篮球计时计分器设计毕业论文范文

篮球计时计分器设计摘要单片机发展极为迅速，自从问世以来就以极高的性价比受到人们的关注，由于它体积小，环境适应性好，价格低，易开发，所以在各个领域都得到了推广。广泛应用于智能仪器仪表、工业控制、家用电器、计算机网络、医疗设备、汽车设备等领域中。当前世界上各大芯片公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位等，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供了广阔的天地。本次设计就是采用单片机AT89C51编程控制7段共阴LED数码管作显示的篮球比赛计时计分系统。在体育比赛的计时计分系统中包括测量类、评分类、命中类、制胜类、得分类等多种类型。而篮球比赛时根据运动队在规定时间内得分多少来决定胜负的，因此篮球比赛的计时计分器是一种得分类型的系统。本系统采用模块化设计，主体部分可分为计时显示模块、计分显示模块、定时报警模块、按键控制模块。利用KEILC51软件进行编程，程序编写完成后通过编译生成HEX文件装入AT89C51芯片中，采用仿真软件PROTEUS检验功能是否能够正常实现。最后采用PROTELDXP画出电路原理图并生成印刷电路板图。本系统由计时电路、计分电路、报警电路和控制电路四个电路组成。篮球比赛计时计分器的主要功能有赛程时间设置、赛程时间启动/停止设置、比分交换控制和比分刷新控制等。它具有很高的灵活性，同时操作步骤也很简单且具有低功耗，可靠性，安全性以及低成本等特点。关键词单片机；篮球比赛计时计分器；AT89C51IABSTRACTSCMDEVELOPSRAPIDLYSINCEITSINCEPTIONTOTHEHIGHPRICEPEOPLEPAYATTENTION,BECAUSEOFITSSMALLSIZE,ADAPTABILITYTOENVIRONMENT,LOWPRICE,EASYTODEVELOP,SOINALLFIELDSHAVEBEENPROMOTEDWIDELYUSEDINSMARTINSTRUMENTATION,INDUSTRIALCONTROL,HOMEAPPLIANCES,COMPUTERNETWORKS,MEDICALEQUIPMENT,AUTOMOTIVEEQUIPMENT,ANDOTHERAREASCURRENTLYTHEWORLDSMAJORCHIPCOMPANIESHAVELAUNCHEDTHEIROWNMICROCONTROLLER,FROMTHE8BIT,1632,ETC,BUTTHEYAREDISTINCTIVE,EACHINTOACOMPLEMENTARYAPPLICATIONFORTHEMICROCONTROLLERPROVIDEAVASTWORLD。THEDESIGNISCONTROLLEDBYMICROCONTROLLERAT89C51PROGRAMMING7SEGMENTCOMMONCATHODELEDDIGITALDISPLAYFORTIMEBASKETBALLSCORINGSYSTEMTIMINGINSPORTSINCLUDINGMEASUREMENTCATEGORYSCORINGSYSTEM,EVALUATIONCATEGORIES,HITCATEGORY,WINNINGCLASS,ASEGMENTOTHERTYPESTHEBASKETBALLGAMESPORTSTEAMSBASEDONPOINTSWITHINTHESPECIFIEDTIMETOBEDECIDEDBYHOWMUCH,SOTHETIMINGBASKETBALLGAMESCORINGDEVICEISATYPEOFSCORINGSYSTEMTHESYSTEMISMODULARINDESIGN,THEMAINPARTOFTHEDISPLAYMODULECANBEDIVIDEDINTOTIME,SCORINGDISPLAYMODULE,TIMINGALARMMODULE,KEYCONTROLMODULEUSINGKEILC51SOFTWAREPROGRAMMING,PROGRAMMINGISCOMPLETECOMPILEDHEXFILEISLOADEDBYAT89C51CHIP,USINGSIMULATIONSOFTWAREPROTEUSTESTFEATUREISACHIEVEDCORRECTLYFINALLYDRAWTHECIRCUITDIAGRAMPROTELDXPANDGENERATEPRINTEDCIRCUITBOARDDIAGRAMTHESYSTEMCONSISTSOFTIMINGCIRCUITRY,SCORINGCIRCUITS,ALARMCIRCUITSANDCONTROLCIRCUITSOFFOURCIRCUIT。