基于AT89C51的篮球比赛计分器设计说明

1、学校嵌入式应用基础课程设计报告基于AT89C51的篮球比赛计分器课程设计学 院：学生：班 级：学 号：指导教师：随着单片机在各个领域的广泛应用，许多用单片机作控制的球赛计分器也应运 而生，如用单片机控制LCD液晶显示器的计分器，用单片机控制 LED七段显示器的 计分器等等。本次设计的篮球计分系统以 AT89C51单片机为核心元件，通过七段共阴极LED来显示比分。采用CD4094（8位移位存贮总线寄存器）进行串行口扩展显示器接口， 并利用74LS21 （双四输入与门）来实现比分的刷新功能。关键词：篮球计分器；AT89C51显示；矩阵键盘；LED数码管1前言12系统方案设计22.1 总体方案22.

2、1.1 设计容22.1.2 设计要求22.2 系统组成23硬件设计33.1 AT89C51 的介绍33.2 复位电路43.3 键盘控制电路53.4 显示电路64软件设计74.1 主程序设计 74.2 键盘识别及处理程序设计84.3 显示子程序设计 94.4 复位程序设计95系统调试115.1 硬件接线及调试 116总结126.1 设计心得12参考文献14致谢15附录171刖言体育比赛记分系统是对体育比赛过程中所产生的比分等数据进行快速采集记 录，加工处理，传递利用的信息系统。根据不同运动项目的不同比赛规则要求，体 育比赛的记分系统包括测量类，评分类，命中类，制胜类得分类等多种类型。比如篮球比赛

3、是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此, 篮球比赛的记分系统是一种得分类型的系统。篮球比赛的记分系统由计分器等多种 电子设备组成，同时，根据目前高水平篮球比赛要求，完善的篮球比赛记分系统设 备应能够与现场成绩处理，现场大屏幕，电视转播车等多种设备相联，以便实现高 比赛现场感，表演娱乐观众等功能目标。由于单片机的集成度高，功能强，通用性好，特别是它具有体积小，重量轻， 能耗低，价格便宜，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特的优点，使单片机 迅速得到了推广应用，目前已经成为测量控制应用系统中的优选机种和新电子产品 的关键部位。世界各大电气厂家，测控技术企业，机电行业，竞相把单片

4、机应用于 产品更新，作为实现数字化，智能化的核心部件。篮球计分器就是以单片机为核心 的计分系统。2系统方案设计2.1总体方案此计分器的设计采用模块化结构，主要由以下2个组成，即键盘模块、以及译码显示模块。以单片机为核心，配以一定的外围电路和软件，以实现比赛计分器的 功能。它由硬件部分和软件部分组成。系统设计方案的硬件电路设计方框图如图 2-1 所示。2.1.1 设计容（1） 给甲、乙两队分别设置加分按钮，各按钮按下分别实现给甲、乙队加1、2、 3分。（2） 给甲、乙两队分别设置减分按钮，各按钮按下分别实现给甲、乙队减1、2、 3分。（3）设置一个复位按钮，按下实现甲、乙队总分回到初试分及显示（

5、4）预置分通过甲、乙两队加分按钮实现。2.1.2设计要求（1）方案合理、正确，系统稳定、可靠。（2）软件设计要求尽可能精练、简短和运行可靠。（3）硬件电路要求简单明了，以节约成本。2.2系统组成硬件电路由复位按钮、80C51单片机、矩阵键盘和8位共阴极LED显示器等组成。软件部分主程序主要由系统初始化段、键盘识别、键值处理、 示器扫描显示子程序组成。3硬件设计3.1 AT89C51 的介绍8位共阴极LED显FPEROMFalshAT89C51是一种带 4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（Programmable and Erasable Read Only Memory )的低电压，高性能 C

6、MOS位微处 理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单 片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于 将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATME的 AT89C51是一种高效微 控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C5仲片机为很多嵌入式控制系统提 供了一种灵活性高且价廉的方案。3.2复位电路为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复 位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电

7、电源为5V 5%即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因 此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。目前为止，单片机复位电路主要有四种类型：(1) 微分型复位电路；(2) 积分型复位电路；(3) 比较器型复位电路；(4) 看门狗型复位电路在此介绍一下看门狗型的复位电路：看门狗型复位电路主要利用CPU正常工作时，定时复位计数器，使得计数器的值不超过某一值；当CPU不能正常工作时，由于计数器不能被复位，因此其计数会超过某一值，从而产生复位脉冲，使得CPU恢复正常工作状态。典型的看门狗型

