王东升篮球比赛计时计分系统的设计.doc
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1、毕业设计(报告)毕业设计(报告) 课题: 基于蓝球比赛计分器的设计 学生: 王东升 系部: 电子信息系 班级: 应用电技术 1101 班 学号: 2011110664 指导教师: 彭克发 装订交卷日期:2014 年 3 月 10 日 郑重申明郑重申明 本人呈交的毕业实习报告(设计) ,是在导师的指导下,独立进行实习和研究工作所取得的成 果,所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知,除文中已经注明引用的内容外,本毕业实习报 告(设计)的成果不包含他人享有著作权的内容。对本毕业实习报告(设计)所涉及的实习和 研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确的方式标明。本毕业实习报告(设计) 的知识产
2、权归属于作者与培养单位。 学生签名学生签名签字盖章 日期0000.00 摘要 篮球比赛是每所院校都会开展的一项体育运动,学生之间、教师之间或是师生之间都可以开展。 计分方式也比较多,体育馆里可以由大屏幕计分器进行计时、计分,但是在运动场上还主要靠 翻牌式的计分方式。为了增强校园内比赛的便捷性,可以利用单片机进行控制实现计时、计分。 ATMEL 公司生产的 AT89C51 系类的单片机就非常适合此类产品制作,可以利用直流稳压电源或 是电池盒直接供电,因此携带和移动方便,计时、计分准确。本设计主要利用单片机 AT89C51 作为核心元件,利用 3 组 4 位共阳极的数码管作为显示器件,以 C 语言
3、作为编程语言,在 Protues 和 Keil 搭建的软件仿真平台下进行仿真,本设计包含了 AT89C51 系列单片机的最小 系统的构成,同时在此基础上扩展了一些实用性强的外围接口,可以进一步了解译码器 74LS247 的应用,LED 七段数码管的结构和工作原理,主要实现了计时和显示 A/B 队的分数, 并能及时进行加分,减分,鸣笛警示等功能。系统设计完成后应有成本低廉、性能稳定、高准 确度显示、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分。 关键词: AT89S52 单片机, 篮球比赛计时 ,篮球比赛计分 目录目录 1 1 概述概述 . 6 6 1.1 国内外篮球比赛计分器的
4、现状分析 . 6 2 2 设计任务和要求设计任务和要求.6 2.1 设计意义.7 2.2 设计任务.7 2.3 设计要求.7 3 3 设计原理与方案选择设计原理与方案选择.8 3.1 系统硬件方案设计原理.8 3.2 系统软件方案设计原理 8 3.3 系统总体设计框图.9 3.4 系统总体电路图10 3.5 显示模块的选择.11 3.6 计时方案的选择.12 4 4 系统硬件设计系统硬件设计13 4.1 系统设计概述.13 4.2 AT89S52 单片机简介13 4.3 系统总体原理图17 4.4 各部分硬件简介17 4.4.1 按键部分17 4.4.2 显示部分18 4.4.3 复位电路部分
5、.21 4.4.4 元器件的选择 . .22 5 5 系统软件设计系统软件设计23 5.1 软件总体设计方案23 5.2 系统设计框图.24 5.3 软件介绍.25 5.3.1 keil25 5.3.2 proteus.27 5.4 时间显示设计 27 5.5 积分显示设计 29 6 6 系统调试系统调试.32 6.1 软件调试.32 6.2 硬件调试.34 6.3 故障预测及解决办法.34 6.4 篮球比赛计时计分系统的功能实现35 7 7 课程设计体会课程设计体会.36 8 8 附录附录37 9 9 参考文献参考文献46 1010 致致 谢谢. 47 1 1 1 概述概述 1.11.1国内
6、外篮球比赛计分器的现状分析国内外篮球比赛计分器的现状分析 篮球比赛在中国越来越被人们关注,同时也被更多青少年所喜爱。篮球赛记时计分器是对 比赛过程中所产生的时间、比分等数据进行快速采集记录、加工处理、传递利用的工具。根据 不同运动项目的不同比赛规则要求,篮球赛记时计分器包括评分类、命中类、制胜类、得分类 等多种类型。 篮球比赛是根据运动队在比赛时间里得分多少来决定胜负的。因此,篮球比赛 的记时计分器是一种得分类型的工具。篮球比赛的记时计分器由计时器、计分器等多种电子设 备组成。同时,根据目前高水平蓝球比赛要求,完善的蓝球比赛计时计分系统设备应该能够与 现场成绩处理、现场大屏幕、电视转播车等多种
7、设备相联,以便实现提高比赛现场感、表演娱 乐观众等功能。 篮球赛记时计分器的设计具有赛程时间计时、 调整及暂停和比赛计分显示的功能。一方面, 方便了人们比赛时的计时计分工作,在某种程度上可促进篮球赛的开展,既有利于发展这项体 育活动,又有利于增强人们的体质,另一方面,随着参与篮球运动的人数的增多,也有利于篮 球运动的选拔,对我国的篮球事业也具有促进作用。 虽然篮球比赛中很早就开始研究应用了 计时计分器,但通常都是利用模拟电子器件、数字电子器件或是模拟、数字混合组成的,其稳 定性和高准确度计时计分扔存在一些问题。随着科学技术的发展和电子技术的不断更新,对其 稳定和高准确度计时计分的实现至今仍是生
8、产和科研的课题。 随着单片机在各领域的广泛应用,许多用单片机做控制的球赛计时计分系统也就应运产生, 如单片机控制 LED 液晶显示器计时计分器,用单片机控制 LED 七段显示器记时计分器等。同时 单片机在此领域的广泛应用,也大大提高了比赛中记时计分的稳定性和准确性。 2 2 2 设计任务和要求设计任务和要求 2.12.1 设计意义设计意义 在篮球比赛中,计时计分系统是必不可少的。随着比赛规则的进一步完善,相应的计时计 分系统也必须随之改进。篮球计时计分系统是一个负责篮球比赛的数据采集和分配的专用系统, 它负责对比赛结果、成绩信息的采集处理、传输分配,即将篮球比赛比分数据通过专用的技术 接口分别