BASKETBALLTIMESCORINGDEVICEMAINFUNCTIONSOFTIMESCHEDULESET,SCHEDULES,TIMETOSTART/STOPSETTINGS,SCORESANDSCORESIIEXCHANGECONTROLREFRESHCONTROLITHASHIGHFLEXIBILITY,WHILETHESTEPSAREVERYSIMPLEANDHASLOWPOWERCONSUMPTION,RELIABILITY,SECURITY,ANDLOWCOST。KEYWORDSSCM；BASKETBALLTIMESCORINGDEVICE；AT89C51目录第1章引言111课题研究背景112课题研究内容及意义213设计目的214本文结构2第2章系统总体设计321系统结构图323基本功能介绍4231赛程时间设定4232赛程时间启动/暂停设定4233比分交换控制523，4比分刷新控制5235计时计分显示5236赛程结束报警623本章小结6第3章系统硬件电路设计731系统硬件电路组成7311系统原理图的绘制732器件选择733单片机AT89C51简述8331单片机AT89C51简介8332单片机AT89C51主要特性11III333单片机AT89C51引脚功能说明11334芯片擦除13335空闲节电模式14336掉电模式14337程序储存器加密15338AT89C51极限参数1634计时电路16341计时电路的工作原理16342显示器及接口17343LED结构与原理18344LED显示器显示方式20345LED显示器接口实例22346CD4511芯片介绍24347计时电路原理图2735计分电路28351计分电路的工作原理28352串口电路29353CD4094芯片介绍3035474LS21芯片介绍31355计分电路原理图3336报警电路34361报警器的类型34362报警器的工作原理3436本章小结35第4章系统软件设计3641开发环境介绍36411汇编语言特点简介3642仿真调试36IV43篮球比赛计时计分器程序流程图3944子程序设计40第5章结束语41参考文献42致谢43附录一44附录二520第1章引言11课题研究背景单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/O）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。单片机自20世纪70年代问世以来，以极其高的性价比受到人们的重视和关注，。所以发展极快。其优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境适应性好，价格低，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。例如，80C51系列单片机已经有十多年的生命期，现如今仍保持着上升的趋势，就充分证明这一点。单片机以其自身一系列的优点，近几年得到了迅猛发展和大范围推广，广泛应用于智能仪器仪表、通信设备、家用电器、计算机网络、医疗设备、汽车设备等领域中。并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各层次中，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器等。可以说现在是单片机百花齐放的时期。而美国ATMEL公司开发生产了新型的8位单片机AT89系列单片机。他不但具有一般MCS51单片机的所有特性，而且还拥有一些独特的优点，此次设计中所用到的单片机AT89C51就具有鲜明的代表性。单片机是一台微型计算机，由中央处理器、存储器和输入/输出3大基本部分构成。应用方面，只需在电路中添加少许元器件，通过编写程序就可以实现多种功能的单片机自动控制，接上显示器可以实现数据显示；接上喇叭可以实现声音输出；也可以用来计数和定时。由于单片机体积小巧、功能强大、应用灵活、价格便宜、可靠性高，所以应用十分广泛。1112课题研究内容及意义单片机的应用是具有现实意义的。单片机有极高的智能性，微型性和可靠性（只要编写不同的程序后就能够完成不同的控制工作），单片机已然成为工业控制领域中普遍采用的智能化控制工具，已经深深地渗入到日常生活中。通过此次设计，更为详细的了解单片机程序设计的基本指令功能、编程步骤和技巧，并对MCS51单片机的结构和原理进行讲述，以及基于单片机开发应用的相关芯片的工作原理，并且为在将来的工作和学习中加以应用做好了铺垫。13设计目的随着单片机在各个领域的广泛应用，许多用单片机做控制的球赛计时计分系统也应运而产生。本次设计采用单片机AT89C51编程控制LED七段共阴极数码管作显示的球赛计时计分系统。该系统具备的功能有赛程时间设置，赛程时间启动/暂停，半场比分交换，及时刷新甲、乙双方的成绩以及赛后成绩暂存。通过本次基于单片机AT89C51篮球比赛计时计分器的设计，可以了解并熟悉有关单片机开发设计的过程，并加深对单片机的理解和应用以及掌握单片机与外围接口的一些方法和技巧，这些主要表现在以下几方面篮球赛计时计分器包含了80C51系列单片机的最小应用系统的构成，同时在此基础上扩展了一些使用性强的外围接口。