摘 要
本系統(tǒng)是采用單片機(jī)AT89C51作為本設(shè)計(jì)的核心元件。利用7段共陽(yáng)LED作為顯示器件。在此設(shè)計(jì)中共接入了2個(gè)7段共陽(yáng)LED顯示器，用于記錄該隊(duì)的分?jǐn)?shù)， 2個(gè)LED顯示器顯示范圍可達(dá)到0~99分，基本滿足賽程需要。當(dāng)比賽隊(duì)得1分時(shí)，按下S1鍵加1分，得2分時(shí)按S2鍵加2分，得3分時(shí)按下S3鍵加3分。如分?jǐn)?shù)計(jì)錯(cuò)需減分時(shí)，每按一次S4鍵減1分。

采用單片機(jī)控制是這個(gè)系統(tǒng)按鍵操作使用簡(jiǎn)潔，LED顯示，安裝方便。解決了籃球比賽計(jì)數(shù)器的安裝問(wèn)題，節(jié)約了線材，適合在各種規(guī)模的體育場(chǎng)館使用，完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的用鐘表進(jìn)行計(jì)時(shí)的方法，當(dāng)然稍加改動(dòng)也可以用于其他球類比賽，是體育器材向智能化發(fā)展的一個(gè)實(shí)例。

1 概述
體育比賽計(jì)分系統(tǒng)是對(duì)體育比賽過(guò)程中所產(chǎn)生的時(shí)間,比分等數(shù)據(jù)進(jìn)行快速采集記錄，加工處理，傳遞利用的信息系統(tǒng)。根據(jù)不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的不同比賽規(guī)則要求，體育比賽的計(jì)時(shí)計(jì)分系統(tǒng)包括測(cè)量類，評(píng)分類，命中類，制勝類得分類等多種類型。 

籃球比賽是根據(jù)運(yùn)動(dòng)隊(duì)在規(guī)定的比賽時(shí)間里得分多少來(lái)決定勝負(fù)的，因此，籃球比賽的計(jì)時(shí)系統(tǒng)是一種得分類型的系統(tǒng)。籃球比賽的計(jì)時(shí)系統(tǒng)由計(jì)時(shí)器等多種電子設(shè)備組成，同時(shí)，根據(jù)目前高水平籃球比賽要求，完善的籃球比賽計(jì)時(shí)系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)能夠與現(xiàn)場(chǎng)成績(jī)處理，現(xiàn)場(chǎng)大屏幕，電視轉(zhuǎn)播車等多種設(shè)備相聯(lián)，以便實(shí)現(xiàn)高比賽現(xiàn)場(chǎng)感，表演娛樂(lè)觀眾等功能目標(biāo)。 

由于單片機(jī)的集成度高，功能強(qiáng)，通用性好，特別是它具有體積小，重量輕，能耗低，價(jià)格便宜，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，使單片機(jī)迅速得到了推廣應(yīng)用，目前已經(jīng)成為測(cè)量控制應(yīng)用系統(tǒng)中的優(yōu)選機(jī)種和新電子產(chǎn)品的關(guān)鍵部位。世界各大電氣廠家，測(cè)控技術(shù)企業(yè)，機(jī)電行業(yè)，競(jìng)相把單片機(jī)應(yīng)用于產(chǎn)品更新，作為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，智能化的核心部件。籃球計(jì)時(shí)計(jì)分器就是以單片機(jī)為核心的計(jì)時(shí)計(jì)分系統(tǒng)，由于對(duì)于單片機(jī)是剛剛學(xué)習(xí)，對(duì)于編程也不是十分熟練，故本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容相較簡(jiǎn)單，達(dá)不到正式比賽需求，僅供學(xué)習(xí)之用。 

2系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì)
2.1 AT89C51簡(jiǎn)介

單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多功能I/O口等計(jì)算機(jī)所需要的基本部件的大規(guī)模集成電路，又稱MCU。

