基于单片机的篮球赛计时计分系统的设计

基于单片机的篮球赛计时计分系统的设计内容摘要：

现 0~9数字的显示。 基于单片机的篮球赛计时计分系统的设计 19 图 一位动态 LED显示 MOV R1， 0AH MOV R0， 00 BUF： MOV A， R0 MOV DPTR， DATA MOVC A ， @A+DPTR MOV P1,A INC R0 DJNE R1,BUF SJMP NEXT DATA:DB 3F,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH 计时电路工作原理 计时电路如图 所示，在 此电路中，单片机的 P1 口用于控制 4 位 LED 的段选码；P2 口的 ~ 用于控制 4 位 LED 位选码。 由于所有的段选码连接在一起，所以同一瞬间只能显示同一字符，但如果要显示不同的字符，则要借助位选口来控制。 （如果LED 为共阴则 ~ 输出高电平，为共阳则 ~ 输出低电平。 ）例如，现在要显示 5678 四个数字，则首先应该将 5 的显示代码由 送出，然后 ~ 输出相应的为码（共阴 LED 时 ~ 输出 1000，共阳 LED 时 ~ 输出 0111）时，则可以看到 在数码管上显示数字“ 5”，再将显示的数字 5 延时 5~10ms，以造成视觉暂留效果；同时代码由 送出。 用同样的方法将其余 3 个数字 678 送数码管 4基于单片机的篮球赛计时计分系统的设计 20 显示，最后则可以在 4 位 LED 上看到 5678 四个数字。 其主要由按键开关 START/PAUSE、 SETTIME、 CHANGEFIELD，单片机 AT89C51，译码器以及 LED 显示器构成，其工作过程如下：当按下 SETTIME 时，时间显示秒钟会逐一变化，当秒钟为 99 时，再按下 SETTIME 此时分钟会进 1。 各个按键的作用介绍如下： START/PAUSE 键：可以 控制比赛时的开始和结束，另外还可以在比赛的任何时间暂停比赛。 SETTIME 键：可以实现比赛时间的调整； CHANGEFILED 键：可以交换场地时分数的交换。 图 计时电路 计分电路的设计 计分电路原理图如图 所示， B 队原理图与此类似。 其电路主要由 AT89C5 LED、按键、晶振以及若干电阻等组成。 其工作过程如下：按键 A+ A+ A+ A1 组成甲队加减分控制，按键 A+ A+ A+ A1 的一端与芯片的 ~ 相接，另外一端接地，当 A+ A+ A+ A1 四个按键中的任何一个一位按下时，会输入一个低基于单片机的篮球赛计时计分系统的设计 21 电平，从而使单片机机发生中断，进入相应的中断程序，然后判断是加分或者还是减分，这样就实现了加减分的操作。 例如：现在以甲队为例，当按下“ A+1”时，这时 A+1=0（即低电平），其它都是高电平，这时 会输入一个低电平到单片机 AT89C51，使其外部中断 INT0 发生，从而调用中断服务程序，将要显示的数据从程序中定义的 LED 显示常数表 TAB 中取出数据，所以 A 队将显示 0001。 各个按键的作用： A+1 键：完成甲队加一分操作； A+2 键：完成甲队加两分操作； A+3 键：完成甲队加三分操作； A1 键：完成甲队减一分操作；乙队加减分依次类推。 图 篮球 比赛计分器电路原理图 整个篮球计时计分器的工作过程如下：首先在比赛之前，接通电源，系统自动复位，此时计时电路与计分电路中的共阴极数码管全部显示为 0000 和 0000；然后我们按计时电路中的 SETTIME 键来设置比赛的时间，例如比赛时间上半场为 20 分钟，则可以通过此键使数码管显示为 2020，时间设置好时，等待赛程开始，当裁判吹响哨声时，立即按下 START/PAUSE 键，启动 计时，这时计时电路开始工作，计时是采用的倒计时，即动20 分钟减为 0 分钟表示上半场结束，当上半场结束时报警器会发出约 10 秒钟的响声，通知上半场的结束，这时按下 CHANGEFILED 键便可以实现分数的交换，在整个赛程中，还要对两队比分进行及时的刷新，这时可以通过计分电路来实现， A+1 键实现 A 队基于单片机的篮球赛计时计分系统的设计 22 加 1 分的操作， A+2 键：完成甲队加 2 分操作； A+3 键：完成甲队加 3 分操作； A1键：完成甲队减 1 分操作；乙队加减分依次类推。 由于加减分是采用中断完成，且加减分的中断优先级小于计时电路的优先级，所以不会对计时电路造 成影响，如果在赛程过程中，一方教练申请暂停时，经裁判批准，可以立即按下 START/PAUSE 键，即可以实现暂停计时，暂停时间到，再按下次键则可继续计时，直至上半场结束，报警器会发出 10 秒钟的响声。 下半场与上半场一样。 报警电路的设计 本设计采用的是声音报警电路 声音报警电路是通过一个三极管来驱动，这里选用的是 NPN 型的三极管。 电路原理图如图 所示。 图 报警器 当半场结束时或者 30s之内没有一次投篮时， AT89C51会通过 ，使三极管正向导通，然后发出报警的响声，然而达到了报警的效果。 晶振电路的设计 单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过 X X2 引脚接入定时控制单元（晶体振荡和电容），即可构成一个稳定的自激振荡器。 