基于单片机篮球比赛24秒计时器设计1.docx

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基于单片机篮球比赛24秒计时器设计1

课程设计（论文）

题目名称基于单片机篮球比赛24秒计时器设计

课程名称

学生姓名

学号

系、专业

指导教师

摘要

篮球比赛中除了有总时间倒计时外，为了加快比赛的节奏，新的规则还要求进攻方在２４秒内有一次投篮动作，否则视为违例。

以下为一个篮球比赛计时器，该计时器采用按键操作、LED显示，非常实用。

此计时器也可作为其他球类比赛的计时器。

本课程设计介绍了一个基于单片机的篮球比赛计时器硬件设计，包括AT89C51、6个八段显示LED、上电复位电路、时钟发生电路等基本模块的设计。

其功能主要有：

一场篮球比赛共分四节，每节12分；每次进攻为24秒，计时器的显示均为倒计时方式，24秒计时用两位数码管显示；所有的计时都要具有暂停、继续、清零；当球员的持球时间超过24秒时，24秒倒计时减为零且有声光提示。

本次课程设计是采用单片机汇编语言实现倒计时24秒篮球比赛计时器。

关键词:

AT89C51；LED数码管；按键；模块

摘要…………………………………………………………………1

序言…………………………………………………………………1

1篮球计时器概述…………………………………………………3

1.1篮球计时器功能………………………………………………3

1.2篮球计时器的实验室实物图…………………………………4

2单片机概述……………………………………………………5

2.1单片机简介……………………………………………………5

2.2单片机的应用领域…………………………………………6

2.3AT89C51单片机引脚功能简介………………………………9

3系统硬件设计……………………………………………………13

3.1设计原理………………………………………………………

3.2功能单元块……………………………………………………

3.3硬件设计框图……………………………………………13

3.4硬件设计电路图……………………………………………13

4系统软件设计……………………………………………………15

4.1程序流程图…………………………………………………15

4.2程序设计………………………………………………………16

4.3系统仿真及结果……………………………………………19

5结论………………………………………………………………24

5.1个人总结………………………………………………………24

5.2致谢……………………………………………………………24

5.3附录（元器件）………………………………………………24

5.4参考文献………………………………………………………25

序言

篮球比赛中除了有总时间倒计时外，为了加快比赛的节奏，新的规则还要使进攻方在24秒内有一次投篮动作，否则视为违例。

本次的课程设计了一个篮球比赛计时器，可对比赛总时间和各个方面每次控球时间计时。

该计时器采用按键操作，LED显示，非常实用，此计时器也可作为其他球类比赛的计时器。

随着单片机在各个领域的广泛应用，许多用单片机做控制的球赛计时计分系统也应运而产生，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。

它具有价格低廉，性能稳定，操作方便并且易于携带等特点。

广泛适合各类学校或者小型团体作为赛程计时计分。

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。

单片机的应用是具有高度现实意义的。

单片机极高的可靠性，微型性和智能性（我们只要编写不同的程序后就能够完成不同的控制工作），单片机已成为工业控制领域中普遍采用的智能化控制工具，已经深深地渗入到我们的日常生活当中

通过此次基于单片机设计的篮球计时计分系统，我们可以更清楚详细的了解单片机程序设计的基本指令功能、编程步骤和技巧来讲述单片机编程，并对MCS-51单片机的结构和原理进行讲述，以及基于单片机开发应用的相关芯片的工作原理，并且可以在将来的工作和学习中加以应用。

1篮球计时器概述

1.1篮球计时器功能

在电子技术飞速发展的今天，电子产品的人性化和智能化已经非常成熟，其发展前景仍然不可估量。

如今的人们需求的是一种能给自己带来方便的电子产品，当然最好是人性化和智能化的，如何能做到智能化呢？

单片机的引入就是一个很好的例子。

单片机又称单片微型计算机，也称为微控制器，是微型计算机的一个重要分支，单片机是20世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是集CPU，RAM，ROM，I/O接口和中断系统于同一硅片上的器件。

单片机的诞生标志着计算机正式形成了通过计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。

目前单片机已渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

在我们身边，由单片机作为主控制器的全自动洗衣机、高档电风扇、电子厨具、变频空调、遥控彩电、录像机、VCD/DVD机、组合音响、电子琴等。

单片机已在广阔的计算机应用领域中表现得淋漓尽致，出尽了风头。

从家用消费类电器到复印机、打印机、扫描仪、传真机等办公自动化产品；从智能仪表、工业测控装置到CT、MRI、γ刀等医疗设备；从数码相机、摄录一体机到航天技术、导航设备、现代军事装备；从形形色色的电子货币如电话卡、水电气卡到身份识别卡、门禁控制卡、档案管理卡及相关读/写卡机等等都有单片机在里面扮演重要角色。