可以了解LED显示器的结构、工作原理以及这种显示器的接口实例与具体连接与编程方法。怎样利用串行口来扩展显示接口等。14本文结构2本文采用总分的形式进行叙述，首先介绍系统所能实现的功能以及系统的组成，然后对于系统每一个部分进行逐一详细介绍。第2章系统总体设计21系统结构图基于单片机系统的篮球比赛计时计分器的系统构成框图如图所示。计时显示计分显示赛程比分调整键盘74LS21CD409赛程时间设置键盘晶振复位CD451AT89C513本系统采用单片机AT89C51作为本设计的核心元件。采用七段共阴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，其中四个LED显示器用于计录比赛赛程的时间，两个用于显示分钟的个位和十位；两个用于显示秒钟的个位和十位。比赛赛程计时采用倒计时的方式。即比赛开始前将时间设定好，比赛开始即启动计时，直至计时到零为止。根据设计，计时范围可达099分钟，完全满足赛程的需要。其余六个用于计录甲、乙两队的分数，每队为三个LED显示器分数范围可达到0999分，也足够满足赛程需要。其次，为了配合计时器和计分器校正、调整时间与比分，在本设计中设立了七个按键。其中三个用于完成设置、调整、启动和暂停赛程时间等功能；其余四个则用于输入甲、乙两队的分数。系统还设置了报警系统，即比赛时间到时，立刻通过蜂鸣器发出报警声提示比赛结束。22基本功能介绍221赛程时间设置在图39所示的计时电路中，用按键开关K5、K6来设置赛程时间。如篮球比赛分四节每一节时间为10分钟，半场时间为20分钟，则通过按键K5键，使数码管1（计时数码管分钟的十位）显示“2”即可；再按K6键，使数码管2（计时数码管分钟的个位）显示“0”即可。一般比赛时间为40分钟，所以只需要按K5键使数码管1显示“4”，按K6使数码管2显示“0”即可。时间设置好后，等待场上裁判吹响开始的哨声，则开始倒计时。当比赛结束时，如果比赛双方比分相同则需要增加比赛时间，这时增加比赛时间同样由按键K5、K6来设置，并且设置方法与上面所述的一致，但一般情况下只需要按K6键（计时数码管分钟的个位）进行设置，因为如篮球比赛加时赛只有五分钟而已。图21篮球比赛计时计分器系统图4222赛程时间启动/暂停设置当时间设置完成后，比如设置比赛时间为40分钟，则在图39所示的LED显示器上显示为4000，40表示分钟，00表示秒钟。这时，如果场上裁判吹响开始的哨声，则应该立刻按下按键K7，表示比赛开始，计时显示则由4000变成3999，3998一直倒计时直至LED显示器上显示0000时表示比赛结束。按键K7为赛程启动和暂停控制。223比分交换控制比分交换控制由图39所示的K7键完成，比赛半场结束比赛双方进攻位置会交换，比分也随之转换，也就是说比分交换受赛程时间控制，也只有当上半场计时器指示为0000时，按K7键，才会自动交换甲、乙两队的比分。如果上半场赛程时间没有到0000时，在此时按下K7键，只会暂停比赛，而不会交换双方比分。如果要继续比赛，再按一次K7即可。因此，K7键完成三种功能，即启动，暂停，交换比分。224比分刷新控制比赛开始甲、乙双方的比分就会不断变化，所以需要设置比分刷新控制装置；此部分功能由图313所示的计分电路中的按键开关K1至K4来完成的K1键甲队加1分操作K2键甲队减1分操作K3键乙队加1分操作K4键乙队减1分操作5225计时计分显示计时计分显示器是采用七段共阴LED数码管来显示的。其中计时是采用4个LED显示器。计分是采用6个LED显示器。计时采用4个LED显示器；显示格式为0000和000000。226赛程结束报警当比赛结束时（即计时显示为0000时），系统会通过蜂鸣器自动发出10秒钟报警声，提示比赛结束。23本章小结本章主要介绍了由单片机AT89C51控制LED七段数码管作显示的篮球比赛计时计分器所能实现的各项基本功能，以及简要介绍了如何通过按钮操作实现上述的功能。本次设计完全满足实际赛程的需要，此装置具有价格低廉、性能稳定、操作方便且易于携带等特点，广泛使用于各类学校和小团体作为赛程及时计分。本次设计的核心是运用单片机AT89C51，四至七段BCD译码芯片CD4511，并行/串行装换芯片CD4094实现比分控制刷新、赛程时间暂停继续、赛程时间设定等功能，并能够在7段共阴LED显示数码管上显示。在下一章会做详细叙述。6第3章系统硬件电路设计31系统硬件电路组成系统硬件电路由单片机AT89C51；计时电路；计分电路；报警电路；按键开关组成。311系统原理图的绘制本次绘制原理图所使用是软件是PROTELDXP。PROTELDXP的功能十分强大，它为用户提供了一个集原理图设计、PCB电路板设计、电路仿真、信号完整性分析和逻辑电路设计等功能为一体的工作平台，使用户能够在简捷明快的环境里轻松完成电子线路设计的全过程。