基于单片机的篮球计分器论文

基于单片机的篮球计分器论文内容摘要：

功能操作，因此须等到按键释放后，再进行键功能操作，否则按一次键，有可能会连续多次进行同样的键操作。 5. 蜂鸣器模块 蜂鸣器是一种一体化结构 的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。 蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。 蜂鸣器在电路中用字母“ H”或“ HA”（旧标准用“ FM”、“ LB”、“ JD”等）表示。 蜂鸣器的结构原理 （ 1）压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。 有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。 多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。 当接通电源后（ ~15V直流工作电压） ,多谐振荡器 起振 ,输出 ~，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。 压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。 在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。 （ 2）电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。 接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。 振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性振动发声。 蜂鸣器驱动电路 由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的 I/O 口是无法直接驱动的，所以要利用 放大电路 来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。 山东财经大学学士学位论文 8 三、 软件设计 (一 ) 软件总体设计方案 本次 毕业 设计 的 软件设计部分采用模块化程序设计，程序由主程序、 节 运行显示子程序、分数设置子程序、加时赛子程序、换场子程序、按键扫描子程序、音乐设置子程序、音乐播放子程序、 中断模块设计 等部分组成。 主流程图如图 31 所示。 (二 ) 音乐编程原理及流程图 是 是 否 开始 是 加时赛 开始 否 是 开始 否 分数设置 广告信息提示 结束 比分同 音乐播放 节 =4 暂停、报警、换场 暂停并报警 中场 小节结束 暂停 得分 启动 初始化 开始 否 是 否 否 是 是 是 是 否 否 否 是 暂停 否 图 31总 体设计流程图 山东财经大学学士学位论文 9 1. 声音的产生 声音是音频振动的结果，振动的频率高则为高音，频率低则为低音。 音频范围为 20HZ200KHZ之间，而人类耳朵比较容易辨识的声音大概是 200HZ20KHZ。 一般音响电路是以正弦波信号驱动喇叭，产生悦耳的音乐的；在数字电路里，则是以脉冲信号驱动喇叭以产生声音。 同样的频率，脉冲信号或正弦信号产生的音效，对于人类的耳朵来说很难有所区别。 若用单片机产生声音，可利用程序产生频率，送到输入 /输出端口，例如 ，再从该点连接到喇叭的驱动电路，即可驱动喇叭。 2. 音频转换原理 ⑴ 总体原理 乐曲中不同的音符，实质就是不同频率的声音。 通过单片机产生不同的频率的脉冲信号，经过放大电路，由蜂鸣器放出，就产生了美妙和谐的乐曲。 ⑵ 单片机产生不同频率脉冲信号的原 理 1）要产生音频脉冲，只要算出某一音频的脉冲（ 1/频率），然后将此周期除以 2，即为半周期的时间，利用定时器计时这个半周期的时间，每当计时到后就将输出脉冲的 I/O 反相，然后重复计时此半周期的时间再对 I/O 反相，就可以在 I/O脚上得到此频率的脉冲。 