存放运算后的一部分结果,在不进行乘、除运算时,可以作为通用的寄存器使用。
⑥程序状态字寄存器（PSW）:
PSW是一个8位标志寄存器,用来存放ALU操作结果特征和处理状态.这些特征和状态可以作为控制程序转移的条件,供程序校验和查寻.如表2.1所示。
表2.1PSW各位定义
位编号
PSW.7
PSW.6
PSW.5
PSW.4
PSW.3
PSW.2
PSW.1
PSW.0
位定义
CY
AC
F0
RS1
RS0
OV
F1
P
位地址
D7H
D6H
D5H
D4H
D3H
D2H
D1H
D0H
A）进位标志位CY:
表示累加器A在加减运算过程中其最高位ACC.7有无进位或借位。
B）辅助进位标志位ACC:
表示累加器A在加减运算时低4位（ACC.3）有无高4位（ACC.4）进位或借位。
C）用户标志位F0、F1:
是用户定义的两个状态标志位,根据需要可以用软件来使它置位或清除。
D）寄存器选择位RS1、RS0:
89C51共有4组,每组8个工作寄存器R0—R7。
编程时用于存放数据或地址。
但每组工作寄存器在内部RAM中的物理地址不同。
RS1和RS0的4种状态组合就是用来确定4组工作寄存器的实际物理地址的。
RS1、RS0状态与工作寄存器R0—R7的物理地址关系如表2.2所示。
表2.2工作寄存器组R0—R7的物理地址
RS1RS0
工作寄存器组号
R0—R7的物理地址
00
01
10
11
1
2
3
00H—07H
08H—0FH
10H—17H
18H—1FH
E）溢出标志位OV:
当执行算术指令时，由硬件自动置位或清零。
表示累加器A的溢出状态，主要用来表示带符号数加、减运算溢出与否。
可用双高位法进行溢出判别，当次高位D6向最高位D7有进位，而最高位D7无进位；
或者当次高位D6向最高位D7无进位,而最高位D7有进位,则表示发生溢出,OV=1；
否则清0。
乘法和除法也会影响OV标志。
当乘法的积>
255时,OV=1,表示积超过8位,否则OV=0。
在除法运算中,OV=1表示除数为0,除法不能进行;
反之OV=0,除法可以正常进行。
F）奇偶标志位P：
用于指示累加器A中1的个数的奇偶性，若1的个数为奇数，则P=1；
若1的个数为偶数，则P=0。
此标志对串行通信的数据传输非常有用，通过奇偶校验传输的可靠性.
（2）控制器：
控制器是单片机内部各部件按一定时序协调工作的控制核心，是分析和执行指令的部件。
控制器主要由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、振荡和定时控制逻辑电路等构成。
程序计数器PC是专门用于存放下一条将要执行指令的16位地址的一个部件,由8位计数器PCH（高8位）和PCL（低8位）组成。
CPU就是根据PC中的地址到ROM中去读取程序指令码和数据。
指令寄存器IR用于存放CPU根据PC地址从ROM中读取的指令操作码,并送给ID。
指令译码器ID是用于分析指令操作的部件,指令操作码经译码后送至定时控制电路,产生一定序时的脉冲信号,来执行指令规定的操作。
振荡器及定时控制逻辑电路,在它们外接石英晶体和微调电容（2—30ｐF）后，即可产生1.2—12MHz的脉冲信号，作为89C51工作的基本节拍。
寄存器阵列：
寄存器阵列是单片机内部的临时存储单元或固定用途单元，包括通用寄存器组和专用寄存器组。
通用寄存器组用来存放过渡性的数据和地址，提高CPU的运行速度。
专用寄存器组主要用来指示当前要执行指令的内存地址，存放特定的操作数，指示指令运行的状态等。
（3）存储器89C51单片机内部有128B的RAM数据存储器和4B的掩膜式ROM，当不够使用时，可分别扩展为64KB外部RAM存储器和64KB外部程序存储器。
它们的逻辑空间是分开的，并有各自的寻址机构和寻址方式。
这种结构的单片机称为哈佛型存储结构单片机。
程序存储器是可读不可写的，用于存放编好的程序和表格常数。
数据存储器是既可读也可写的，用于存放运算的中间结果，进行数据暂存及数据缓冲等。
（4）IO接口89C51单片机对外部电路进行控制或交换信息都是通过IO接口进行的。
单片机的IO接口分为并行IO接口和串行IO接口,它们的结构和作用并不相同。
并行IO接口:
89C51有4个8位并行双向IO接口（P0接口、P1接口、P2接口和P3接口）,每一条IO线都能独立地用作输入或输出。
P0接口为三态双向口,能带8个LSTTL电路。
