基于单片机控制的篮球计时计分器的设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

基于单片机控制的篮球计时计分器的设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

PP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 芯片擦除 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。 在芯片擦操作中，代码阵列全被写 “1” 且在任何非空存储字节被重复编程以前， 该操作必须被执行。 此外， AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。 在闲置模式下， CPU 停止工作。 但 RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。 在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止 [6]。 掉电模式 在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内 RAM 和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。 推出掉电模式的唯一方法是硬件复位。 复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不改变 RAM中的内容，在 VCC 恢复到正常工作电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重新启动并且稳定的工作 [5]。 专 科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 41 页 表 23 外部引脚状态表 模式 空闲模式 空闲模式 掉电模式 掉电模式 程序存储器 内部 外部 内部 外部 ALE 1 1 0 0 /PROG 1 1 0 0 P0 数据 浮空 数据 浮空 P1 数据 数据 数据 数据 P2 数据 数据 数据 数据 P3 浮空 浮空 数据 数据 程序 储存器的加密 AT89C51 可使用对芯片上的三个加密位 LB LB LB3[2]进行编程（ P） 或者不进行编程（ U）。 当加密位 LB1 被编程时，在复位期间， EA 断的逻辑电平被采样并锁存，如果单片机上电后一直没有服位，则锁存起的初始值是一个随机数，这个随机数会保存到真正复位为止 [5]。 显示器及其接口 显示器介绍 显示器是最常用的输出设备，其种类繁多，但在单片机系统设计中最常用的是发光二极管显示器（ LED）和液晶显示器（ LCD）两种。 由于这两种显示器结构简单，价格便宜，接口容易实现，因而得到广泛的应用。 液晶显示器分很多种类，按显示方式可分为段式，行点阵式和全点阵式。 段式与数码管类似，行点阵式一般是英文字符，全点阵式可显示任何信息， 如汉字、图形、图表等 [4]。 两者之间的 区别： （ 1）二极 本身发光， 液晶本身不发光，只是透射光。 （ 2） 二极管体积大，图像质量一般，适合作室外大屏幕，价格较低。 液晶成本较高，面积无法做得很大，但图像质量很好，适合做显示器。 专 科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 41 页 （ 3）二 极管耗电大，液晶耗电小。 （ 4） 二极管图像刷新率低，液晶的高 结构与原理 图 22 7 段 LED 数码管 如 图 22， 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 [1]。 如图 23所示。 图 23 共阴与共阳极 LED显示器 LED 显示器显示方式 点亮 LED 显示器有两种方式：一是静态显示；二是动态显示。 在本次设计中，采用的是静态显示。 这种电路的优点在于：在同一时间可以显示不同的字符；但缺点就是占用端口资源较多。 从下图可以看出，每位 LED 显示器需要单独占用 8根端口线， 因此，专 科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 41 页 在数据较多的时候，往往不采用这种设计，而是采用动态显示方式 [3]。 所谓动态显示，就是将要显示的多位 LED 显示器采用一个 8 位的段选端口，然后采用动态扫描一位一位地轮流点亮各位显示器。 图 24为 4位 LED 显示器动态显示电路。 图 24 动态显示图 CD4094 芯片介绍 在本次设计的计分电路中，我们使用集成电路 CD4094。 CD4094 是 8位移位寄存器，它主要完成串行输入，并行输出 8 位数据的功能，所以又叫 8 位串 /并转换器。 图 25为 CD4094 的引脚图： 图 25 CD4094 引脚分布图 74LS21 芯片介绍 本次设计中的比分校正电路采用四输入与门 74LS21 来实现。 74LS21 是双 4G ND G ND G ND8 根段马线8 根段马线8 根段马线8 根段马线端口 4端口 3端口 2端口 1G ND专 科毕业设计说明书（论文） 第 16 页 共 41 页 输入与门。 在 一个 芯 片里有两个相同的单元，其中一个任何一个都是 1/2 断口。 同型号的 74 系列、 74HC 系列、 74LS 系列芯片，逻辑功能上是一样的。 表 24为7 74HC、 74LS 系列芯片资料 [8]。 表 24 7 74HC、 74LS 相关资料表 系列 电平 典型传输延迟 ns 最大驱动电流 AHC CMOS 8/8 AHCT COMS/TTL 8/8 HC COMS 25 8/8 HCT COMS/TTL 25 8/8 ACT COMS/TTL 10 24/24 F TTL 15/64 ALS TTL 10 15/64 LS TTL 18 15/24 报警器 报警器的分类 蜂鸣器有两类 3大品种。 