其以體積小、功能全、性價(jià)比等諸多優(yōu)點(diǎn)而獨(dú)具特色，在工業(yè)控制、尖端武器、通信設(shè)備、家用電器等嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域中獨(dú)占鰲頭。如果說(shuō)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)課，那么單片機(jī)以其系統(tǒng)硬件構(gòu)架完整、價(jià)格低廉、學(xué)生能動(dòng)手等特點(diǎn)，成為工科學(xué)生硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課。其管腳圖如右圖所示。

圖2.1 AT89C51管腳圖

2.2 數(shù)碼管顯示原理

數(shù)碼管實(shí)際上是由7個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。我們分別把他命名為A,B,C,D,E,F,G,H。

圖2.2 數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

假設(shè)我們要顯示一個(gè)數(shù)字2, 那么 A、B、G、E、D這5個(gè)段的發(fā)光管亮就可以了，C、F、H不亮，同時(shí)由于接法為共陽(yáng)接法，那么為低電平是亮，為高電平是滅。從高往低排列， P1.7-P1.0寫成二進(jìn)制為01111110， 把他轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制則為A2H。我們可以根據(jù)硬件的接線把數(shù)碼管顯示數(shù)字編制成一個(gè)表格，見(jiàn)下表，以后直接調(diào)用就行了。

表2.1 共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示

數(shù)碼管的接口有靜態(tài)接口和動(dòng)態(tài)接口兩種。靜態(tài)接口為固定顯示方式，無(wú)閃爍，其電路可采用一個(gè)并行口接一個(gè)數(shù)碼管，數(shù)碼管的公共端按共陽(yáng)接VCC，本次課程設(shè)計(jì)由于所需數(shù)碼管較少，故可用些種方法接線。這種接法占用接口多，僅能接少量數(shù)碼管。

動(dòng)態(tài)接口采用各數(shù)碼管循環(huán)輪流顯示的方法，當(dāng)循環(huán)顯示的頻率較高時(shí)，利用人眼的暫留特性，看不出閃爍顯示現(xiàn)象，這種顯示需要一個(gè)接口完成字形碼的輸出，另一接口完成各數(shù)碼管的輪流點(diǎn)亮。

2.3 系統(tǒng)總體方案

因所設(shè)計(jì)的籃球計(jì)分器功能較少，電路結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單。只有兩個(gè)部分：開關(guān)控制和數(shù)碼管的顯示。P0口接四個(gè)開關(guān)，分別作為比分+1、+2、+3、－1的控制按鍵；P1口和P3口分別按靜態(tài)接口方法接兩個(gè)數(shù)碼管來(lái)顯示比分。

采用數(shù)碼管靜態(tài)接法，P3口接數(shù)碼管個(gè)位顯示、P1口接數(shù)碼管十位顯示、P0口接四個(gè)開關(guān)，中間串接上電阻來(lái)作分壓用，使得其高低電平能夠清楚的分開從而可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)上高低電平的跳變，使數(shù)碼管工作。

3 編程設(shè)計(jì)
3.1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器

籃球比賽計(jì)分器其實(shí)就是一個(gè)計(jì)數(shù)器，本次課程設(shè)計(jì)就是利用單片機(jī)中的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)其計(jì)分的功能。在51單片機(jī)中有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0,T1，分別由TH0、TL0和TH1、TL1組成，它們均是8位寄存器，在特殊功能寄存器中占地址8AH-8DH。它們用于存放定時(shí)或計(jì)數(shù)的初始值。此外，內(nèi)部還有一個(gè)8位的方式寄存器TMOD和一個(gè)8位的控制寄存器TCON。用于選擇和控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作。其格式見(jiàn)下面兩表：

表3.1 方式控制寄存器TMOD

表3.2 控制寄存器

籃球比賽計(jì)分器利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行工作，計(jì)數(shù)器對(duì)外部脈沖的下降沿進(jìn)行加1計(jì)數(shù)，直至計(jì)滿回零。作為可編程器件，單片機(jī)中的定時(shí)/計(jì)數(shù)器初始化編程步驟如下：

根據(jù)定時(shí)時(shí)間要求或計(jì)數(shù)要求計(jì)算計(jì)數(shù)器初值；

將工作方式控制字寫入TMOD寄存器；

將計(jì)數(shù)初值寫入THX和TLX寄存器；

啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，即將TRX置位。

如果工作于中斷方式，需置位EA（中斷總開關(guān)）及ETX（允許定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷），并編寫中斷服務(wù)程序。