8、复位电路如图3-1所示：图3-1看门狗型复位电路此复位电路的可靠性主要取决于软件设计，即将定时向复位电路发出脉冲的程 序放在何处。一般设计，将此段程序放在定时器中断服务子程序中。然而，有时这 种设计仍然会引起程序走飞或工作不正常。原因主要是：当程序“走飞”发生时定 时器初始化以及开中断之后的话，这种“走飞”情况就有可能不能由看门狗复位电 路校正回来。因为定时器中断一真在产生，即使程序不正常，看门狗也能被正常复 位。为此提出定时器加预设的设计方法。即在初始化时压入堆栈一个地址，在此地 址执行的是一条关中断和一条死循环语句。在所有不被程序代码占用的地址尽可能 地用子程序返回指令RET代替。这样，当

9、程序走飞后，其进入陷阱的可能性将大大 增加。而一旦进入陷阱，定时器停止工作并且关闭中断，从而使看门狗复位电路会 产生一个复位脉冲将CPU复位。当然这种技术用于实时性较强的控制或处理软件中 有一定的困难。3.3键盘控制电路在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按 键加以连接。这样，一个端口 （如P1 口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端 口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以 构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键 （9键）。如图3-2所示。

10、图3-2矩阵式键盘电路需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，上图中，列 线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O 口作为输出端，而列线所接的 I/O 口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键 按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入 输入线的状态就可得知是否有键按下了。具体的识别及编程方法如下所述。矩阵式键盘的按键识别方法确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“行扫描法”。行扫描法行扫描法又称 为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如上图所示键盘

11、，介绍 过程如下。判断键盘中有无键按下将全部行线 Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只 要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。判断闭合键所在的位置在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。 其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。 在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则 该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。3.4显示电路显示器采用两个四位共阴极 LED显示器，来实现显示器的动态扫描，八个二极 管连接

12、一个阴极的结构，只要另一段为高电平，二极管就会发光，从而形成一段。 将八段顺序排列后就成为具有一定编码的共阴显示器了。动态扫描的频率有一定的 要求，频率太低，LED将出现闪烁现象。如频率太高，由于每个LED点亮的时间太短， LED的亮度太低，肉眼无法看清，所以一般均取几个 ms左右为宜，这就要求在编写 程序时，选通某一位LED使其点亮并保持一定的时间，程序上常采用的是调用延时 子程序。4软件设计4.1主程序设计主程序主要由系统初始化段、开中断、键盘识别、键值处理、两个4位共阴极LED显示器扫描显示子程序和中断处理子程序等组成。通过对以上各段和子程序的结合，以实现系统功能。该系统主程序流程图如下

13、图4-1所示。图4-1主程序流程图4.2键盘识别及处理程序设计按键识别及处理程序主要由键盘识别和键值处理组成。其中键盘识别子程序不 断地对键盘进行判断是否有键按下。当有键按下时则转到键码处理即甲、乙总分处 理子程序对相应按键进行相应处理，即可实现对甲、乙两队总分的计算与处理。键盘识别即依次判断第一列、第二列、第三列、第四列是否有键按下。如果有 键按下，先得出列，再反向赋值得出行，最后得出所在行和列的位置。键值处理即先定义各按键，再对按键值进行保存，通过判断键值来判断分别对 甲队或是乙队加减分，最后显示出甲队、乙队得分。甲、乙总分处理子程序流程图 如下图4-2所示。甲或乙图4-2键值处理子程序流

14、程图除以除00商百位4.3显示子程序设计_余数由于该系统使用的是八81位LED显示器显示计分显示方法，即由显示器扫描显示子程序控制显示器逐个循环从左至右依次点亮各个 显示器。这样虽然在任一时余只要一个显示器点亮，但是由于人眼具有视觉残留效 应，看起来与全部显示器持续点亮效 如图4-3所示流程方法完成。.个位匕显示采用动态扫描上一位显示样。显示器扫描显示子程序显示每一位用从80C51的P1 口送显示器位码Ii读相应位存储单元数据 （中间两位显示”无此步）位示”由读得数据查表确定段码由80C51送相应显示器位下一位显示图4-3显示子程序流程图4.4复位程序设计在矩阵键盘中设置相应的复位按键，当识别

