篮球计时计分器的设计

怀化职业技术学院高职生毕业论文（设计）题目：篮球计时计分器的设计学生姓名：杨贞云专业：应用电子技术班级：06应用电子高职指导教师：钟卫连完成日期：2008年12月30日教务处印制怀化职业技术学院2009届毕业设计目录摘要……………………………………………………………………………………1关键词…………………………………………………………………………………11.前言…………………………………………………………………………………12.系统分析……………………………………………………………………………12.1篮球比赛计时器设计的成就……………………………………………………12.2系统分析…………………………………………………………………………22.3主要内容及技术指标……………………………………………………………32.4主要技术…………………………………………………………………………33.硬件设计……………………………………………………………………………33.1单片机硬件系统设计原则………………………………………………………33.2AT89C51简介……………………………………………………………………43.3时钟电路的设计…………………………………………………………………43.4复位电路的设计…………………………………………………………………53.5中断系统介绍……………………………………………………………………53.6定时器/计数器……………………………………………………………………64.软件设计……………………………………………………………………74.1计时器设计………………………………………………………………………84.2计分器设计………………………………………………………………………94.324秒程序设计……………………………………………………………………115系统调试…………………………………………………………………………176.致谢……………………………………………………………………………18参考文献……………………………………………………………………………18附录：原理图……………………………………………………………………19怀化职业技术学院2009届毕业设计1篮球计时计分器的设计摘要：本文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、显示驱动SN7407、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；计时器每节得时间用四位（两位分、两位秒），24秒计时用两位数码管显示；所有得计时都要具有暂停、继续、清零和时间调整功能；当每节比赛时间结束、24秒倒计时减为零有声光提示。关键词：篮球计时计分器设计1．前言近年来随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向深入。单片机技术在自动控制领域有着十分广泛的应用，如汽车、航空、电话、传真、视频等。很多行业涉及到自动控制的情况下涉及到单片机技术。我看到现在好多篮球比赛还在用秒表计时，这样既不准确也不直观。为了使比赛计时更加准确、方便，我特用单片机设计了一个篮球比赛计时器。基于单片机的定时和控制装置在许多行业有着广泛的应用，而计时器也是其中最基本的，也是最具代表性的例子。在基于单片机系统的计时器中，除了基本的单片机系统和外围电路外，还需要外部控制和显示装置。在本设计中，输入是按键开关，用于控制计时器的运行模式，显示是LED八段数码管。一个基于单片机定时器和中断使用的计时器，可以实现倒计时的启动、暂停、继续和复位；计时用六位数码管显示；可以调整比赛时间；当比赛结束、24秒倒计时减为零时要用声光提示。我的这个设计将可以用于普通的篮球比赛计时，价廉且实用。2．系统分析2.1篮球比赛计时器设计的成就现在篮球比赛计时器的设计大都比较的复杂，所用芯片太多，造成整体的价格提高，而且软件设计比较的复杂。导致性价比不是很高，很难得到广泛的推广。我所设计的这个篮球比赛计时器一改他们的缺点，硬件比较简单，软件也很容易，因此，实用性比较大。2.2系统分析基于单片机系统的篮球比赛计时器的基本功能模块如图1所示。从图中可以看出，对于一个篮球比赛计时器而言，是一个比较典型的单片机产品设计。系统中，除怀化职业技术学院2009届毕业设计2了基本的单片机系统和外围电路外，还需要外部的控制和显示装置。我设计的这个篮球比赛计时器主要特点表现在以下3个方面：篮球比赛计时器结构简单，并且具备最小单片机系统的基本构成。通过这个实例，可以明白构成一个最简单，同时也具备实用性的单片机系统需要哪些外围的设备的基本电路。篮球比赛计时器电路中使用了最为常用的输入输出设备：按键开关和数码管。通过对本设计的说明，可以使大家明白单片机系统的最简单的用途和控制方式。篮球比赛计时器程序最能体现单片机系统中定时器和中断用法，单片机系统中的定时和中断是单片机种最重要的资源。篮球比赛计时器程序就是利用定时器和中断系统实现延时和显示功能。单片机时钟电路复位电路按键输入驱动电路声光显示显示屏图1篮球比赛计时计分器的功能模块时钟电路：给单片机提供单片机低量的时钟信号。复位电路：给单片机提供复位信号，使单片机复位到初始状态。按键输入：是在一定的要求下，采取何种形式的控制方式来实现篮球比赛计时器不同器件的运行方式。驱动电路：给数码管提供足够的电源，并保证数码管正常显示。显示模块：将单片机输出的信号以数字形式输出。声光显示：当每节比赛时间结束－24秒计时减为零时，蜂鸣器要响，发光二极管要亮。2.3主要内容及技术指标设计内容：一场篮球比赛共分四节，每节12分钟，每次进攻完为24秒，计时器的显示均为倒计时方式。怀化职业技术学院2009届毕业设计3计时器每节时间用四位（两位分，两位秒）24秒计时用两位数码管显示。所以计时都要具有暂停.、继续、清零和时间调整功能。