单片机比赛计分器课程设计

1、第 1 章 系统总体方案设计 1.1.概述 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把 一个计算机系统集成到一个芯片上。 我们都知道，设计系统的关键是思路，而系统通常又由各个模块所组 成，所以必须先把所要设计系统模块化，再把各个模块组合在一起，实现 一个完整的系统。这就要求我们先要有较扎实的理论知识，特别对芯片的 各个管脚功能必须了解，这样才能进行硬件设计。同时，又必须掌握 MCS51 的指令功能，通过编程实现其功能，这就能让我们更好地理解单 片机原理及应用这门课程，也是一种理论在实践中的运用。 在课程设计中，由于它是一个系统，这就要求我们必须建立系统的概 念。我们都知道现

2、实运行的都是完整的系统，而且功能相对来说要复杂， 如何把一个复杂的系统模块化才能使问题来的简单，这是我们必须首先解 决的问题。当各个模块完成之后再组合成一个完成的系统，这当中要考虑 模块间的衔接问题，这些都是在以前设计简单程序时不曾遇到的。如果说 我们以前学的都只是些理论，包括 c 语言，微机原理，c+，微机接口， protel，单片机，那么这次的课程设计就是一个贯穿多学科的综合性实践!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， 所以应用很广，发展很快。单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力 强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。 例

3、如，80C51系列单片机已有十多年的生命期，如今仍保持着上升的趋势， 就充分证明了这一点。单片机以其一系列优点，近几年得到迅猛发展和大 范围推广，广泛应用于工业控制系统，数据采集系统、智能化仪器仪表， 及通讯设备、日常消费类产品、玩具等。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。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 MCS-51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 AT89C51就是其中典型的代表。 本设计是基于 AT89S51 单片机的篮球计分器，

4、利用 7 段共阴 LED 作为 显示器件。在此设计中共接入了 1 个八位一体 7 段共阴 LED 显示器，每队 显示器显示范围可达到 0255 分。 本设计内容为比赛计分器，主要用于各种体育比赛记录分数。采用独 立式键盘作为输入，用户可分别对两队比分进行加 1、加 2、加 3 和减 1 减 2、减 3 操作，其加减 1，2，3 分可以通过加减 1 分、2 分和 3 分的切 换按钮实现，并通过指示灯显示其每次按下加减分键所加减的分值。通过 加减分键和分值切换键配合使用可以较方便实现预置分。比分通过 1 个八 位一体 7 段共阴 LED 显示器显示，每队比分显示三位数。 1.2.系统框图 AT89

5、C51 单片机 比分复位独立式键盘比分显示系统分值切换显示 第 2 章 系统硬件设计 2.1.按钮设置 图 2-1 按钮功能图 独立键盘通过 P1 口输入键值，其中 1/2/3 分切换由发光二极管指示， 见图 1-2。通过加减分键和分值切换键配合使用可以较方便实现甲乙两队 的初始分数。按下清零后，显示的分数清零。 2.2.分值切换显示功能 图 2-2 分值切换显示功能图 S1甲加1 S2甲减1 S3乙加1 S4乙减1 S51/2/3/分切换 S6分数清零 比比分分纪纪录录控控制制键键 P2.0 P2.1 P2.2 1分 LED-BIBY 2分 LED-BIBY 3分 LED-BIBY 分分值值

6、切切换换显显示示 2.3.数码管驱动的选择 图 2-3 74LS 引脚功能图 74LS245 还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。 当 8051 单片机的 P0 口总线负载达到或超过 P0 最大负载能力时，必 须接入 74LS245 等总线驱动器。 当片选端/CE 低电平有效时，DIR=“0” ，信号由 B 向 A 传输；（接 收） DIR=“1” ，信号由 A 向 B 传输；（发送）当/CE 为高电平时，A、B 均为高阻态。 由于 P2 口始终输出地址的高 8 位，接口时 74LS245 的三态控制端/1G 和/2G 接地，P2 口与驱动器输入线对应相连。P0 口与 74LS24