2）利用 51的内部定时器使其工作在计数器模式 MODE1下，改变计数值以产生不同频率的方法如下： 例如，频率为 523Hz，其周期天 /523 S=1912uS，因此只要令计数器计时 956uS/1us=956，在每计数 956次时就将 I/O反接，就可得到中音 DO（ 532Hz）。 计数脉冲值与频率的关系公式如下： N=Fi/2/Fr（ N：计数值， Fi：内部计时一次为 1uS，故其频率为 1MHz， Fr：要产生的频 ） ⑶ 其计数值的求法 T=65536N=65536Fi/2/Fr 计算举例： 设 K=65536,F=1000000=Fi=1MHz，求低音 DO（ 261Hz）、中音 DO（ 523Hz）、高音 DO（ 1046Hz）的计数值。 T=65536N=65536Fi/2/Fr=655361000000/2/Fr=65536500000/Fr 低音 DO 的 T=65536500000/262=63627 中音 DO 的 T=65536500000/523=64580 高音 DO 的 T=65536500000/1047=65059 (4)音符对应的简谱码如表 31所示 表 31音符对应的简谱码 音符 频率 (HZ) 简谱码 (T 值 ) 音符 频率 (HZ) 简谱码 (T值 ) 低 1 DO 262 63628 4 FA 740 64860 1 DO 277 63731 中 5 SO 784 64898 低 2 RE 294 63835 5 SO 831 64934 2 RE 311 63928 中 6 LA 880 64968 低 3 M 330 64021 6 932 64994 低 4 FA 349 64103 中 7 SI 988 65030 4 FA 370 64185 高 1 DO 1046 65058 低 5 SO 392 64260 1 DO 1109 65085 5 SO 415 64331 高 2 RE 1175 65110 山东财经大学学士学位论文 10 低 6 LA 440 64400 2 RE 1245 65134 6 466 64463 高 3 M 1318 65157 低 7 SI 494 64524 高 4 FA 1397 65178 中 1 DO 523 64580 4 FA 1480 65198 1 DO 554 64633 高 5 SO 1568 65217 中 2 RE 587 64684 5 SO 1661 65235 2 RE 622 64732 高 6 LA 1760 65252 中 3 M 659 64777 6 1865 65268 中 4 FA 698 64820 高 7 SI 1967 65283 ⑸ 每个音符使用 1个字节，字节的高 4位代表音符的高低，低 4位代表音符的节拍，下表为节拍码的对照。 但如果 1拍为 ， 1/4拍是 ，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。 假设 1/4节拍为 1DELAY，则 1拍应为 4DELAY，以此类推。 所以只要求得 1/4 拍的 DELAY 时间，其余的节拍就是它的倍数，如下表为 1/4和 1/8节拍的时间设定。 表 32 节拍码对照表 节拍码 节拍数 节拍码 节拍数 1 1/4拍 1 1/8拍 2 2/4拍 2 1/4拍 3 3/4拍 3 3/8拍 4 1拍 4 1/2拍 5 1又 1/4拍 5 5/8拍 6 1又 1/2拍 6 3/4拍 7 1又 3/4拍 7 7/8拍 8 2拍 8 1拍 9 2又 1/4拍 9 1又 1/8拍 A 2又 1/2拍 A 1又 1/4拍 B 2又 3/4拍 B 1又 3/8拍 C 3拍 C 1又 1/2拍 D 3又 1/4拍 D 1又 5/8拍 E 3又 1/2拍 E 1又 3/4拍 F 3又 3/4拍 F 1又 7/8拍 表 33 各调节拍的时间设定表 1/4节拍 1/8节拍 曲调值 DELAY 曲调值 DELAY 调 4/4 125毫秒 调 4/4 62毫秒 调 3/4 187毫秒 调 3/4 94毫秒 调 2/4 250毫秒 调 2/4 125毫秒 ⑹ 建立音乐的步骤： 山东财经大学学士学位论文 11 1）先把吧乐谱的音符找出，然后由上表建立 T值表的顺序。 2）把 T值表建立在 SONG，构成发音符的计数值放在“ SONG”。 3）简谱码（音符）为高位，节拍为（节拍数）为低 4位，音符节拍码放在程序的“ SONG”处。 