一 类是压电式，一类是电磁式，电磁式又有两大品种，铁振膜式和动圈式，二者原理一样只是结构不同。 所有蜂鸣器都有两种类型：纯蜂鸣器和带驱动的蜂鸣器，蜂鸣器都是用音频信号驱动的， 都 是交流驱动。 报警器工作原理 报警器的种类很多，比如：扬声器，蜂鸣器等，本次设计采用的是电磁式蜂鸣器作为报警器。 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、震动膜片以及外壳等组成。 接通电源后，振荡器产生的 音频信号通过电磁线圈，使得电磁线圈产生了一个磁场。 振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性的振动发声 [2]。 专 科毕业设计说明书（论文） 第 17 页 共 41 页 第三章 硬件电路设计 系统硬件由以下几个部分组成： （ 1）单片机 AT89C51 （ 2）计时电路 （ 3）计分电路 （ 4）按键开关 说明：整个系统只用一片 AT89C51；在图中将计时电路与计分电路分开画，只是为了能够更好的更清晰的说明问题；并且在整个画图过程中将 AT89C51 引脚打乱是为了使图示能够更加的清晰明了 [7]。 系 统方案设计 系统构成框图 基于单片机系统的篮球赛计时计分器的系统构成框图如图 31 所视。 计 时 显 示C D 4 5 1 1AT89C51C D 4 5 1 1计 分 显 示复 位晶 振赛 程 时 间设 置 键 盘7 4 L S 2 1赛 程 比 分调 整 键 盘 图 31 系统构成图 本系统采用单片机 AT89C51 作为本设计的核心元件。 利用 7段共阴 LED 作为显示器件。 在本次设计中，共接入十个七段共阴 LED 显示器，其中 6 个用于记录 甲、乙两队的分数，每队 3 个 LED 显示器分数范围可达到 0— 99 分，足够满足赛程需要。 另外 4个 LED 显示器则用于记录赛程的时间，其中两个用于显示分钟；2个用于显示秒钟。 赛程计时采用倒计时方式。 即比赛前将时间设置好，比赛开始时启动计时，直至计时到零为止。 根据设计，计时范围可达 0— 99 分钟，也完全满足赛程的需要。 专 科毕业设计说明书（论文） 第 18 页 共 41 页 其次，为了配合计时器和计分器校正、调整时间和比分，特在本 设计中设立了 7个按键。 其中 4个用于输入甲、乙两队的分数；另外 3个则用于完成设置、调整、启动和暂停赛程时间等功能 [6]。 器件选择 本系统在设计的过程中主要选取了以下一些器件： 单片机： AT89C51 四一七段 BCD 译码芯片： CD4511 并行 / 串行转换芯片： CD4094 四输入与门： 74LS21 显示器件： 7段共阴 LED 显示器 按键：欧姆龙按键 硬件总体设计 这次设计的核心是：如何运用 AT89C51 单片机， CD451 译码芯片， CD4094 8位移位寄存器。 7段共阴 LED 显示数码管等电子元件完成显示设计在电路上的实现 [8]。 从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形和文字的各个点所在位置对应的 LED 器件发光，就能得到结果。 本次设计采用的是静态驱动方式。 所谓静态驱动，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的 I/O 接口用于笔划段字形代码。 这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此 ，使用这种方法单片机中 CPU 的开销小 [4]。 这种电路的优点在于：在同一时间可以显示不同的字符；但缺点就是占用端口资源较多 [3]。 计时电路部分 专 科毕业设计说明书（论文） 第 19 页 共 41 页 振荡电路 本次设计要使用到 AT89C51 单片机的时钟振荡功能。 AT89C51 中有一个用于构成内部震荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是该放大器的输入和输出端。 这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或者 陶瓷谐振器一起构成自激振荡器 [1]。 振荡电路如 图 32 所示 图 32 时钟振荡电路 专 科毕业设计说明书（论文） 第 20 页 共 41 页 图 33 外部时钟电路 专 科毕业设计说明书（论文） 第 21 页 共 41 页 图 34 系统总体电路 专 科毕业设计说明书（论文） 第 22 页 共 41 页 图 35 计时电路原理图 专 科毕业设计说明书（论文） 第 23 页 共 41 页 计时电路的工作原理 计时电路如图 35 所示，主要由开关 K5K7，单片机 AT89C51，译码器以及LED 显示器构成。 其工作过程如下： 当比赛准备开始的时候，当调时（十位）开关 K5 按下时，产生一个低电平；立即数 00H 取出，同时对应调分（十位）控制端 的 LE输出高电平，表示此时可以向调分（十位）的 CD4511 发送数据，但 CD4511 的输出端不会有输出，因为 LE=1 时， CD4511 锁存。 这时，只要将要显示数据的代码经过 P1口的 CD4511的输入端 A~~D端，送完后，将 LE 清零。 这时便可以将要显示 数据的代码经过 CD4511 译码后，从输出端 a~~g 输出，送 LED 显示器显示即可。 调时按键开关每按一次，数字自动加 1，直到调到需要设置的时间即 [2]。 计分电路部分 8051 系列单片机除了有 4 个 8 位并行口外，还有一个能同时进行串行发送和接收的全双工串行通信口。 它能同时发送和接收数据，还能作为同步移位寄存器使用。 球赛计分电路正是利用了 8051 单片机串行口可以外接串行输入并行输出移位寄存作用为输出口来实现球赛比分刷新显示的 [9]。 串行接口工作原理 MCS51 系列单片机片内有一个串行 I／ O 端口，通过引脚 RXD(P3． 0)和TXD(P3． 1)可与外设电路进行全双工的 串行异步通信 [12]。 805。