7、5 输入端相连, /E 端接地，保证数据现畅通。8051 的/RD 和/PSEN 相与后接 DIR，使得/RD 或/PSEN 有效时，74LS245 输入（P0.IDI） ，其它时间处于输出 （P0.IDI） 。 2.4.发光二极管显示器的结构、工作原理及其接口电路 下图为典型的数码管： 图 2-4 7 段 LED 数码管 如上图，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

8、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。 表 2-1 代码对应表 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 03FHC087FH80H 106HF996FH90H 25BHA4A77H88H 34FHB0B7CH83H 466H99HC39HC6 56DH92HD5EHA1H 67DH82HE79H86H 707HF8F71H8EH 动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其 接口电路是把所有显示器的 8 个笔划段 a-h 同名端连在一起，而每一个显 示器的公共极 COM

9、是各自独立地受 I/O 线控制。CPU 向字段输出口送出字 形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取 决于 COM 端，而这一端是由 I/O 控制的，所以我们就可以自行决定何时显 示哪一位了。而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个 显示器的 COM 端，使各个显示器轮流点亮。在本课题中采用 P0 口输出段 码，P3 口为位控制输出口。 第 3 章 软件设计 3.1.系统流程图 开始 初始化 乙加分 加减分 键释放 去抖动 甲加分 S1 键释放 键释放 键释放 乙减分 S2 切换加减分值， 相应 LED 灯亮 甲乙比 分清零 去抖动 去抖动 表首址送 DPT

10、R，比 分清零，加减分值为 1 调用显示函数 判断哪键按下 S6 S5 3.2.显示子程序流程图 S3 去抖动 将 8 位二进制比分转 换为十进制数 S4 图 3-1 显示子程序流程图 3.3.延时子程序 延时子程序就是通过执行一些没用但又占用时间的指令的集合。这个 子程序可以用于很多延时的地方因为它延时的时间可以通过 R7 进行改变， 所以通用性好，可以将几个延时子程序合为一个，只用在调用前给 R7 赋 位 选 通 取 段 码 送 段 码 调用延时程序 关 段 码 值，即可根据用户的需要延时，流程图见图 3-2。 第 4 章 系统的安装调试说明 4.1.软件调试 上电时对系统中进行检测是单片

11、机程序中的一个良好设计。在硬件设 给 R6 放初值 执行三条空指令 返回 R6-1，判断 R6 是 否为 0 R7-1，判断 R7 是 否为 0 图 3-2 延时子程序流程图 计时也应该细细考虑将各个使用到的芯片、接口设计成容易使用软件进行 测试的模式。 很多有经验的单片机设计者都会在系统上电时（特别是第一次上电时） 进行全面的检测，或者更进一步，将系统的运行状态中分为测试模式和正 常运行模式，通过加入测试模式对系统进行详细的检测，使得系统的批量 检测更为方便容易。 另外要注意的是，一个简单明了的故障显示界面也是颇要费得心思的。 比如：系统的外部 RAM（数据存储器）是单片机系统中常用的器件。

12、外部 RAM 如果存在问题，程序通常都会成为无法控制。 因此，程序在启动时（至少在第一次上电启动时）一定要对外部 RAM 进行检测。 另外，在仿真前要做好充分的准备。单片机硬件仿真器给单片机开发 者带来了极大的方便，同时也很容易造成人的依赖性。很多时候，没有仿 真器却能促使工程师写出更高质量的程序。在硬件仿真调试之前，下面准 备工作将是必要的： （1）程序编完后，对代码仔细逐行检查。检查代码的错误，建立自己 的代码检查表，对经常易错的地方进行检查。检查代码是否符合编程规范。 （2）对各个子程序进行测试。测试的方法：用程序测试程序，编制一 个调用该子程序的代码，建立要测试子程序的入口条件，再看看