9、传送给裁判员、教练员、计算机信息系统和现场观众等。由于比赛的不可重复性,决 定了篮球计时计分系统是一个实时性很强、可靠性要求极高的电子服务系统,所以计时计分设 备是篮球比赛中不可缺少的电子设备,计时计分系统设计是否合理,关系到比赛系统运行的稳 定和可靠,并直接影响到比赛的顺利进行。 通过此次基于单片机设计的篮球计时计分系统,我们可以更方便、快捷地了解篮球比赛的 当前信息,并对篮球比赛的时间和比分做出更准确的记录 2.22.2设计任务设计任务 设计并制作一个用于赛场的篮球比赛的计时计分系统,记录台能监控、调节。 2.32.3 设计要求设计要求 1)比赛采用倒计时方式,计时系统能够完成篮球比赛的所
10、有计时及显示要求。 2)能设置比赛时间,具有比赛暂停功能。 3)比分显示范围为 0 到 99 分,能满足一般的比赛的计分。 4)能随时刷新甲.乙两队在整个赛程中的比分。 3 3 3 设计原理与方案选择设计原理与方案选择 3.13.1 系统硬件方案设计原理系统硬件方案设计原理 该系统硬件电路包括:单片机 AT89C51、时钟电路、复位电路、电源电路、按键控制 电路、计分电路、计时电路、报警电路。软件包括用 Keil 进行 C 语言编程,用 Protues 进行 仿真,具体系统硬件结构框图如图 1 所示。 AT89C52 计分显示 时钟电路 计分电路 报警电路 计时电路计时显示 鸣笛警示 按键控制
11、 复位电路 电源电路 3.23.2 系统软件方案设计系统软件方案设计原理原理 软件部分要求实现的功能有:开始时所有显示屏都显示 0;有预置比赛时间的功能;具 有 AB 两队分别计分的功能;有鸣笛警示功能;只有当预置时间后,并按开始按钮,计时器才 4 能开始计时,只有当开始计时后,AB 两队才能加分等。结合数码管以及 51 单片机计数器的工 作实现方式、接口应用、中断控制等可设计出程序流程图如图 2 所示: N Y 将 BCD 码转化为 7 段码显示出来,并确认比赛是否结束 将当前的分数转化为 BCD 码 确认按下的是哪个键 鸣笛休息A 队减 1 分A 队加 1 分 等待按键释放 B 队加 1
12、分B 队减 1 分 确认是否有按键按下 读取功能键 读 P3 口的值 取出 P3.6 启动按键是否按下 去抖 比赛开始,并初始化 N N 3.33.3 系统总体设计框图系统总体设计框图 比赛结束 停止 5 CPU 4KB ROM 128 字节 的 RAM定时器计数器 并行 IO 接口串行接口中断系统 时钟源 图 3 系统总体设计框图 3.43.4 系统总体电路图系统总体电路图 6 EA/VPP 31 XTAL1 19 XTAL2 18 RST 9 P3.7(RD) 17 P3.6(WR) 16 P3.2(INT0) 12 P3.3(INT1) 13 P3.4(T0) 14 P3.5(T1) 1
13、5 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 (AD0)P0.0 39 (AD1)P0.1 38 (AD2)P0.2 37 (AD3)P0.3 36 (AD4)P0.4 35 (AD5)P0.5 34 (AD6)P0.6 33 (AD7)P0.7 32 (A8)P2.0 21 (A9)P2.1 22 (A10)P2.2 23 (A11)P2.3 24 (A12)P2.4 25 (A13)P2.5 26 (A14)P2.6 27 (A15)P2.7 28 PSEN 29 ALE/PROG 30 (TXD)P3.1 11 (RX
14、D)P3.0 10 GND 20 5V 40 U1 AT89S52 30pF C1 30pF C2 S1 SW-PB S3 SW-PB S0 SW-PB 12M Y1 XTAL 1kR1 5V 10kR2 D1 4001 0.33UF C4 0.1UF C5 1 2 3 JP1 Header 3 5V DS1 LED1 330 R3 5V S2 SW-PB S4 SW-PB 10uf C3 s1 s2 s3 s4 VSS 1 VDD 2 VL 3 RS 4 RW 5 E 6 D0 7 D1 8 D2 9 D3 10 D4 11 D5 12 D6 13 D7 14 BLA 15 BLK 16 L
15、CD1602 5V 5V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 RP1 10K 5V P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P24 P25 P26 P24 P25 P26 S1 S2 S3 S4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ISP ISPJACK 5V P15 P16 P17 RST P15 P16 P17 5V 10K R5 1 2 3 INPUT GND OUTPUT 7805 9V DS2 LED0 330 R4 图 4 系
16、统总体电路图 3.53.5 显示模块的选择显示模块的选择 7 方案一:采用数码管 LED 显示,LED 显示器是由发光二极管构成的 LED 数码管、LED 点阵 显示器等。LED 发光器件一般常用的有两类:数码管和点阵。 方案二:采用液晶电路来显示,LCD1602 是工业字符型液晶,能够同时显示 16x02 即 32 个字符。 对以上两个方案加以比较,可以发现 LED 虽然使用简单,但是显示内容有限,显示效果不 是很直观,硬件连接电路较为复杂,而且稳定性不高;而 LCD1602 连接线路简单,显示内容丰 富,易于硬件电路实现,可靠性较好。 综上所述:显示模块采用第二种方案,采用 LCD1602