因此，单片机已成为电子类工作者必须掌握的专业技术之一。

单片机就是一个微型中央处理器，通过编程即能完成很多智能化的工作，因此它的出现给电子技术智能化和微型化起到了很大的推动作用。

随着人们生活水平的提高，社会经济的发展，人们开始考虑精神生活的享受，并开始注重身体素质的提高。

开始举办一些小型的篮球比赛。

这就需要裁判有一个公正的判罚，以保证比赛的顺利进行。

篮球比赛中除了有总时间倒计时外，为了加快比赛的节奏，新的规则还要求进攻方在24秒内有一次投篮动作，否则视为违例。

根据要求，以AT89C5分钟1单片机为核心，设计篮球比赛计时控制器。

篮球比赛上下半场四节制，每节12，要求能随时暂停，启动后继续计时，一节比赛结束后可清零。

按篮球比赛规则，进攻方有24秒为例计时。

"分""秒"显示用LED数码管。

用开关控制计时器的启动/暂停。

该篮球比赛计时器的设计，可对比赛总时间和各方每次控球时间计时。

该计时器采用按键操作、LED显示，非常实用。

此计时器在程序参数稍加修改后也可作为其他球类比赛的计时器。

大多数篮球计时器的主控芯片为AT89C51，采用12MHz晶振，P0.0-P0.7作键盘输入。

A1为12分钟暂停键；A2为启动12分钟计时键，，24秒计时开始；A3为24S复位开启键（投篮或交换控球时按下此键）；A4为24秒计时停止键（没有违例）；A5为总计时和24秒计时同时启动键；A6为总计时和24S计时同时停止键。

而此次我们设计的是一个简易篮球比赛计时器。

最简单的篮球球计时器是24秒倒计时计时器。

也就是本次课程设计的课题。

24秒篮球计时器要求设置外部操作开关，控制计数器的直接清零、启动和暂停/连续计时，并且计时电路递减计时，每隔1秒钟，计时器减1，当计时器减到0时，

1.2篮球计时器实验室实物图

图1.1篮球计时器实验室实物图

上述图为篮球比赛定时器倒计时24秒实物图，它能显示24秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停功能；在直接清零时，数码管显示灭灯；计时器为24秒递减计时其计时间隔为1秒；计时器递减计时到零时，数码管显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。

1.3主要参考器件

AT89C51LED数码管光电报警器开关电阻导线等

2单片机的概述

2.1单片机简介

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（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

单片机的存储器ROM和RAM是严格区分的。

ROM称为程序存储器，只存放程序，固定常数，及数据表格。

RAM则为数据存储器，用作工作区及存放用户数据。

为满足控制需要，单片机有更强的逻辑控制能力，特别是单片机具有很强的位处理能力。

2.2单片机的应用领域

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：

1、在智能仪器仪表上的应用

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。

采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。

例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。

2、在工业控制中的应用

用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。

例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。

3、在家用电器中的应用

现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。

4、在计算机网络和通信领域中的应用

现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。

　　5、单片机在医用设备领域中的应用

单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。

此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

2.3AT89C51单片机引脚功能简介

AT89C51有40个引脚，各引脚功能如下所示：

（1）电源引脚Vcc和Vss

Vcc（电源端）：

供电电压，为+5V。

Vss（GND）：

接地端。

（2）输入／输出端口P0、P1、P2和P3

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在Flash编程时，P0口作为原码输入口，当Flash进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

   P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在Flash编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

    P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口在Flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