13、它是否按 预期输出结果。 （3）如果代码有修改，再次对代码进行检查。 4.2.软硬联调 编程后利用 Keil uVision3 来进行编译，再生成的 HEX 文件装入芯片 中，采用 proteus 软件来仿真，检验功能是否能够正常实现。仿真成功后， 焊接硬件电路，通过 ISP 下载器将 hex 文件烧制到单片机。 通电后，LED-1 亮，数码管显示“000-000”.。对应的 “S1”键为 甲加分按钮，当 LED-1 亮时，每次按下“S1”键，甲队分数加 1；当 LED- 2 亮时，每次按下“S1”键，甲队分数加 2；当 LED-3 亮时，每次按下 “S1”键，甲队分数加 3；可以通过按“S5

14、”键来实现 LED-1,LED-2,LED- 3 之间的切换。对应的“S2”键为甲队减分键，当 LED-1 亮时，每次按下 “S2”键，甲队分数减 1；当 LED-2 亮时，每次按下“S2”键，甲队分数 减 2；当 LED-3 亮时，每次按下“S2”键，甲队分数减 3；“S3”键为乙 加分键， “S4”键为乙队减分键，其实现功能与甲队一样。对应的“S6” 键为清零按钮，按下可以实现复位。数码管显示甲乙队当前分数，复位后， 数码管显示“000-000” 。 第 5 章 总结 在本次课程设计中，我通过基于典型单片机 AT89C51 的设计和应用， 对于单片机工作原理，功能有了宏观的了解，并对单片机

15、汇编程序的应用 有了新的、进一步的认识。 在设计的过程中，我发现很多的问题，给我的感觉就是下手很难，很 不顺手，看似很简单的电路，要动手把它给设计出来，是很难的一件事， 主要原因是我们没有经常动手设计过电路。另外单片机系统的知识似懂非 懂，而且很多知识当时弄明白了，现在要用的时候又不记得，造成我用了 大量的时间去查阅各种资料和程序命令，因此整个过程时间安排不合理。 由于设计的计划没有安排好，设计的时间极为仓促，尤其是在硬件调试的 过程中出现了很大的问题。另外资料的查找也是一大难题，这就要求我们 在以后的学习中，应该注意到这一点，更重要的是我们要学会把从书本中 学到的知识和实际的电路联系起来，这

16、不论是对我们以后的就业还是学习， 都会起到很大的促进和帮助。 为了准备这次课程设计,我在结合以前老师上课所讲授知识的基础上 将 32 集的东南大学远程教学视频一口气看完,这样对单片机基本知识有了 进一步的了解。在做课题的过程中，发现很多知识还不够熟悉，但是毕竟 有了基础，查阅书本后就能弄懂并加以运用。 面对大量的参考资料甚至是几乎现成的参考报告，我选择了在学习吸 纳的基础上另辟蹊径，虽然这个课题不算难，但是从硬件电路到最后程序 的编写和调试都是一步一步摸索出来的，这个过程中也遇到了不少困难， 更多的是成功后的喜悦。学习永无止境，很多知识和工具都必须现学现用， 培养学习能力十分重要。同时只有把学

17、习和实践当做一种乐趣那么即便有 再大的困难也会是一种享受。非常感谢老师的热心指导和同学的帮助。 第 6 章 参考文献 1 、 微型计算机原理及应用许立梓编 机械工业出版社 2002 2、 微型计算机接口技术及应用刘乐善编 华中理工大学出版社 2000 3、 计算机硬件技术基础试验教程邹逢兴编 高等教育出版社 2000 4、 16 位微型计算机原理接口及其应用周佩玲编 中国科学技术大学 出版社 2000 5、 微型计算机原理与接口技术吴秀清编 中国科学技术出版社 2001 6、 微型计算机接口技术邓亚平编 清华大学出版社 2001 7、 单片机原理及及应用王迎旭编 机械工业出版社 2001 8、

