单片机课程设计-比赛计分器

湖南工程学院课程设计课程名称单片机原理与应用课题名称比赛计分器设计专业电气工程及其自动化班级电气0803学号200801010310姓名刘超鹏指导教师汪超2011年7月4日湖南工程学院课程设计任务书课程名称单片机原理与应用课题比赛计分器设计专业班级电气0803学生姓名刘超鹏学号200801010310指导老师汪超审批任务书下达日期2011年6月27日任务完成日期2011年7月4日设计内容与设计要求设计内容：设计一个甲，乙两队用的比赛计分器，要求实现以下功能：1、给甲，乙两队分别设置1个加分按钮，按一下能分别实现加一分。2、给甲，乙两队分别设置1个减分按钮，按一下能分别实现减一分。3、设置一个清零按钮，按一下能实现清零4、设置预置分按钮。5、设置一个加减一分、两分和三分的切换按钮。设计要求：1、设计方案要合理、正确；2、系统硬件设计及焊接制作；3、系统软件设计及调试；4、系统联调；5、写出设计报告。主要设计条件1、MCS-51单片机实验操作台1台；2、PC机及单片机调试软件；3、单片机应用系统板1套；4、制作工具1套；5、系统设计所需的元器件。说明书格式1.封面2.课程设计任务书3.目录4.系统总体方案设计5.系统硬件设计6.软件设计（包括流程图）7.系统的安装调试说明8、总结9、参考文献10、附录（源程序清单及硬件原理图等）；11、课程设计成绩评分表。进度安排设计时间为两周第一周星期一、上午：布置课题任务，讲课及课题介绍下午：借阅有关资料，总体方案讨论星期二、确定总体设计方案星期三、硬件模块方案设计星期四、软件模块方案设计星期五、设计及调试第二周星期一、设计及调试星期二、设计及调试星期三、总调星期四、写说明书星期五、上午：写说明书，整理资料下午：交设计资料，答辩参考文献[1]、《微型计算机原理及应用》许立梓编机械工业出版社2002[2]、《微型计算机接口技术及应用》刘乐善编华中理工大学出版社2000[3]、《计算机硬件技术基础试验教程》邹逢兴编高等教育出版社2000[4]、《16位微型计算机原理接口及其应用》周佩玲编中国科学技术大学出版社2000[5]、《微型计算机原理与接口技术》吴秀清编中国科学技术出版社2001[6]、《微型计算机接口技术》邓亚平编清华大学出版社2001[7]、《单片机原理及及应用》王迎旭编机械工业出版社2001[8]、《单片机应用程序设计技术》周航慈著北京航空航天大学出版社2002[9]、《单片机实用技术问答》谢宜仁主编人民邮电出版社2002目录第1章系统总体方案设计…………………………………………………11.1概述……………………………………………………………………11.2系统框图……………………………………………………………..2第2章系统硬件设计………………………………………………………..32.1按钮设置……………………………………………………………..42.2分值切换显示功能…………………………………………………52.3数码管驱动的选择…………………………………………………62.4发光二极管显示器…………………………………………………7第3章软件设计………………………………………………………………83.1系统流程图……………………………………………………………83.2显示子程序…………………………………………………………..93.3延时子程序…………………………………………………………10第4章系统的安装调试说明……………………………………………….114.1软件调试…………………………………………………………….114.2软硬联调…………………………………………………………….12第5章总结……………………………………………………………………13第6章参考文献……………………………………………………………….14附录A源程序清单……………………………………………………………...15附录B系统原理图……………………………………………………………,,,191第1章系统总体方案设计1.1.概述单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机自20世纪70年代问世以来，以极其高的性价比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。例如，80C51系列单片机已有十多年的生命期，如今仍保持着上升的趋势，就充分证明了这一点。单片机以其一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统，数据采集系统、智能化仪器仪表，及通讯设备、日常消费类产品、玩具等。并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各层次中，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器等。而美国ATMEL公司开发生产了新型的8位单片机——AT89系列单片机。他不但具有一般MCS-51单片机的所有特性，而且还拥有一些独特的优点，此次设计中所用到的AT89C51就是其中典型的代表。本设计是基于AT89S51单片机的篮球计分器，利用7段共阴LED作为显示器件。在此设计中共接入了1个八位一体7段共阴LED显示器，每队显示器显示范围可达到0~255分。系统功能简介本设计内容为比赛计分器，主要用于各种体育比赛记录分数。采用独立式键盘作为输入，用户可分别对两队比分进行加1、加2、加3和减1减2、减3操作，其加减1，2，3分可以通过加减1分、2分和3分的切换按钮实现，并通过指示灯显示其每次按下加减分键所加减的分值。通过加减分键和分值切换键配合使用可以较方便实现预置分。比分通过1个八位一体7段共阴LED显示器显示，每队比分显示三位数。21.2.系统框图AT89C51单片机比分复位独立式键盘比分显示系统分值切换显示3第2章系统硬件设计2.1.按钮设置图2-1按钮功能图独立键盘通过P1口输入键值，其中1/2/3分切换由发光二极管指示，见图1-2。通过加减分键和分值切换键配合使用可以较方便实现甲乙两队的初始分数。