15、到复位按键按下时，执行复位程序。在主程序运行过程中，只要系统识别到与单片机引脚相连的按键按下，程序则 会转去执行复位程序，完成对甲、乙总分的清零，与此同时也就使显示器各位计数 同时也清零，执行完毕后，返回主程序，等待识别下一个按键。流程图如4-4所示复位按键的存在，保证了计分器能的多次使用，当比赛结束后，通过按键复位到初始状态，继续进行下一场比赛图4-4复位程序流程图5系统调试5.1硬件接线及调试接线是设计中最关键的一步，我的接线原则是从全局出发，逐个模块连接调试， 最后总体调试。逐个模块接线再调试，可以为总体调试省去很多时间，只要每个模块正常运行， 几个模块通过地址总线连接之后，结果也就接近

16、了。调试前的直观检查：检查连线是否正确，在通电之前应先检查一下电路的连线是否正确，包括错线， 少线和多线的情况。根据课程设计的需求所写出的程序检查接线是否正确。这是一 种以元件为中心进行查线的方法。把每个元件引脚的连线一次查清，检查每个接线处在程序中是否出现，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查处多线的情况。在接线时应该注意数码管段选、片选连线的顺序，防止出现接反的状况，同时对矩阵键盘也要检查是否正确，是否能正常使用，是否按照实验要求的顺序接线。2、元器件安装时情况检查元、器见引脚之间有无短路；连接处有无接触不良。模拟调试结果记录如下：通电后，显示器初始显示“ 000-000 ”。按照键盘

17、分布 说明按键，分布给甲、乙加1分、2分和3分，显示器跟踪显示出总分，然后模拟比 赛细节，随意给甲、乙加分或是减分，均达到预期效果。在甲、乙均有一定总分的 情况下对甲、乙进行减分处理，当减到 0后便不能够再进行减分操作，与程序设计 相符。在甲、乙均有一定总分的情况下，按清零按钮，显示结果清零。重复进行上 面操作，结果均符合设计要求。6总结6.1设计心得通过这次的课程设计，我对一些专业的电子设计有了更深的了解，同时也尝试 着去应用自己所掌握的知识。这次课程设计主要是对电路的设计，对单片机开发板 的应用，对相关应用软件的操作的一个综合性的考核。经过这次的课程设计，让我 受益颇多，同时也明白自己还有

18、很多的不足之处，明白自己应该在以后的学习生活 中更加虚心学习，在学习生活中也不应该仅仅只是注重理论上的学习，结合本专业 的情况而言，实践能力与理论知识是同等重要的。都说理论与实践相结合，理论源 于实践，实践是理论的应用与发展，因此，我们更应该注重平时的实践能力，丰富 自己，也丰富人生。课程设计不仅给我们提供了一个很好的展现和应用自己所学知识的平台，而且 给检验自己所学的知识和实现知识价值能力提供了一个机会。在设计过程中不可避免的会遇到很多的问题，诸如接线问题、调试问题等，看 似很简单的电路，要动手把它给设计出来，其实是一件十分不容易的事，主要原因 是我们没有经常动手设计过电路，平时都是直接用查

19、阅到的电路或者依靠书本，根 本没有通过自己的努力去设计过电路。尤其是在最后调试部分，会因为各种原因而 无法得到设计的结果，由于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，造成需要花费大量的时间去重新查阅各种资料和程 序命令，但一旦问题解决了，就会豁然开朗。在这次课程设计中，我在整个设计过程中懂得了许多东西，也培养了独立思考 和设计的能力，树立了对知识应用的信心，相信会对今后的学习工作和生活有非常 大的帮助，并且提高了自己的动手实践操作能力，使自己充分体会到了在设计过程中的成功喜悦。虽然这个设计做的并不是那么完美，但这是经过自己的努力得到的 成功，想想也是知足的

20、了，但是更加重要的是在设计过程中所学到的东西是这次课 程设计的最大收获和财富。通过本次课程设计我受益匪浅，不仅使我学会了用单片机编写程序的方法，而 且对学过的相关知识得到了进一步的巩固和提高，通过阅读相关专业书籍掌握了一 些曾经模糊的知识以及自己并未在课本上学到的知识；同时也熟悉了实验设备，对 本专业的学习方案有了更深刻的认识，也让我明白了，我们专业是很重视学生的动 手能力的，真正的实践能力会为我们带来很多意想不到的机会。更重要的是，在我 学习和掌握这些知识的同时，能够在思维上得到提高和升华，提高了自己思维能力 和对实验的热爱，让我觉得实验的方方面面都是十分有趣的。这次课程设计使我完 善了知识