软件采用集成元器件库替代分离的元器件库，使原理图设计和PCB电路板设计之间的转换更加简洁、方面，并且支持多通道设计，提高了模块电路设计的效率。2图见附录二32器件选择7系统在设计的过程中主要选取了以下这些器件单片机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33单片机AT89C51331单片机AT89C51简介MCS513是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了很多品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机，而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称。INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的。本课题中用到的芯片就是AT系列中的AT89C51单片机芯片。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4KBYTES的快速可擦写的只读程序存储器（PEROM）和128BYTES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MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C51提供了许多高性价比的8应用场合，可灵活应用于各种控制领域。AT89C51具有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。它是一个低功耗高性能单片机，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，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。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。图31所示为AT89C51单片机基本构造，其基本性能介绍如下9P102345678RST/VDXINWALGEOPCAT89C51本身内含40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中端口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。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。图31AT89C51引脚图10下图为AT89C51方框原理图图32AT89C51方框原理图11332单片机AT89C51主要特性AT89C51的主要特性如下表所示表31AT89C51主要功能描述333单片机AT89C51引脚功能说明GND接地。VCC供电电压。P0口P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。兼容MCS51指令系统4K可反复擦写1000次）FLASHROM32个双向I/O口可编程UARL通道两个16位可编程定时/计数器全静态操作024MHZ1个串行中断128X8BIT内部RAM两个外部中断源共6个中断源可直接驱动LED3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12P2口P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示表32AT89C51特殊功能表端口引脚第二功能P30RXD（串行输入口）P31TXD（串行输出口）P32/INT0（外部中断0）P33/INT1（外部中断1）P34T0（记时器0外部输入）P35T1（记时器1外部输入）P36/WR（外部数据存储器写选通）P37/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址13的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。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。334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。14335空闲节电模式AT89C51有两种可用软件编程的省电模式，它们是空闲模式和掉电工作模式。这两种方式是控制专用寄存器PCON（电源控制寄存器）中的PD（PCON1）和IDL（PCON0）位来实现的。PD是掉电模式，当PD1时，激活掉电工作模式，单片机进入掉电工作状态，IDL是空闲等待状态，当IDL1时，激活空闲工作模式，单片机进入睡眠状态，如需同时进入两种工作模式，即PD和IDL同时为1，则先激活掉电工作模式。