3.2 程序流程圖

籃球比賽中，得分可分為1分、2分、3分三種情況，為防止出見(jiàn)加分錯(cuò)誤要另設(shè)一減分開關(guān)。根據(jù)這樣的設(shè)計(jì)要求，結(jié)合數(shù)碼管的顯示以及51單片機(jī)中計(jì)數(shù)器的工作實(shí)現(xiàn)方式、接口應(yīng)用、中斷控制等可設(shè)計(jì)出程序流程圖如下所示：

圖3.1  簡(jiǎn)易籃球比賽計(jì)分器

3.3 程序分析

數(shù)碼管的顯示，在TAB中加入數(shù)碼管顯示數(shù)字時(shí)對(duì)應(yīng)的16進(jìn)制數(shù)

MOV DPTR,#TAB

TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H
DB 92H,82H,0F8H,80H,90H

數(shù)碼管顯示程序：

MOV A,R0
MOV B,#10
DIV AB
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
MOV A,B
MOVC A,@A+DPTR 
MOV P3,A
由于需要四個(gè)開關(guān)，取出A中的低四位來(lái)接開關(guān)，用ANL命令實(shí)現(xiàn)。其程序如下：

MOV A,P0
ANL A,#0FH                                               
CJNE A,#0FH,KEY1
SJMP START

四個(gè)開關(guān)加1、加2、加3、減1，直接通過(guò)加法在累加器中實(shí)現(xiàn)，以開關(guān)1為例，程序如下：

MOV R1,#1

MOV A,R0

ADD A,R1
MOV R0,A

4 Proteus軟件仿真
4.1 Proteus仿真軟件簡(jiǎn)介

Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。

Protues提供了豐富的資源: 仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個(gè)元件庫(kù)。仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)。另外Proteus還提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。

在Protues中進(jìn)行電路仿真時(shí)，先繪制好原理圖，再調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，隨后便可在PROTEUS的原理圖中模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程，進(jìn)行觀察從而改良自己的設(shè)計(jì)方案。操作簡(jiǎn)單，非常適合初學(xué)者進(jìn)行單片機(jī)的仿真，進(jìn)而了解其原理，增強(qiáng)實(shí)踐。

4.2 仿真過(guò)程

在用Protues進(jìn)行仿真之前，先要用WAVE軟件將我們編寫好的匯編程序編譯。具體方法是先新建一項(xiàng)目，之后輸入編寫的程序，輸入完成后保存然后執(zhí)行項(xiàng)目、編譯，在目標(biāo)文件夾內(nèi)生成編譯好的程序文件，其中*.HEX文件就是我們所需要的，在之后電路設(shè)計(jì)好后用于放入AT89C51中執(zhí)行其功能。

在生成*.HEX文件后，進(jìn)入Protues軟件，此時(shí)軟件已自動(dòng)打開一新建項(xiàng)目。我們可直接在其中構(gòu)建電路圖，點(diǎn)擊板面左側(cè)按鍵P，在彈出的Pick devices對(duì)話框中進(jìn)行元器件的選擇，如下圖：

圖4.1 查找元器件

元器件都找到后，先進(jìn)行排版再按照電路圖連接，如連接好后如下圖所示：

圖4.2仿真電路圖

在電路連接好后，雙擊AT89C51在彈出對(duì)話框中選擇單片機(jī)中要輸入的程序，見(jiàn)下圖：

圖4.3 向AT80C51中加入程序

在輸入程序后，即可開始進(jìn)行仿真了，選擇執(zhí)行后點(diǎn)擊開關(guān)可觀察到數(shù)碼管亮，并能實(shí)現(xiàn)加1、加2、加3、減1的功能。

圖4.4 仿真結(jié)果圖

5 調(diào)試分析

在仿真成功之后，便可進(jìn)行實(shí)踐了。實(shí)物和仿真還是有一定的差別的，制作實(shí)物時(shí)要考慮的方面比仿真多的多。做實(shí)物時(shí)，不僅要考慮到電路正確同時(shí)也要注意版面的設(shè)計(jì)，不僅設(shè)計(jì)功能要求實(shí)現(xiàn)，版面的美觀也是必不可少的一方面，這就要注意盡量少的接線。