18、 单片机应用程序设计技术 周航慈 著 北京航空航天大学出版 社 2002 9、 单片机实用技术问答 谢宜仁 主编 人民邮电出版社 2002 附录 A：源程序清单 NA EQU 24H NB EQU 25H ;甲乙两队分数 TEMP EQU 26H ;存放切换分数 123 JIAJIA BIT P1.0 ;甲加分控制位 JIAJIAN BIT P1.1 ;甲减分控制位 YIJIA BIT P1.2 ;乙加分控制位 YIJIAN BIT P1.3 ;乙减分控制位 SWITCH BIT P1.4 ;分值切换控制位 RESET BIT P1.5 ;比分清零控制位 ORG 0000H SJMP STAR

19、T START:MOV DPTR,#TABLE ;将表首址送 DPTR MOV NA,#0 MOV NB,#0 ;比分自动清零 MOV TEMP,#1 ;开机默认加减分值为 1 MOV P2,#01H ;分值显示灯亮 A1:ACALL DISPLAY ;调显示函数 JNB JIAJIA,S1 JNB JIAJIAN,S2 JNB YIJIA,S3 JNB YIJIAN,S4 JNB SWITCH,S5 JNB RESET,S6 LJMP A1 ;判断按下的控制键 S1:LCALL DELAY ;去抖动 JB JIAJIA,A1 ;确认按键 MOV A,NA ADD A,TEMP MOV NA,

20、A LCALL B0 C0:JB JIAJIA,A1 ;等键释放 LCALL DISPLAY SJMP C0 S2:LCALL DELAY ;去抖动 JB JIAJIAN,A1 MOV A,NA SUBB A,TEMP MOV NA,A LCALL B0 C1:JB JIAJIAN,A1 ;等键释放 LCALL DISPLAY SJMP C1 S3:LCALL DELAY ;去抖动 JB YIJIA,A1 MOV A,NB ADD A,TEMP MOV NB,A LCALL B1 C2:JB YIJIA,A1 ;等键释放 LCALL DISPLAY SJMP C2 S4:LCALL DISPL

21、AY ;去抖动 JB YIJIAN,A1 MOV A,NB SUBB A,TEMP MOV NB,A LCALL B0 C3:JB YIJIAN,A1 ;等键释放 LCALL DISPLAY SJMP C3 S5:INC TEMP MOV A,TEMP CJNE A,#2,D0 MOV P2,#2 D0:CJNE A,#3,D1 MOV P2,#04H D1:CJNE A,#4,D2 MOV TEMP,#1 MOV P2,#01H ;分值切换循环 1-2-3 D2:LJMP A1 S6:MOV NA,#0 MOV NB,#0 LJMP A1 B0:CJNE A,#999,B2 ;是否大于 99

22、9? (可以省略) MOV NA,#0 B2:RET B1:CJNE A,#999,B3 MOV NB,#0 B3:RET ;* 显示函数 DISPLAY:MOV A,NA ;甲队比分显示 MOV B,#100 ;将 8 位二进制转换位十进制 DIV AB CLR P3.0 MOVC A,A+DPTR ;送段码 MOV P0,A ;显示甲比分比分百位 LCALL DELAY SETB P3.0 ;关位选 MOV A,B MOV B,#10 DIV AB CLR P3.1 ;开位选 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.1 MOV A,B CLR

23、P3.2 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.2 CLR P3.3 MOV P0,#40H ;显示分隔符 LCALL DELAY SETB P3.3 ;* 乙队比分显示 MOV A,NB MOV B,#100 DIV AB CLR P3.5 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.5 MOV A,B MOV B,#10 DIV AB CLR P3.6 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.6 MOV A,B CLR P3.7 MOVC A,A+DPTR

24、 MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.7 CLR P3.4 MOV P0,#40H LCALL DELAY SETB P3.4 RET TABLE:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH ;*延时程序 DELAY:MOV R6,#10 E:MOV R7,#250 DJNZ R7,$ DJNZ R6,E RET END ; * 2010 年 5 月 8 日编译 B：硬件原理图 A7A7 A6A6 A5A5 A4A4 A3A3 A2A2 A1A1 A0A0 S7 B5 B4 B3 B2 B1 B0 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0 B0 B1 B2 B3 B4 B5 S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 B6 B7 B6 B7 P2.0 P2.1 P2.2 P2.0 P2.1 P2.2 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1