在空闲工作模式状态，CPU保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可由任何允许的中断请求或者硬件复位终止。终止空闲工作模式的方法有两种，第一种是任何一条被允许中断的事件被激活，IDL（PCON0）被硬件清除，即刻终止空闲工作模式。程序会首先响应中断，进入中断服务程序，执行完中断服务程序并紧随RETI（中断返回）指令后，下一条要执行的指令就是使单片机进入空闲模式那条指令后面的一条指令。第二种是通过硬件复位也可以将空闲工作模式终止。需要注意的是，当由硬件复位来终止空闲工作模式时，CPU通常是从激活模式那条指令的下一条指令开始继续执行程序的，要完成内部复位操作，硬件复位脉冲要保持两个机器周期（24个时钟周期）有效，在这种情况下，内部禁止CPU访问片内RAM，而允许访问其他端口。为了避免对端口产生意外写入，激活空闲模式的那条指令的后一条指令不应是一条对端口或者外部存储器的写入指令。336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15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。空闲和掉电模式外部引脚状态如表所示表33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ALE1100/PROG1100P0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337程序储存器加密AT89C51可使用对芯片上的三个加密位LB1、LB2、LB34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。16338AT89C51的极限参数表34AT89C51极限参数表工作温度55125储藏温度65150任一引脚对地电压10V70V最高工作电压66V直流输出电流150MA34计时电路341计时电路的工作原理计时电路如图39所示，主要由单片机AT89C51，开关K5K7，译码器CD4511以及LED显示器构成。其工作过程如下当比赛开始之前，按下开关K5（计时数码管分钟十位），产生一个低电平；立即数00H取出，同时对应调分（十位）控制端P20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LE1时，CD4511锁存。这时，只要将要显示数据的代码经过P1口的P10送到CD4511的输入端AD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AG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可。调时（个位）的操作方法与上述的一样。时间设置完成后，启动定时器T0开始定时计数。计时采用倒计时，比如设置的时间为40分钟，则在LED上显示“4000”四位数。定时T0计数60秒后中断返回，继续定时计数下一个60秒；同时则在4位LED显示器上显示“3999”四位数，表示时间已过去1秒钟，即为39分59秒。这样一直持续下去，直到变为“0000”时表示赛程结束。如果比赛过程中，裁判吹哨暂停，则只要按一下K7键，即可暂停计时，继续计时则在按K7键即可。17342显示器及接口显示器是最常用的输出设备，种类繁多，但在单片机系统设计中最常用的是液晶显示器（LCD）和发光二极管显示器（LED）两种。由于这两种显示器结构简单，接口容易实现，价格也较低廉，因此得到广泛的应用。发光二极管LED，组成的显示屏，每个点都是一个或多个发光二极管，通过控制电路控制二极管的亮与灭来控制点的发光，从而使整个大屏幕显示图案。液晶显示器LCD最常见的就是TFT类型的，它是由光源，液晶光栅，和控制芯片组成，光源是常亮的白色强光，当光线通过液晶光栅（液晶屏）的时候，通过电压改变液晶颗粒滤光方向，从而改变每个点的强度和颜色来显示图案。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。两者之间的区别如下二极管本身发光，液晶本身不发光，只是透射光。二极管体积大，图像质量一般，适合作室外大屏幕，价格也较低。液晶成本较高，面积也无法做得很大，但图成像效果很好，适合做显示器。二极管比液晶耗电。二极管图像刷新率比要液晶低。二者的档次相差也较大，一般来讲在一些图像简单，对成本控制较严格的场合用二极管较为适合，如商场、银行、学校等部门的电子提示窗，街道、百货公司外面的广告宣传窗；而液晶一般都是作计算机显示器、电视、手持设备等对图像质量要求较高的场合。18343LED结构与原理下图为典型的数码管LED显示器又称为数码管，其主要是由8段发光二极管组成。图中AG为数字或字符显示段，DP段为小数点显示，通过AG这7个发光段不同的组合，它能够显示各种数字及部份英文字母。