P1接口、P2接口和P3接口为准双向接口（在用作输入线时,接口锁存器必须先写入“1”,故称为准双向接口）,负载能力为4个LSTTL电路。
串行IO接口:
89C51有一个全双工的可编程串行IO接口,实现单片机与其他数据设备之间的串行数据传递。
该串行接口的功能较强,既可作为全双工异步通讯收发器使用,也可作为同步移位器使用。
（5）定时器计数器
秒信号经秒、分计数器后分别得到“秒”个位、十位，“分”个位、十位的计时输出信号，然后输出到译码显示电路。
“秒”计数器应为60进制，而“时”计数器可为大于等于40的任意进制。
①六十进制计数器
可以由两块MSI计数器构成，一块十进制，一块六进制，组合起来就构成六十进制计数器。
实验室可提供的MSI计数器有T213、T217、74LS90、74LS190、74LS192、74LS160等，读者可任选。
②大于等于40的任意进制计数器
由两块MSI计数器构成，低位是十进制，高位可为大于等于四的任意进制。
③由篮球比赛的特点，计时器也可以设计成计距离比赛结束的时间，因种方案需用减法计数器。
89C51内部有2个16位可编程定时器计数器,简称为定时器0（T0）和定时器1（T1）,T0和T1分别由两个8位寄存器构成,其中T0由TH0（高8位）和TL0（低8位）构成,T1由TH1（高8位）和TL1（低8位）构成.TH0、TL0、TH1、TL1都是SFR中的特殊功能寄存器。
T0和T1在定时器控制寄存器TCON和定时器方式选择寄存器TMOD的控制下（TCON、TMOD为特殊功能寄存器），可工作在定时器模式或计数器模式下,每种模式下又有不同的工作方式。
当定时或计数溢出时还可申请中断。
（6）中断控制系统单片机中的中断是指CPU暂停正在执行的原程序转而为中断源服务（执行中断服务程序）,在执行完中断服务程序后再回到原程序继续执行。
中断系统是指能够处理上述中断过程的部分电路。
89C51单片机设有5个中断源（外中断2个,定时计数中断2个,串行中断1个）,二级优先级,可实现两极中断嵌套。
（7）内部总线总线是用于传送信息的公共途径。
总线可分为数据总线、地址总线、控制总线。
单片机内的CPU、存储器、IO接口等单元部件都是通过总线连接到一起的。
采用总线结构可以减少信息传送线的根数,提高系统可靠性，增强系统灵活性。
2.4.289C51单片机的引脚
89C51单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的。
89C51有40条引脚,与其他系列单片机引脚是兼容的。
这40条引脚可分为IO接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分。
89C51单片机为双列直插式结构，如图2.4所示。
图2.489C51引脚分配图
（1）电源线89C51单片机的电源线有以下两种:
a）Vcc：
+5V电源线。
b）Vss：
接地线。
（2）89C51单片机的外接晶体引脚
a）XTAL1：
片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。
采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。
b）XTAL2：
片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。
采用外部振荡器时，该引脚悬空。
（3）控制线89C51单片机的控制线有以下几种：
a）RST：
复位输入端，高电平有效。
b）ALEPROG：
地址锁存允许编程线。
c）：
外部程序存储器的读选通线。
d）Vpp:
片外ROM允许访问端编程电源端。
（4）IO接口组成（32根IO接口线）及功能
a）P0接口：
P0接口有8条接口线（P0.0—0.7），其中P0.0为低位，P0.7为高位。
每条线的结构组成如图2.5所示。
它由一个输出锁存器、两个三态缓冲器、输出驱动电路和输出控制电路组成。
P0接口是一个三态双向IO接口，它有两种不同的功能，用于不同的工作环境。
图2.5P0接口位结构
2.5计时显示电路
2.5.1显示器及其接口
同键盘一样，显示器也是人机交流的重要组成部分。
计算机的运行结果和运行状态可以通过显示
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