篮球比赛计时计分系统的设计.pdf
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1、毕业论文(设计)本科生毕业论文(设计)本科生毕业论文(设计)系(院)物理与电子信息科学系专业电子信息工程论文题目 篮球比赛计时计分系统的设计学生姓名指导教师(姓名及职称)班级06 级电信 1 班学号06290116完成日期:2010 年 4 月毕业论文(设计)Lenovo User第 1 页2013-7-30目录前言 . 11 设计任务和要求 . 21.1 设计意义. 21.2 设计任务. 21.3 设计要求. 21.4 功能创新. 22 方案比较与论证 . 32.1 显示模块的选择. 32.2 计时方案的选择. 33 系统硬件设计 . 43.1 系统设计概述. 43.2 各部分硬件简介. 4
2、3.2.1 按键部分 . 43.2.2 显示部分 . 53.2.3 系统复位电路部分. 73.2.4 AT89S52 单片机简介 . 83.2.5 系统总体原理图. 104 系统软件设计 . 104.1 系统软件框图. 104.2 软件介绍. 114.2.1 Keil . 114.2.2 Proteus . 135 系统调试 . 145.1 软件调试. 145.2 硬件调试. 145.3 篮球比赛计时计分系统的功能实现. 146 结束语 . 15附录 . 17篮球比赛计时计分系统的设计卫鹏卫鹏物理与电子工程学院电子信息工程 06290116摘 要利用 AT89S52 单片机实现了最新的篮球比赛
3、计时计分系统的软硬件设计, 此计时计分系统具有设定比赛每节总时间并实现总时间的倒计时、24s 倒计时功能、暂停和比赛双方的计分功能。该设计采用模块化的设计,程序结构简单,任务明确,易于编写、调试和修改。关键词 AT89S52 单片机 篮球比赛计时 篮球比赛计分前言单片机,亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器(CPU) 、随机存取存储器(RAM) 、只读存储器(ROM) 、输入/输出端口(I/0)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。计算机的产生加快了人类改造世界的步伐,但是它毕竟体积大。微计算机(单片机)在这种情况下诞生了,它为我们改变了什么?纵观我们现在生活
4、的各个领域,从导弹的导航装置,到飞机上各种仪表的控制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处理,以及我们生活中广泛使用的各种智能 IC 卡、电子宠物等,这些都离不开单片机。体育比赛计时记分系统是对体育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、传递利用的信息系统。根据不同运动项目的不同比赛规则要求, 体育比赛的计时记分系统包括测量类、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规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的, 因此,篮球比赛的计时记分系统是一种得分类型的系统。篮球比赛的计时记分系统由计时器、 记分器、 传感器等多种电子设备组
5、成。 同时, 根据目前高水平篮球比赛要求, 完善的篮球比赛计时记分系统设备应该能够与现场成绩处理、现场大屏幕、电视转播车等多种设备相联, 以便实现提高比赛现场感、表演娱乐观众等功能。因此,准确的时间和控制能使比赛更加公正,所以对篮球赛计时计分系统的研究很有必要和实用性。11 设计任务和要求1.1 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传送给裁判员、教练员、计算机信息系统和现场
6、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1.2 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。1.3 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 9
7、9 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。1.4 功能创新根据篮球比赛规则,进攻方在 24s 之内必须有一次投篮动作,否则视为违例;每节比赛结束后有适当的休息时间,因此本设计加入以下功能:1)当进攻方 24s 内没有进行投篮动作,比赛暂停,报警提示违例。2)当第一节结束后,自动进行2 分钟节间休息倒计时,计时时间到,进入第2节比赛,第 2 节比赛完成,自动进行 10 分钟中场休息倒计时,计时时间到,进入第 3 节比赛,第 4 节比赛类似。以上功能的加入更加贴近实际生活中的篮球比赛,使本设计更具有实用性。22 方案比较与论证2.1 显示模块的选择方案一:采用数码
8、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 来实现本设计的显示功能。2.2 计时方案的选择方案一: 采用芯片 74LS192