LED显示器有两种不同的形式一种是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；另一种是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。如下图所示图337段LED数码管引脚分布图共阴LED共阳LED图34共阴与共阳极LED显示器19如上图所示。图上为共阴结构的LED。即把8个发光二极管阴极连接在一起。这时如果需要点亮A到G中的任何一盏灯，只需要在相应的端口输入高电平即可；输入低电平则截止。比如我们现在要显示数字“4”，则只要在对应的B、D、E、F、G段送入高电平，在其他端送入低电平即可，点亮为“4”。如图所示的共阳极结构的LED，其显示端输入低电平有效，高电平截止。8个笔划段DP、G、F、E、D、C、B、A对应于一个字节（8位）的D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0,于是用8位二进制码就可以表示将要显示字符的字形代码。如，对于共阴LED显示器，公共阴极接地（为低电平），而阳极DP、G、F、E、D、C、B、A各段为0111011时，显示器显示“P“字符，即对于共阴极LED显示器，“P”字符的字形码是73H。如果是共阳LED显示器，公共阳极接高电平，显示“P”字符的字形代码应为10001100（8CH）。表45列出了共阳极与共阴极LED显示器显示数字、字母与显示代码之间的对应关系表35显示器显示数字、字母与显示代码之间的对应关系显示字符共阴极段码共阳极段码显示字符共阴极段码共阳极段码03FHC087FH80H106HF996FH90H25BHA4A77H88H34FHB0B7CH83H466H99HC39HC656DH92HD5EHA1H67DH82HE79H86H707HF8F71H8EH20344LED显示器显示方式点亮LED显示器有两种方法一是静态显示；二是动态显示。（本设计采用静态显示。）所谓静态显示，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，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的开销较小。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，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。8根段码线8根段码线8根段码线8根段码线端口4端口1端口2端口3GNDGNDGNDGND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，然后采用动态扫描方式一位一位地轮流点亮各位显示器。如图所示为4位LED动态示电路。图354位静态LED显示器电路21P10P11P16P13P17P15P14P12AT89C51P20P21P22P235V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P20P23用于控制4位LED位选码。因为所有的段选码连在一起，所以同一瞬间只能显示同一种字符。但如果要显示不同字符，就要借助位选码来控制。（如果LED为共阴则P20P23输出为高电平，如果LED为共阳则P20P23输出为低电平。）例如，现在要显示5678四个数字，则首先应该将“5”的显示代码（共阴LED显示器的显示代码为6DH，共阳LED显示器的显示代码为92H）由P10送出，然后P20P23输出相应位码（LED为共阴则P20P23输出1000，）LED为共阴则P20P23输出0111）时，则可以看到在数码管1上显示的数字为“5”。再将显示的数字“5”延时5到10MS，以造成视觉暂留效果；同时代码由P10送出。用同样的方法将其余3个数字“678”送数码管2，3，4显示，于是最后则可以在4位LED显示器上看到“5678”四个数字。为了使显示效果更加稳定，可以使每个数码管显示的数字不断的重复，但其中重复频率达到了一定的程度的时候，加之人眼睛本身的视觉暂留效果的作用，便可以看到相当稳定的“5678”四个数字。下表为模拟上述过程。图364位动态LED显示电路22表36模拟过程表345LED显示器接口实例由LED的结构及工作原理可知，想要在LED上显示字母或者数据，则首先必须要把待显示的字母或者数据转换成LED的7位显示代码，才可以显示相应的字母或者数字。通过实现这种转换有两种方法一种是专用软件译码器，另一种是专用硬件译码器。本次设计采用的专用硬件译码器CD4511实现，首先来介绍一下译码器。码制变换译码器码制变换译码器是将一种代码变换为另一种代码的电路。例如74LS42，其输入的是由4位二进制代码表示十进制数（BCD码），有10条输出线表示十进制数0到9，称之为410线译码器。变量译码器变量译码器的输出表示输入变量的状态。