21、结构、拓宽了知识面，开阔了眼界、提高了对各科知识综合应用的能力；同 时也锻炼和培养了我的基本素质，它使我更加耐心、谨慎、细致。让我学会在以后 的学习生活里应该以积极的态度面对困难，因为我知道，解决了困难的欣喜是无可 替代的。做任何事情其实需要的不仅仅是能力，更应有信心。只有自己相信了自己，别 人才会相信你。这次课程设计其实本质上并不困难，看似很难的事，其实往往是我 们把它夸大了。迎面面对生活中的挫折，坚强与努力，信心与勇气，最终会让一个 人得到成功的果实的。这次的课程设计给我的不只是知识上的巩固与提升，也许让 我学到的远远不是这些。参考文献1 许立梓微型计算机原理及应用北京：机械工业，2002

22、2 乐善.微型计算机接口技术及应用.：华中理工大学，20003 邹逢兴.计算机硬件技术基础试验教程.北京：高等教育，200020004 周佩玲.16位微型计算机原理接口及其应用北京：中国科学技术大学,5 吴秀清.微型计算机原理与接口技术北京：中国科学技术，2001 邓亚平.微型计算机接口技术.北京：清华大学，20017 王迎旭.单片机原理及及应用.北京：机械工业，20018 周航慈.单片机应用程序设计技术.北京：北京航空航天大学，20029 谢宜仁.单片机实用技术问答北京：人民邮电，2002首先要感谢王克进老师对我的悉心指导，无论是在嵌入式的理论讲解中，还是 在单片机实验课上，亦或是课程设计的

23、过程中，都要谢谢老师的教导与帮助，使我 学到了理论知识，锻炼了实践操作能力，培养了科学的思维，教会了我学习、思考 的方法，对以后的学习、工作、生活产生了积极影响，谢谢老师！同时，在这次课程设计中也要谢谢关心帮助我的同学们，谢谢大家的帮助，没 有大家的相互探讨，就没有相互的促进与提高，正是在老师、同学的帮助下，成功 的完成了课程设计。还要感谢信息工程学院的诸位老师为我们提供了良好的设计条件，让我们顺利 完成此次课程设计/*PO 控制连接段选，P2连接位选，P1连接矩阵键盘矩阵键盘按下按键，数码管显示相应的数据比赛开始后，初始状态为000-000比赛结束后，可复位为000-000*/#in clu

24、desbit key = P1;void LED();void kaishi();void excha nge(); /void guan();/ 关闭void jixu();/void ajian (i nt t);void bjian (i nt t);void delay (un sig ned int i); / P1 连接矩阵键盘/数码管显示/开始或复位交换得分继续/ a-t/ b-t延时程序un sig ned char keysca n(v oid);/矩阵键盘扫描un sig ned int a,b,m;unsigned Charj16=0x7e,0x7d,0x7b,0x77,

25、0xbe,0xbd,0xbb,0xb7,0xde,0xdd,0xdb,0xd7,0xee,0xed,0xeb,0xe7;/键值unsigned char Disp_Tab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,段选0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40;/unsigned char dispbit8=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdF,0xbF,0x7F;/位选mai n()a=0;b=0;m=0;while (1)un sig ned key;LED(); /显示数码管key=keysca n(); 调用键盘扫描，switch (key

26、)case 0x7e: a=a+1;LED(); break;/a 队加 1case 0x7d: a=a+2;LED(); break;/a 队加 2case 0x7b: a=a+3;LED(); break;/a 队加 3case 0x77: a=0;b=0;kaishi(); break;/ 复位/case 0xbe:ajian(1);LED(); break;/a队减1case 0xbd: ajian(2);LED(); break;/a队减2case 0xbb:ajia n( 3);LED(); break;/a队减3case0xb7:jixu();break;暂停，继续/b队加1/b队加2/b队加3/交换比case 0xde : b=b+1;LED(); break;case 0xdd: b=b+2;LED(); break;case 0xdb: b=b+3;LED(); break;case 0xd7: excha nge();LED(); break;case Oxed: bjian(2);LED(); break;/b 队减 2case 0xeb: bjian(3);LED(); break;/b 队减 3break;case0xe7:gua n();/关闭void kaishi()m=1;LED();void ajian (i nt t)if(