9、(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
10、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,因此本系统采用方案三软件方法来实现计时。33 系统硬件设计3.1 系统设计概述本设计中,系统采用 ATMEL 公司 AT89S52 单
11、片机1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 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。3.2 各部分硬件
12、简介3.2.1 按键部分键盘电路:键盘在单片机应用系统中,实现输入数据、传送命令的功能,是人工干预的主要手段。键盘分两大类:编码键盘和非编码键盘。键盘是实现人机对话的必要设备,用户可用键盘向计算机输入数据或命令。本系统采用3*3 矩阵键盘接口,矩阵连接又称行列式连接,它是指每个按键按行列式的形式排列,每一行公用一根 I/O 口线,每一列也共有一根 I/O 口线,从而减少 I/O 口线的效果。我们规定,行线作为输入, 列线作为输出,电路中,通过单片机 I/O 口给行线一直输入低电平。如果没有按键按下,则列线上输出的都是高电平;如果有键按下,则列线上肯定会输出低电平。单片机只要检测到列线上不都为高
13、,则说明有键被按下。按键功能介绍:K0 键:实现对 A 队加 1 分的功能;K1 键:实现对 A 队加 2 分的功能;K2 键:实现对 A 队减 1 分的功能;K3 键:实现对 B 队加 1 分的功能;K4 键:实现对 B 队加 2 分的功能;4K5 键:实现对 B 队减 1 分的功能;K6 键:实现对比赛的开始和暂停;K7 键:实现对犯规的比赛暂停和 24 秒重置;K8 键:实现对比赛时间的设置。3.2.2 显示部分本设计采用 LCD1602 实现显示功能, 1602 是 16 字符*2 行的字符型 LCD 显示器,它由 32 个字符点阵块组成,每个字符点阵块由 57 或 510 个点阵组成
14、,可以显示 ASCII 码表中的所有可视的字符。它内置了字符产生器 ROM(CGROM)、字符产生器 RAM(CGRAM)和显示数据 RAM(DDRAM) 。1602 液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点,在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。1) LCD1602 引脚及功能表 1 LCD1602 引脚功能编号12345678符号VSSVDDVLRSR/WED0D1引脚说明电源地电源正极液晶显示偏压信号编号91011符号D2D3D4D5D6D7BLABLK引脚说明Data I/OData I/OData I/OData I/OData I/OData I
15、/O背光源正极背光源负极数据/命令选择端(H/L) 12读/写选择端(H/L)使能信号Data I/OData I/O131415161、2 组电源,一组是模块的电源,一组是背光板的电源,均为 5V 供电。2、VL 是调节对比度的引脚调节此脚上的电压可以改变黑白对比度。3、RS 是很多液晶上都有的引脚,是命令/数据选择引脚,脚电平为高时表示将进行数据操作,为低时表示进行命令操作。4、R/W 也是很多液晶上都有的引脚,是读写选择端,该脚电平为高是表示要对液晶进行读操作,为低时表示要进行写操作。5、E 同样很多液晶模块有此引脚,通常在总线上信号稳定后给一正脉冲通知5把数据读走,在此脚为高电平的时候
16、总线不允许变化。6、D0D7 8 位双向并行总线,用来传送命令和数据。7、BLA 是背光源正极,BLK 是背光源负极。2)LCD1602 基本操作时序。表 2 LCD1602 基本操作时序读状态输入RS=L,R/W=H,E=H写指令输入RS=L,R/W=L,D0D7=指令码,E=高脉冲读数据输入RS=H,R/W=H,E=H写数据输入RS=H,R/W=L,D0D7=数据,E=高脉冲输出输出D0D7=数据无输出输出D0D7=状态字无对此液晶操作主要有以下几种方法。1 写命令(包括但不限于初始化、调节显示位置、清除显示)2 写数据 (把一个字符的 ASC 码写入液晶使其显示)3 读忙信号(液晶乃低速
17、设备,每次操作前应该测试忙信号,确定其不忙时再操作3)1602LCD 的指令码(命令码)此液晶上电的时候需要初始化,典型的指令码是 38H,也就是上电的时候需要调用void write_cmd(unsigned char command)这个函数写指令码,用法是write_cmd(0 x38);执行完这个函数可以把液晶初始化成16x2 显示5x7 的点阵8 位总线接口。它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 (说明:1 为高电平、0 为低电平) 。指令 1:清显示,指令码 01H,光标复位到地址 00H 位置。指令 2:光标复位,光标返回到地址 00H。指令 3: 光标和显示