常用的38线译码器TTL电路型号有74S138、74LS138等，CMOS电路型号是74HC138。两者的功能及引脚23完全一样。显示译码器1显示器件常见的显示器有白炽灯、荧光数码管、辉光数码管、发光二极管（LED）和液晶显示器（LCD）等。目前市场上应用较多的是发光二极管和液晶显示器。我们只对发光二极管显示器作简单的介绍。LED字型以七段显示器为常见，分为共阴极式与共阳极式接法。共阴极接法LED型号只是将LA换成了LC。共阳极接法的器件如LA5011，LA5021，LA5031等，其他部分及意义完全一样。2显示译码器由于LED显示器有共阳极和共阴极两种结构，故所对应的显示译码器也不同，使用共阳数码管时，公共阳极接电源电压，七个阴极AG由相应的BCD七段译码器的输出来驱动。对共阴极数码管来说，共阴极接地，相应的BCD七段译码器的输出驱动AG各阳极。若数码管为共阳，则选用输出为低电平有效的显示译码器。若数码管为共阴，则选用输出为高电平有效的显示译码器。驱动共阳数码管的显示译码器有7447、74LS47和74LS247等。D、C、B、A为BCD码输入端，BI为隐功能端。BI1，正常显示BI0字型消隐。LT为测试端，LT1时，正常显示；LT0时，显示器显示8。LE为锁存端，LE0不锁存，译码器输出随输入BCD码变化；当LE由0变1时，将输入的BCD码锁存。驱动共阴数码管的BCD七段的译码器有7448、74LS48等，该功能CMOS电路为CD4511及MC14513等。由计数器、显示译码器和显示器构成的显示系统由CD40150组成。CD40150为CMOS可预置数的二一十进制加法计数器。MR为清零端，当该端为低电平时，计数器清0。PE为预置控制端，当该端为低电平时，在下一个时钟的上跳沿将需要预置的数据D0D3送到计数器的Q0Q3端。只有MR、PE、CEP和CET均为高电平时，计数器才进行加法计数。本次设计采用专用的带驱动器的LED段译码器，类似译码器种类比较多，如24CD4511，MC14495，74LS164等346CD4511芯片介绍在本次设计中，由于只要求LED显示器显示0到9十个数字，因此选用CD4511为LED显示器的译码芯片。CD4511为常用的四至七段BCD码译码器，CD4511是将锁存、译码、驱动三种功能集于一身的“三合一”电路。锁存器的作用是避免在计数过程中出现跳数现象，便于观察和记录。译码器将BCD码转换成7段码，再经过大电流反相器，驱动共阴极LED数码管。译码器属于非时序电路，其输出状态与时钟无关，仅取决于输入的BCD码。如图所示为CD4511引脚分布图，DA为BCD码输入端。AG是7段码输出端。1876543216CD45119101112131415BCDAFGABCDEBILEVSSVDDLTCD4511可以实现对BCD码的译码，但不对大于9的二进制数译码。其中，AD为BCD码输入端；AG是7段输出；LT为试灯脚；BI为消隐（灭灯）；图37CD4511引脚分布图25LT和BI接高电平（电源）；LE端为选通脚，接低电平有效，当LT0时LED数码管显示全亮笔段“8“字，可以检查数码管的质量好坏，有无笔段残缺现象。当BI0时，强迫显示器消隐；当LE0时选通，LE1时锁存。考虑到正常工作时不需检查LED的全亮笔段，不必强迫LED消隐，因此将LT、BI端接UDD。需要加锁存功能时LE端应接上拉电阻，常态下呈高电平，选通信号为负脉冲。进行累计数译码显示时不需要锁存功能，LE端可固定接USS。LED数码管的每段工作电流IF一般为5MA10MA，7段全亮电流可达35MA70MA。考虑到依次显示09数字时每次平均只有45段发光。因此正常显示的平均电流为17MA32MA。LED的正向压降UF15V2V。CD4511选5V电源时，每段最大输出电流为40MA50MA。这表明必须采取限流措施，以免因驱动电流过大而损坏数码管。具体方法是在每个笔段驱动端串入几百欧的限流电阻R，将各段驱动电流限制在5MA10MA为宜。改变R值，可以调节IF，进而控制显示器亮度。选择UDD5V、10V、15V时，CD4511输出的高电平依次约为4V、9V和14V。举例说明假设设UDD5V，IF10MA，UOH4V，UF34V。那么由此可以计算出R210。可选标称阻值为200的1/8W电阻。UF的准确值可用数字多用表的二极管挡测出。使用时，只要将CD4511的输入端与微机系统输出端口的某4个数据位相连，而CD4511的输出直接与LED的AG相连，便可实现对BCD的显示。下图为对1位BCD码的显示。表为CD4511的逻辑功能表。