按下清零后，显示的分数清零。42.2.分值切换显示功能图2-2分值切换显示图52.3.数码管驱动的选择图2-374LS24574LS245是我们常用的芯片，用来驱动LED或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由B向A传输；（接收）DIR=“1”，信号由A向B传输；（发送）当/CE为高电平时，A、B均为高阻态。由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端/1G和/2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。P0口与74LS245输入端相连,/E端接地，保证数据现畅通。8051的/RD和/PSEN相与后接DIR，使得/RD或/PSEN有效时，74LS245输入（P0.I←DI），其它时间处于输出（P0.I→DI）。62.4.发光二极管显示器的结构、工作原理及其接口电路下图为典型的数码管：图2-47段LED数码管如上图，LED显示器又称为数码管，LED显示器由8个发光二极管组成。中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个贺点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。LEDD显示器有两种不同的形式：一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED显示器；另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED显示器。7表2-5代码对应表显示字符共阴极段码共阳极段码显示字符共阴极段码共阳极段码03FHC087FH80H106HF996FH90H25BHA4A77H88H34FHB0B7CH83H466H99HC39HC656DH92HD5EHA1H67DH82HE79H86H707HF8F71H8EH动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口电路是把所有显示器的8个笔划段a-h同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM是各自独立地受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是由I/O控制的，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个显示器轮流点亮。在本课题中采用P0口输出段码，P3口为位控制输出口。8乙加分加减分键释放去抖动甲加分S1键释放键释放键释放乙减分S2切换加减分值，相应LED灯亮甲乙比分清零去抖动去抖动第3章软件设计3.1.系统流程图NN表首址送DPTR，比分清零，加减分值为1调用显示函数判断哪键按下S6S5开始初始化S3去抖动S493.2.显示子程序流程图图3-2显示子程序流程图位选通取段码送段码调用延时程序关段码将8位二进制比分转换为十进制数103.3.延时子程序延时子程序就是通过执行一些没用但又占用时间的指令的集合。这个子程序可以用于很多延时的地方因为它延时的时间可以通过R7进行改变，所以通用性好，可以将几个延时子程序合为一个，只用在调用前给R7赋值，即可根据用户的需要延时，流程图见图4-4。给R6放初值执行三条空指令返回R6-1，判断R6是否为0R7-1，判断R7是否为0图3-3延时子程序流程图11第4章系统的安装调试说明4.1.软件调试上电时对系统中进行检测是单片机程序中的一个良好设计。在硬件设计时也应该细细考虑将各个使用到的芯片、接口设计成容易使用软件进行测试的模式。很多有经验的单片机设计者都会在系统上电时（特别是第一次上电时）进行全面的检测，或者更进一步，将系统的运行状态中分为测试模式和正常运行模式，通过加入测试模式对系统进行详细的检测，使得系统的批量检测更为方便容易。另外要注意的是，一个简单明了的故障显示界面也是颇要费得心思的。比如：系统的外部RAM（数据存储器）是单片机系统中常用的器件。外部RAM如果存在问题，程序通常都会成为无法控制。因此，程序在启动时（至少在第一次上电启动时）一定要对外部RAM进行检测。另外，在仿真前要做好充分的准备。单片机硬件仿真器给单片机开发者带来了极大的方便，同时也很容易造成人的依赖性。很多时候，没有仿真器却能促使工程师写出更高质量的程序。在硬件仿真调试之前，下面准备工作将是必要的：（1）程序编完后，对代码仔细逐行检查。检查代码的错误，建立自己的代码检查表，对经常易错的地方进行检查。检查代码是否符合编程规范。（2）对各个子程序进行测试。测试的方法：用程序测试程序，编制一个调用该子程序的代码，建立要测试子程序的入口条件，再看看它是否按预期输出结果。（3）如果代码有修改，再次对代码进行检查。124.2.软硬联调编程后利用KeiluVision3来进行编译，再生成的HEX文件装入芯片中，采用proteus软件来仿真，检验功能是否能够正常实现。仿真成功后，焊接硬件电路，通过ISP下载器将hex文件烧制到单片机。通电后，LED-1亮，数码管显示“000--000”.。对应的“S1”键为甲加分按钮，当LED-1亮时，每次按下“S1”键，甲队分数加1；当LED-2亮时，每次按下“S1”键，甲队分数加2；当LED-3亮时，每次按下“S1”键，甲队分数加3；可以通过按“S5”键来实现LED-1,LED-2,LED-3之间的切换。对应的“S2”键为甲队减分键，当LED-1亮时，每次按下“S2”键，甲队分数减1；当LED-2亮时，每次按下“S2”键，甲队分数减2；当LED-3亮时，每次按下“S2”键，甲队分数减3；“S3”键为乙加分键，“S4”键为乙队减分键，其实现功能与甲队一样。对应的“S6”键为清零按钮，按下可以实现复位。数码管显示甲乙队当前分数，复位后，数码管显示“000--000”。13第5章总结做了两周的单片机课程设计，我有了很多的体会和感想。我们的课程设计是比赛计分