17、 来实现本设计的显示功能。 3.63.6计时方案的选择计时方案的选择 方案一:采用芯片 74LS192(十进制同步加/减计数器) 、NE555(秒脉冲发生器)以及辅 助电路等组成。设计中秒脉冲发生器是采用 555 集成电路组成的多谐振荡器构成,通过计算来 产生比较准确的 1 秒脉冲。译码显示电路用 CD4511 和共阴极七段 LED 数码管组成,报警电路 在实验中用发光二极管代替。 该方案能较准确的显示比赛时间和比分,但是有众多的不足。例如:电路中用到的芯片较 多,无法简化设计方案。 方案二:采用计时芯片,针对计算机系统对计时芯片的要求,各大芯片厂家推出了键时钟/ 倒计时/正计时各种芯片,可采
18、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) ;也可以通过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。计算机可通过 中断或查询方式读取计时器数据,实现计时的暂停的功能,并进行显示,计时功能的实现就无 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来 实现计时功能。 方案三:软件控制,利用 AT89S52 内部的定时器/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,并且可综合运用定时器/计数器、中断以及程序设计的知识,因 此本
19、系统采用方案三软件方法来实现计时。 8 4 4 系统硬件设计系统硬件设计 4.14.1 系统设计概述系统设计概述 本设计中,系统采用 AT89S52 单片机为控制核心,由倒计时模块、比分显示模块、人机接 口模块、报警模块等部分组成。其中比赛时间倒计时和 24 秒进攻倒计时分别采用单片机 AT89S52 的定时器 1 和定时器 2 实现;人机接口模块由键盘和 LCD1602 液晶组成,可实现比赛 时间、24 秒倒计时设置和显示、比分显示和比赛节数显示等功能。 本设计采用 3*3 矩阵式键盘作为输入,记录台可分别对两队比分进行加 1、加 2 和减 1 操 作。其中加 1、2 可以通过加 1 分和
20、2 分的按键直接实现,减 1 分、2 分、3 分通过按下减 1 分 按键的次数完成。比分通过 LCD1602 显示器进行显示,每队比分显示 2 位。 4.24.2AT89S52AT89S52 单片机简介单片机简介 AT89S52 是 51 系列单片机的一个型号,它是 ATMEL 公司生产的。AT89S52 是一个低电压, 高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 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
21、理器和 Flash 存储单元,功能强大的 AT89S52 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 AT89S52 有 40 个引脚,32 个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含 2 个外中断口, 3 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口,2 个读写口线,AT89S52 可以按照常规方 法进行编程,但不可以在线编程(S 系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和 Flash 存 储器结合在一起,特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。 AT89S52 有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等三种封装形式,以适应不同产品的需求。主要功 9
22、 能特性: 兼容 MCS51 指令系统 8k 可反复擦写(1000 次)Flash ROM 32 个双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时/计数器中断 时钟频率 0-24MHz 2 个串行中断 可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源 共 6 个中断源 2 个读写中断口线 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 图 5 AT89S52 的外部引脚 10 图 6 AT89S52 内部结构 主要特性: 与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程 FLASH 存储器 寿命:1000 写/擦循环 数据保留时间:10 年 全静态工作:0Hz-2
23、4MHz 三级程序存储器锁定 1288 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 管脚说明: VCC:供电电压。 GND:接地。 P0 口:P0 口的 8 位皆为漏极开路输出简称 OD;内部无上拉电阻,所以执行输出功能时, 外部必须接上拉电阻;若要实现输入功能,必须先输入高电平“1” ,才能读取该端口所连接的 外部数据;若系统连接外部存储器,则P0 可作为地址总线和数据总线的多功能引脚,此时 11 内部具有上拉电阻,无需外接上拉电阻。 P1 口:P1 口为 8 位,可位寻址的双向 I/O
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