当每节比赛时间结束，12秒计时减为零时要用声光显示。2.4主要技术指标计时器精度±0.5秒暂停、继续、清零功能按键灵敏、准确。关键技术：基于单片机的篮球比赛计时器在设计时要解决3个方面的问题。一是LED显示模块的驱动和编程。二是有关单片机中定时器的使用。三是如何利用单片机内外来实现计时器功能和运行模式的转化。3.硬件设计3.1单片机硬件系统设计原则一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分，一是系统扩展，用单片机内部的计数单元如ROM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能够满足应用系统内要求时，必须在对外进行扩展，这样适当的芯片设计的硬件电路。二是系统的配置要按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器等要设计合适的接口电路。系统的扩展和配置应遵循以下原则：芯片要选择典型电路，并符合单片机常规用法，为硬件系统的标准化，模块化打下良好的基础。系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并都有适当余地，促使二次发展。硬件结构应结合应用软件方案一并考虑，硬件结构与软件方案会产生影响，考虑的原则是软件能实现内功能芯片功能给的实现，以简化硬件结构，但必须注意，软件实现代硬件码数，一影响应对输出硬件实现长，且占用CPU时间。系统中的相关器件要尽可能控制性能匹配，如选用CMDS芯片单片机构成低功能系统时，系统中原有芯片都应尽可能选择低消耗产品。可靠性及抗干扰设计上硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片，器件选择，实现滤波。单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动功能，驱动功能不足时，系统工作不可靠，可通过增设线驱动器增强驱动能力，减少芯片功耗来降低总线负荷。怀化职业技术学院2009届毕业设计4尽量用单片机方向设计硬件系统，系统器件越多器件之间相互干扰就越强，功耗愈增大，愈不可能允许降低系统的稳定性3.2AT89C51的简介AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL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（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为你提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。AT89C51主要性能参数：·与MCS－51产品指令系统完全兼容·4K字节可编程闪速存储器·1000次擦写周期·全静态操作：0Hz—24MHz·三级加密程序存储器·128×8字节内部RAM·32个可编程I/O口线·2个16位定时/计数器·6个中断源·可编程串行UARt通道·低功耗空闲和掉电模式·片内振荡器和时钟电路3.3时钟电路的设计XTAL1和XTAL2分别做晶体振荡电路的反相器和输出端。在使用内部振荡电路时，这两个端子用来外接石英晶体，振荡频率为晶体振荡频率，振荡信号送至内部时钟电路产生时钟脉冲信号。这个部分给单片机提供工作节拍，是单片机的主频。如图所示。怀化职业技术学院2009届毕业设计5EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U18051C230pFC330pFY112MHZ图2时钟电路3.4复位电路的设计复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤消复位信号。可见电源稳定后还要经一定的延时才复位，以防电源开关或电源插头在分-合过程中引起的抖动而影响复位。复位电路如图所示。EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U18051C422μFR2100VCCS1SW-PBR12KD1DIODE图3复位电路3.5中断系统介绍（1）中断概念：当中央处理器CPU正在执行某程序时，由于某种原因，外界向CPU发出了暂停目前工作去处理更重要事件的请求，程序被打断，CPU响应该请求并转入相应的处理程序，处理程序完成以后，再返回到原来程序被打断的位置，继续原来的工作，这一过程称为中断。实现中断功能的部件称为中断系统。怀化职业技术学院2009届毕业设计6（2）中断系统的功能中断系统一般要完成以下功能。1）现场保护和现场恢复中断源向计算机发出中断请求，CPU响应该中断请求，断开主程序，转向中断服务程序，完成中断服务后，再返回到原来的主程序。主程序被断开的位置称为断点，为了CPU完成中断服务后，能够返回到原主程序的位置，就要保护断点处的现场状态，即将断点处的PC值、相关寄存器的内容、标志位等状态压入堆栈保存，该操作被称为保护断点和现场。中断服务结束后，在返回主程序前，要将被保护的断点和现场恢复，即弹出堆栈中被保存的内容至各相关寄存器，该操作被称为现场恢复。汇编语言程序员在使用中断时，需要仔细考虑现场的保护和恢复，高级程序员无需关心该问题，C编译器会自动完成现场保护和恢复。2）中断优先权排队通常微型计算机系统有多个中断源，当有两个以上的中断源同时向CPU提出中断请求时，CPU面临首先为哪个中断源先服务的问题，微型计算机内都为这些中断源规定了中断响应的先后顺序——优先级别，即不同的中断源享有不同的优先响应权利，称为中断优先权，CPU对多个中断源响应的优先权由高到低的排队，称为优先权排队。CPU总是首先响应优先权级别高的中断请求。3）中断嵌套当CPU正在执行某一中断服务程序时，可能有优先级别更高的中断