表 34 简谱对应的简谱码、 T值、节拍数 简谱 发音 简谱码 T 值 节拍码 节拍数 5 低 5SO 1 64260 1 1/4拍 6 低 6LA 2 64400 2 2/4拍 7 低 7SI 3 64524 3 3/4拍 1 中 1DO 4 64580 4 1拍 2 中 2RE 5 64684 5 1又 1/4拍 3 中 3M 6 6477 6 1又 2/4拍 4 中 4FA 7 64820 7 1又 3/4拍 5 中 5SO 8 64898 8 2拍 6 中 6LA 9 64968 9 2又 1/4拍 7 中 7SI A 65030 A 2又 2/4拍 1 高 1DO B 65058 B 2又 3/4拍 2 高 2RE C 65110 C 3拍 3 高 3M D 65110 D 3又 1/4拍 4 高 4FA E 65178 E 3又 2/4拍 5 高 5SO F 65217 F 3又 3/4拍 备注：不发音 0 3. 音频转换流程图 否 否 是 选曲 初始 化 开 始 简谱码是否在编码表中 读音阶 驱动蜂鸣器延时 停止 是 是 否 否 图 3 2 音乐播放子程序 图 32 音乐播放子程序 音乐播放子程序的设计 流程如图 32所示。 程序开始运行时先进行初始化，其中包括定时器及其工作方式的选择、 LCD1602 的 设定、定时器初值的设定。 利用单片机，通过软件的方式产生所需要的音乐频率，并将收到的信号与音频编码表进行对比。 若信号在编码表中，则将该频率的定时器初值写入定时器中， 并读取频率的音阶，再从单片机的 ，经过音频放大器驱动喇叭发出声音，利用驱动喇叭演示程序即可控制音乐的节拍。 若信号不在编码表中，则返到初始化。 山东财经大学学士学位论文 12 山东财经大学学士学位论文 13 四、 软件仿真和硬件调试过程 (一 ) KEIL 的应用 硬件与软件的设计一般都要借助些软件，如我们通常用 作 电路设计与制版的 Protel， MCS51 程序开发工具 KEIL 等。 Keil C51 uVision2集成开发环境是基于 80C51 内核的软件开发平台，支持工程建立、程序的编译与链接、软件仿真、硬件仿真、目标代码的生成等功能。 Keil C51编译器在产生代码 的准确性和效率方面达到了较高的水平。 与大多数集成开发环境类似， Keil C51 集成开发环境也是用工程的方法来管理文件，在一个工程文件中源程序（ C51 程序、汇编程序）、头文件等都可以进行统一管理。 安装运行 KEIL51，使用 KEIL的开发工具进行项目开发过程，与其他软件开发项目的过程基本上相同： 1) 创建 C 语言或汇编语言的源程序 2) 编译或汇编源文件。 3) 纠正源文件中的错误。 4) 从编译器和汇编器连接目标文件。 5) 测试连接的应用程序。 (二 ) 硬件的连接与调试 本次设计的硬件电路主要由 单片机 89C516RD+、 LCD1602 和蜂 鸣器的外围电路组成。 对照原理图进行连接工作，把 LCD1602 显示器引脚正确插到相应的位置，连接蜂鸣器，最后检查器件是否正确，连接是否无误，确定一切正确后。 再文件夹中找到后缀为 HEX的文件，可以用 STCISP 进行烧写。 观察其显示和程序要是现实的功能是否一致，如不一致，则进行程序的调试和改动，直至单片机显示出的数据和要求实现的功能一致。 图 41硬件实物连接 图 (三 ) 仿真 结果截图 山东财经大学学士学位论文 14 1. 广告信息展示 图 42广告信息显示图 2. 比赛过程展示 未得分 得分 图 43比分设置图 上半场 下半场 图 44中场换场图 误操作 修改分数 图 45分数设置误操作修改图 图 46加时赛显示图 开机问候 歌曲信息 图 47音乐播放器开机问候图 山东财经大学学士学位论文 15 五、结论 本设计 由于受 硬件 条件的限制 ， 设计实现的功能 无法更 全面。 在本设 计 中如果使用支持汉字显示的显示器件，那么，在歌曲播放的同时可以显示歌曲的歌词；如果使用支持大存储容量的彩屏显示器件，不仅可以显示歌词，还可以显示 音乐视频。 本设计中，在篮球比赛休息时播放音乐。 如果进一步拓展，不进行比赛时作为音乐播放器使用，在进行比赛时作为带音乐播 放的篮球计分器使用。 那么，设计的使用性将得到很大的增强。 山东财经大学。