  P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

（3）振荡器特性

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

（4）芯片擦除：

在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

如图1.3所示为AT89C51结构框图在一小块芯片上，集成了一个微型计算机的各个组成部分。

以下即为上述的AT89C51芯片

图1.3AT89C51结构框图

3系统硬件设计

3.1设计原理

根据设计要求，要求要求设置外部操作开关，控制计数器的直接清零、启动和暂停。

所以，硬件设计框图包括单片机、显示驱动、显示器、报警和按键五大模块。

系统硬件设计框图如图3.1.1

图3.1.1系统硬件框图

3.2功能单元模块

（1）LED显示器

单片机中通常用7段LED构成字型“8”，另外，还有一个小数点发光二极管，以显示数字、符号及小数点。

这种显示器有共阴极和共阳极两种，此课程设计采用的是共阳极。

发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器。

一位显示器由8个发光二极管组成，其中，7个二极管构成字型“8”的各个笔画a～g，

另一个小数点为dp发光二极管。

图3.2.1LED显示器

另外，将多个LED显示块组合在一起就构成了多位LED显示器。

每个LED显示器的段引脚称为段选线，公共端称为位选线。

段选线控制显示的字符，位选线控制该LED的亮和灭。

按照显示器的工作方式不同，位选线和段选线的连接方法也不同。

LED显示器有静态显示和动态显示两种方式。

（2）报警器

报警探测器是由传感器和信号处理组成的，用来探测信号的，由电子和机械部件组成的装置，是报警系统的关键，而传感器又是报警探测器的核心元件。

采用不同原理的传感器件，可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。

报警探测器的灵敏度和可靠性是相互影响的。

合理选择报警探测器的探测灵敏度和采用不同的抗外界干扰的措施，可以提高报警探测器性能。

采用不同的抗干扰措施，决定了报警探测器在不同环境下的使用性能。

了解各种报警探测器的性能和特点，根据不同使用环境，合理配置不同的报警探测器是防盗报警系统的关键环节。

它有报警主机、红外报警器、门磁探测器、烟雾探测器、燃气探测器、红外对射、遥控器、紧急按钮等组成。

探测器通过自己对周边物体的探测，和感应以及探测器自身的分离和接摸，自身产生一种感应信号，探测器把信号传给报警主机，报警主机通过自己的分析执行相应的报警功能。

在课程设计中，用到的是实验室的光电报警器。

光电报警器的驱动器的输入端接AT89C51的P1.0，当P1.0输出高电平时，会产生光电，实现报警。

（3）AT89C51芯片

芯片的的40个引脚及其功能在上述中已经介绍，以下是Proteus中的AT89C51芯片的示意图

图3.2.2Proteus软件中的AT89C51芯片

3.3硬件设计电路图

图3.3.1硬件设计电路图

设计思路：

选用AT89C51作为主控芯片，晶振是6KHz，机械周期为1ms，所以循环10次为1s。

P0口作为段码输出，P2.0、P2.1作为位控，高电平有效。

数码管是液晶显示，采用动态显示，两个串行口作为中断入口，高电平有效，启动T0定时器/计数器进行计数，低电平有效。

图2.2.1是系统硬件设计电路图一。

时间设置完后，启动定时器T0开始定时计数。

计时采用倒计时，比如：

设置的时间为24秒钟，则在LED上显示24两位数。

定时T0计数24秒后中断返回，继续定时计数下一个24秒；同时则在2位LED显示器上显示，表示时间已经过去1秒钟，即为23秒。

这样一直持续下去。

知道变为“00”时表示赛程结束。

如果比赛中裁判叫停，则只要按下键，即可暂停计时。

4软件设计

4.1程序流程图

根据设计要求，可分析并设计图3.2.1程序流程图，采用24秒倒计时，所以复位值为24秒，倒计时到0时，LED显示为00，开始判断，并报警。

开关A1控制复位，A2控制暂停，A3控制启动。

以下是篮球计时器24秒倒计时的程序流程图。

图3.1主程序流程图

4.2程序设计

根据以上流程图，可以用汇编语言编写出篮球计时器24秒倒计时程序，该程序包括主程序，中断程序，延时程序以及显示程序。

程序清单：

ORG0000H

SJMPMAIN

ORG000BH

LJMPT0_ISR

ORG0030H

MAIN:

MOVP0,#3FH;初始化赋值

MOVP1,#0FFH

MOVP2,#3FH

MOVR0,#00H

MOVR1,#24

MOVDPTR,#TAB

KEY:

JBP3.0,$;判断启动键是否按下

ACALLDELAY30MS

JNBP3.0,$

ACALLSTART

SJMPKEY;

START:

MOVTMOD,#01H;启动程序

MOVTH0,#0D8H

MOVTL0,#0EFH

SETBET0

SETBEA

SETBTR0

STOP:

JBP3.2,ZTJX;判断复位键是否程序

ACALLDELAY30MS

JNBP3.2,$

SJMPMAIN;复位程序

ZTJX:

JBP3.1,XS;判断暂停键是否按下

ACALLDELAY30MS

JNBP3.1,$

ZT:

CLRTR0;K2按下后暂停计数，并关中断

CLRET0

CLREA

JBP3.1,$;K2再次按下继续计数

ACALLDELAY30MS

JNBP3.1,$

JX:

SETBET0;第二次按下暂停键后继续倒计时（继续启动）

SETBEA

SETBTR0

XS:

MOVA,R1;显示子程序

MOVB,#10

DIVAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A;显示秒十位

MOVA,B

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,A;显示秒个位

CJNER0,#100,STOP;1S时间到否，未到直接转数码管显示

MOVR0,#00H;1S时间到，R0重赋初值

MOVA,R1;R1减1，不为0转数码管显示，为0则重新开始

CLRC

SUBBA,#1

MOVR1,A

JNCSTOP;计数未到0继续判断暂停键和停止键

MOVR1,#24;计数到0停止计数并关中断，

CLRET0

CLREA

CLRTR0

SJMPSND;跳到报警程序

SJMPKEY;跳回开始检测启动键

RET

DELAY30MS:

MOVR6,#150;延时程序子程序

AAA:

MOVR7,#100

DJNZR7,$

DJNZR6,AAA

RET

T0_ISR:

CLRTR0;中断程序子程序

MOVTH0,#0D8H

MOVTL0,#0EFH

INCR0

SETBTR0

RETI

SND:

CLRP1.0;报警程序子程序（红色发光二极管亮一下就灭）

MOVR7,#0FFH

DL:

MOVR6,#0FFH

DL1:

DJNZR6,DL1

DJNZR7,DL

SETBP1.0

RET

TAB:

DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH

END

4.3仿真及仿真结果

软件硬件联合仿真系统由一个硬件执行环境和一个软件执行环境组成，通常软件环境和硬件环境都有自己的除错和控制界面，Keil与Proteus的整合调试可以实现系统的总调，在该系统中，Keil作为软件调试界面，Proteus作为硬件仿真和调试界面。

24秒篮球计时器设置外部操作开关，控制计数器的直接清零、启动和暂停/并且计时电路递减计时，每隔1秒钟，计时器减1，当计时器减到0时，显示器上显示00，同时发出光电报警信号。

编好程序，并对其进行编译连接之后，按照上面的步骤，通过Proteus进行仿真，能够进行24秒的倒计时，复位值是24，然后显示23、22、…、18、17、…、09、08、…、01、00。

显示00后，暂停后复位。

仿真结果分析

通过在Protues中仿真，按下复位键（开启键），显示器显示24，然后自动显示23、22…，当计时到21秒时，按下暂停，显示器锁定在21，当再按启动键时，又开始倒计时，直到显示00，开始报警，按下复位键，又回到了24。

整个仿真过程按要求显示，以下为仿真结果图

图4.3.224秒显示

图表4.3.38秒显示

图表4.3.417秒显示

5总结

5.1课程设计心得体会

在本次课程设计中，我对芯片加深了了解，和巩固了对它们的使用，对于单片机和电路的综合运用有了更深一步理解，为以后的电路分析和设计奠定了一定的基础。

实现了能根据实际需要的本系统是以单片机AT89C51芯片为核心部件,实现了能通过AT89C51芯片设计篮球24秒计时器实现一些基本的功能。

刚开始时，自己通过各种途径，尽可能多的了解有关于计时器这方面的知识，为后面的设计打下基础，后面的进展也很顺利，不过在仿真阶段，由于硬件电路设计的粗心，给自己带来了不小的麻烦，不过问题最终还是得到了解决。

通过这次课程设计,使我得到了一次用所学知识来实际解决问题的锻炼，也让自己感觉到大学所学的知识有一部分是很有实用价值的，同时我对单片机的基本知识以及常用的汇编设计程序得到了进一步的巩固。

同时也让我收获良多。

通过单片机篮球比赛计时器的课程设计，让我很好的运用了单片机方面的知识，对其加以进一步的消化和巩固。

在做这次课程设计过程中使我学到了很多，我感到不论做什么事都要真真正正用心去做，才会使自己更加的成长，没有学习就不可能有实践的能力，没有自己的实践就不会有所突破，希望这次的经历能让我们在以后的学习生活中不断成长与进步。

5.2致谢

在些次课程设计中，非常感谢杨波老师的精心指导，由于他的悉心指导和关心，一直激励着我去努力做好本次课程设计，杨老师精湛的专业知识、耐心的工作态度和真诚的待人风格给我留下了非常深刻的印象，对我以后的工作和生活将产生很大的影响。

通过些次课程设计，我们获得了丰富的理论知识，极大的提高了实践能力，这将对我今后进一步学习计算机方面的知识有极大的帮助。

在此，真挚的向杨老师师说声谢谢。

同时，我也在感谢跟我一起完成此次课程设计的同学，我们相互帮助，相互鼓劢，一起并肩作战。

当我遇到困难的时候，他们在精神上和行动上都给予我很大的支持，鼓励我不要泄气，说服我勇敢的面对困难，帮助我解决了很多问题，让我的课程设计能够顺利完成。

再次感谢老师的辅导以及同学的帮助，是他们让我有了一个更好的认识，无论是学习还是生活，生活是实在的，要踏实走路。

课程设计时间虽然很短，但我学习了很多的东西，使我眼界打开，感受颇深。

5.3参考文献

1、楼然苗.单片机课程设计指导.北京：

北京航空航天大学出版社，出版年：

2007年

2、何立民.单片机实验与实践教程.北京：

北京航空航天大学出版社，出版年：

2004年

3、童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：

北京高等教育出版社，出版年：

2001年