在電路板剛剛焊好后，與以前制作的單片機(jī)板連接在一起，接好電路，烤入程序后發(fā)現(xiàn)第一個(gè)數(shù)碼管的C段一直處于亮的狀態(tài)，經(jīng)檢查后確定不是硬件出現(xiàn)的問(wèn)題，但在仿真時(shí)能正確顯示也證明程序也是正確的，找不到問(wèn)題所在讓我非常郁悶。想著原因可能程序讀入時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，試著重新將程序烤入單片機(jī)中，顯示結(jié)果果然變得正常，實(shí)踐成功。

6 心得體會(huì)            

這次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)二個(gè)星期多左右，通過(guò)這兩個(gè)星期的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識(shí)的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。

在這個(gè)過(guò)程中，我也曾經(jīng)因?yàn)閷?shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺乏失落過(guò)，也曾經(jīng)仿真成功而熱情高漲。生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見(jiàn)證著收獲。勞動(dòng)是人類生存生活永恒不變的話題。雖然這只是一次的極簡(jiǎn)單的課程制作，可是平心而論，也耗費(fèi)了我們不少的心血。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我想說(shuō)：為完成這次課程設(shè)計(jì)我確實(shí)很辛苦，但苦中仍有樂(lè)，當(dāng)我們仿真實(shí)驗(yàn)成功的時(shí)候，當(dāng)我們連好線，按下按鈕，LED亮了起來(lái)的時(shí)候我們的心中就不免興奮，不免激動(dòng)。以前種種艱辛這時(shí)就變成了最甜美的回憶！對(duì)我而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學(xué)無(wú)止境的道理。我們每一個(gè)人永遠(yuǎn)不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計(jì)必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的回憶！

致謝

本文是在曾剛和陳德軍老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。兩位老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對(duì)我產(chǎn)生重要影響。淵博的知識(shí)、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時(shí)，在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我也學(xué)到了許多關(guān)于單片機(jī)設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，實(shí)驗(yàn)技能有了很大的提高。

另外，我還要特別感謝同學(xué)對(duì)我實(shí)驗(yàn)以及論文寫作的指導(dǎo)，他們?yōu)槲彝瓿蛇@篇論文提供了巨大的幫助。

最后，再次對(duì)關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝

程序源碼：

ORG 0000H

MOV R0,#0

MOV DPTR,#TAB

START:MOV A,P0

ANL A,#0FH                            ；取A的低四位                   

CJNE A,#0FH,KEY1

SJMP START

KEY1:LCALL DELAY                    ；調(diào)用延遲子程序

MOV A,P0                              ；確認(rèn)按鍵是否確實(shí)按下

ANL A,#0FH

CJNE A,#0FH,KEY2

SJMP START

KEY2:JNB ACC.0,K1                     ；確認(rèn)按下的是哪個(gè)開關(guān)

JNB ACC.1,K2

JNB ACC.2,K3

JNB ACC.3,K4

LJMP START

K1:MOV R1,#1                           ；分別輸入不同數(shù)值對(duì)應(yīng)不同開關(guān)

LJMP ADDOPR

K2:MOV R1,#2

LJMP ADDOPR

K3:MOV R1,#3

LJMP ADDOPR

K4:DEC R0

LJMP WAIT

ADDOPR:MOV A,R0                       ；與值相加 

ADD A,R1

MOV R0,A

WAIT:MOV A,P0

ANL A,#0FH

CJNE A,#0FH,WAIT

MOV A,R0

MOV B,#10

DIV AB

MOVC A,@A+DPTR

MOV P1,A

MOV A,B

MOVC A,@A+DPTR 

MOV P3,A

LJMP START

DELAY:MOV R6,#15                          ；延時(shí)子程序  

DEL2:MOV R7,#200

DEL1:DJNZ R7,DEL1

DJNZ R6,DEL2

RET

TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H

DB 92H,82H,0F8H,80H,90H