图38采用CD4511译码的1位LED显示电路ABCALELTBIDDGFEDCBAGCEBF显示数据VC26表37CD4511的逻辑功能表输入输出ERRORERRORERRORERRORERRORERRORERRORERRORERRORERRORERRORERRORERRORERRORERROR01111111B01000000001100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000011101100000000111100000000001111010000000011111000000000111111000000001127347计时电路原理图图39计时电路原理图2835计分电路351计分电路的工作原理计分电路主要由单片机AT89C51，LED显示器，串行/并行转换芯片（CD4094），74LS21以及按键开关组成。其工作过程如下按键开关K1K4组成甲、乙两队加减分控制。按键K1K4一端接地，另一端输入与门74LS21的9脚，10脚，12脚，13脚，以及单片机AT89C51的P04，P05，P06，P07，8脚接AT89C51的P32脚。当按键开关K1K4四个按键的任何一个一位按下时，与门的8脚输出都会产生低电平使单片机中断，从而使相应LED显示。因为按键开关按下时为低电平。如现在先在以甲队加分为例，来说明整个过程。假设比赛刚开始，双方比分为000000，当甲队得分要进行加分操作时，则按下K1键，这时K10（低电平），其余K2K3K4均等于1（为高电平）K1K2K3K4相与之后的结果为低电平，这时与门8脚输出低电平到AT89C51的P32脚，使其外部中断INT0发生中断，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06H（因为LED显示常数表TAB的偏移地址为36H，36H首先是指向LED显示常数表TAB中第一个数据3FH的，当K1按下时，相当于将33H地址加1，这时便指向第二数据06H，即对应字母代码关系表中的的加1）。经串行发送端RXD/P30送至串行/并行转换器CD4094的第二个输入引脚，即数据输入DATA脚。由于串行口的工作方式设置为方式0。所以在串行数据通过RXD/P30引脚输出时，则TDX/P31引脚会输出多位时钟作为移位脉冲。将8位数据顺利送到串行/并行转换器CD4094中。另外，在RXD/P30引脚输出数据的同时，单片机AT89C51的P37引脚输出高电平给串行/并行转换器CD4094的第1个引脚STR（使能端控制），使前一片CD4094中的8位数据从QS移位至下一片CD4094输入端的第2引脚，即DATA引脚。在RXD/P30引脚输出数据的过程中，连续使单片机RD/P37引脚输出6次高电平6，这29样便使6片CD4094中得到不同的显示代码，然后使单片机RD/P37引脚输出低电平，将6片CD4094中显示代码送LED显示器显示，便得到结果，显示为001000。其对应的程序原理如下阐述因为，在程序中定义了33H，34H，35H，36H，37H，38H，6地址单元分别对应甲队、乙队3个LED显示器在程序中定义的LED显示常数表TAB4的偏移首地址。单片机的RXD每次发送6个数据，分别对应以33H，34H，35H，36H，37H，38H为偏移首地址单元里的数据。例如甲队加分表示以36H为偏移首地址的单元加1，指向第二个数据06H，其他以33H，34H，35H，37H，38H为偏移首地址单元的数据仍然指向第一个数据3FH，这样将这六个数据3FH，3FH，3FH，06H，3FH，3FH，经单片机的RXD发送出去，再在单片机RD/P37输出的6次高电平作用下产生6次移位，便在6片CD4094中得到显示代码3FH，3FH，06H，3FH，3FH，3FH。然后在P370输出时显示为001000。352串口接口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。现在就有关8051系列单片机的串行口进行介绍。MCS51系列单片机片内有一个串行I/O端口，通过引脚RXDP30和TXDP31可与外设电路进行全双工的串行异步通信。8051单片机的串行端口有4种基本工作方式，通过编程设置，可以使其工作在任一方式，以满足不同应用场合的需要。其中，方式0主要用于外接移位寄存器，以扩展单片机的I/O电路；方式1多用于双机之间或与外设电路的通信；方式2，3除有方式L的功能外，还可用作多机通信，以构成分布式多微机系统。串行端口有两个控制寄存器SCON和PCON，用来设置工作方式、发送或接收的状态、特征位、数据传送的波特率每秒传送的位数以及作为中断标志等。串行端口有一个数据寄存器SBUF在特殊功能寄存器中的字节地址为99H，该寄存器为发送和接收30所共同。发送时，只写不读；接收时，只读不写。在一定条件下，向SBUF写入数据就启动了发送过程；读SBUF就启动了接收过程。串行通信的波特率可以程控设定。在不同工作方式中，由时钟振荡频率的分频值或由定时器T1的溢出率确定，使用十分方便灵活。下表为寄存器SCON内容定义表以及寄存器PCON位地址表38SCON各位内容定义位D7D6D5D4D3D2D1D0位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99