18、模式设置 I/D: 光标移动方向, 高电平右移, 低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效,低电平则无效。指令 4:显示开关控制。 D:控制整体显示的开与关,高电平表示开显示,低电平表示关显示 C: 控制光标的开与关, 高电平表示有光标,低电平表示无光标 B:6控制光标是否闪烁,高电平闪烁,低电平不闪烁。指令 5:光标或显示移位 S/C:高电平时移动显示的文字,低电平时移动光标。指令 6:功能设置命令 DL:高电平时为4 位总线,低电平时为8 位总线 N:低电平时为单行显示,高电平时双行显示 F: 低电平时显示 5x7 的点阵字符高电时显示 5x10 的点阵字符。,指令
19、7:字符发生器 RAM 地址设置。指令 8:DDRAM 地址设置。指令 9:读忙信号和光标地址 BF:为忙标志位,高电平表示忙,此时模块不能接收命令或者数据,如果为低电平表示不忙。指令 10:写数据。指令 11:读数据。液晶显示模块是一个慢显示器件,所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平,表示不忙,否则此指令失效。液晶 LCD 指令见表 3:表 3液晶 LCD 指令指令清楚显示光标返回置输入模式显示开关显示光标和字符移位置功能置字符发生寄存器地址置数据存储器器地址读忙标志或地址写数 CGRAM 或 DDRAM00101011BF显示数据存储器地址 ADD计数器地址 ACRS000
20、0000RW0000000D70000000D60000001D5000001D400001DLD30001D2001DD101D01*I/DSCB*S/CR/L*NF*字符发生存储器地址 AGG要写的数据读出的数据从 CGRAM或 DDRAM读数13.2.3 系统复位电路部分MCS-51 单片机通常采用上电复位、按钮电平复位、外部脉冲复位、上电加按钮7电平复位、程序运行监视复位等方式。本设计采用的是上电加按钮电平复位,电路图如图所示,是上电自动复位与按钮电平复位的组合。上电复位利用电容充电来实现,即上电瞬间RST/Vpd 端的电位与 Vcc 相同,随着充电电流的减少, RST/Vpd 的电位
21、下降,最后被钳位在 0 伏,按钮电平复位,当按钮按下后,电源Vcc 同过电阻施加在单片机复位端 RST/Vpd 上,实现单片机的复位。3.2.4 AT89S52单片机简介AT89S522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 位中央处理器和 Flash 存储单元,功能强大的AT89S5
22、2 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。主要功能特性:兼容 MCS51 指令系统 8k 可反复擦写(1000
23、 次)Flash ROM32 个双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM3 个 16 位可编程定时/计数器中断 时钟频率 0-24MHz2 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8图 2 AT89S52 的外部引脚图 2 AT89S52 内部结构93.2.5 系统总体原理图图 3 系统原理图4 系统软件设计4.1 系统软件框图本系统软件采用模块化设计方法。整个系统由初始化模块、倒计时模块、液晶显示模块以及键盘模块组成程序流程图如图 4 所示:10图 4 系统程序流程图此设计由按
24、键控制系统的开始, 当系统开始时, 由单片机控制开始进行每节 12m的倒计时,当比赛出现犯规或其它要求请求暂停时,由按键控制比赛暂停,此时,时间暂停,当出现 24s 违例时,系统自动暂停计时,并发出报警;比赛比分的加减完全有按键控制;另外,当每节比赛结束后,自动跳至休息时间倒计时,第一节结束有 2m 的休息时间, 第二节结束有 10m 的休息时间, 第三节结束有 2m 的休息时间。此设计的功能完全符合现实中的篮球比赛的计时计分要求,设计更加合理。4.2 软件介绍4.2.1 Keil单片机开发中除必要的硬件外,同样离不开软件,我们写的汇编语言源程序要变为 CPU 可以执行的机器码有两种方法,一种
25、是手工汇编,另一种是机器汇编,目11前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码,用于 MCS-51 单片机的汇编软件有早期的 A51,随着单片机开发技术的不断发展,从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发,单片机的开发软件也在不断发展,Keil 软件5是目前最流行开发 MCS-51 系列单片机的软件, 这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持 Keil 即可看出。Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(uVision)将这些部份组合在一起。运行Keil 软件需要 Pentium 或以
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