振荡器的工作频率一般在 ~12MHz 之间，当然在一般情况下频率越快越好。 可以保证程序运行速度即保证了控 制的实时性。 一般采用石英晶振作定时控制元件；在不需要高精度参考时钟时，也可以用电感代替晶振，有时也可以引入外部时钟脉冲信号。 基于单片机的篮球赛计时计分系统的设计 23 C C10 虽然没有严格要求，但电容的大小影响振荡器的振荡的稳定性和起振的快速性，通常选择在 10~30PF 左右。 在设计电路板时，晶振，电容等均应尽可能靠近芯片，以减小分布电容，保证振荡器振荡的稳定性。 其原理图如图 所示 ： 软件设计 主流程图 图 为程序的主流程图 C920PC1020PY112Mx2x1+5VS1SW PBC7R22kRESETVC C图 复位电路和时钟电路 基于单片机的篮球赛计时计分系统的设计 24 Y N Y N Y N N N Y Y 图 主流程图 定时清 0 甲乙两队分数清0 开始 设置定时时间如： 20 分钟 启动键是否按下 倒计时开始定时 定时时间是否到 喇叭响十秒 暂停键是否按下 分数设置键是否按下 交换键是否按下 对应甲乙队加减分数 甲、乙队交换分数，并显示 基于单片机的篮球赛计时计分系统的设计 25 抗干扰技术 单片机系统中抗干扰问题一直是设计中的一个十分重要的课题。 抗干扰可以从软件、硬件两方面来提高系统的可靠性。 下面将从软件方面 作出分析。 本设计抗干扰采用的是看门狗技术。 看门狗 ， 又叫 watchdog timer， 是一个定时器电路 ， 一般有一个输入 ， 叫喂狗 ， 一个输出到 MCU 的 RST 端 ， MCU 正常工作的时候 ，每隔一端时间输出一个信号到喂狗端 ， 给 WDT 清零 ， 如果超过规定的时间不喂狗 ， (一般在程序跑飞时 )， WDT 定时超过 ， 就回给出一个复位信号到 MCU， 是 MCU 复位。 防止 MCU 死机。 看门狗的作用就是防止程序发生死循环，或者说程序跑飞 [11]。 在系统运行以后也就启动了看门狗的计数器，看门狗就开始自动计数，如果到了一定 的时间还不去清看门狗，那么看门狗计数器就会溢出从而引起看门狗中断，造成系统复位。 所以在使用有看门狗的芯片时要注意清看门狗。 硬件看门狗是利用了一个定时器，来监控主程序的运行，也就是说在主程序的运行过程中，我们要在定时时间到之前对定时器进行复位如果出现死循环，或者说 PC 指针不能回来。 那么定时时间到后就会使单片机复位。 常用的 WDT 芯片如 MAX81 504IMP 813 等。 本设计采用的是 MAX813，芯片的原理图及其与单片机的连接图如图 所示 ： 图 MAX813与单片机的连接图 软件看门狗技术的原理和这差不多，只不过是用软件的方法实现，我们还是以 51系列来讲，我们知道在 51 单片机中有两个定时器，我们就可以用这两个定时器来对主程序的运行进行监控。 我们可以对 T0 设定一定的定时时间，当产生定时中断的时候对基于单片机的篮球赛计时计分系统的设计 26 一个变量进行赋值，而这个变量在主程序运行的开始已经有了一个初值，在这里我们要设定的定时值要小于主程序的运行时间，这样在主程序的尾部对变量的值进行判断，如果值发生了预期的变化，就说明 T0 中断正常，如果没有发生变化则使程序复位。 对于T1 我们用来监控主程序的运 行，我们给 T1 设定一定的定时时间，在主程序中对其进行复位，如果不能在一定的时间里对其进行复位， T1 的定时中断就会使单片机复位。 在这里 T1 的定时时间要设的大于主程序的运行时间，给主程序留有一定的的裕量。 而 T1的中断正常与否我们再由 T0 定时中断子程序来监视。 这样就够成了一个循环， T0 监视T1， T1 监视主程序，主程序又来监视 T0，从而保证系统的稳定运行 [12]。 51 系列有专门的看门狗定时器 ,对系统频率进行分频计数 ,定时器溢出时 ,将引起复位。 看门狗可设定溢出率 ,也可单独用来作为定时器使用。 看门狗使用注意：大 多数 51 系列单片机都有看门狗 ,当看门狗没有被定时清零时 ,将引起复位。 这可防止程序跑飞。 设计者必须清楚看门狗的溢出时间以决定在合适的时候，清看门狗。 清看门狗也不能太过频繁否则会造成资源浪费。 程序正常运行时，软件每隔一定的时间 (小于定时器的溢出周期 )给定时器置数，即可预防溢出中断而引起的误复位。 看门狗运用：看门狗是恢复系统的正常运行及有效的监视管理器（具有锁定光驱，锁定任何指定程序的作用，可用在家庭中防止小孩无节制地玩游戏、上网、看录像）等具有很好的应用价值。 “ 看门狗 ” 的设计思路： A、看门狗 定时器 T0 的设置。 在初始化程序块中设置 T0 的工作方式，并开启中断和计数功能。 系统 Fosc=12 MHz， T0 为 16 位计数器，最大计数值为 (2 的 10 次方 )1=65 535， T0 输入计数频率是 Fosc/12，溢出周期为 (65 535+1)／ 1=65 536(μ s)。 B、计算主控程序循环一次的耗时。 考虑系统各功能模块及其循环次数，本系统主控制程序的运行时间约为 16． 6 ms。 系统设置 “ 看门狗 ” 定时器 T0 定时 30 ms(T0 的初值为 65 53630 000=35 536)。 主控程序的每次循环都将刷新 T0 的初 值。 如程序进入“ 死循环 ”。