基于单片机的篮球计时计分牌设计

1、聿芃莂薃膁蒈蚁薂袁芁薇薁羃蒇蒃蚀肅艿荿虿膈肂蚇蚈袇芈蚃蚇肀膀蕿蚇膂莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄蚀蚄肆膇薆螃膈聿芃莂薃膁蒈蚁薂袁芁薇薁羃蒇蒃蚀肅艿荿虿膈肂蚇蚈袇芈蚃蚇肀膀蕿蚇膂莆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄蚀蚄肆膇薆螃膈 毕毕 业业 论论 文文 （设（设 计）计） 题目题目 篮球计时计分牌设计篮球计时计分牌设计 指导教师：指导教师： 学生姓名：学生姓名： 学生学号：学生学号： 信息工程信息工程系系电气自动化技术电气自动化技术专业专业 年 月 日 毕业论文 目 录 摘 要 .i abstract .ii 第一章 引言 .1 1.1 背景知识介绍 .1 1.2 设计意义 .1 1.3 设计目的 .2 第二章 系统设计框图

2、 .3 2.1 系统结构框图 .3 2.1.1 单片机 at89c51 简介. 3 2.1.2 主要特性 . 4 2.1.3 管脚说明 . 5 2.1.4 芯片擦除 . 6 2.1.5 空闲节电模式 . 7 2.1.6 掉电模式 . 7 2.1.7 程序储存器的加密 . 8 2.1.8 at89c51 的极限参数. 8 2.2 显示器及其接口 . 9 2.2.1 显示器介绍. 9 2.2.2 结构与原理. 10 毕业论文 2.2.3 led 显示器显示方式.11 2.2.4 led 显示器接口实例. 13 2.2.4.1 变量译码器. 13 2.2.4.2 码制变换译码器. 14 2.2.4.

3、3 显示译码器. 14 第三章 基本功能简介 . 17 第四章 系统硬件电路组成 . 18 4.1 计时电路. 18 4.1.1 led 结构与原理. 18 4.1.2 led 显示器显示方式. 19 4.1.3 计时电路原理图. 19 4.2 计分电路 . 20 4.2.1 串行口控制寄存器 scon. 20 4.2.2 电源控制寄存器 pcon. 21 4.2.3 计分电路原理图. 22 第五章 程序调试 . 23 51 程序调试结果 .23 参考文献 .24 附录 .25 篮球计时记分器程序 .25 毕业论文 致谢 .35 毕业论文 i 摘摘 要要 本系统是采用单片机 at89c51 作

4、为本设计的核心元件。利用 7 段共阳 led 作为显 示器件。通过这个设计了解到单片机控制技术的广泛应用，其核心技术是单片机控制 系统的设计 。单片机在控制系统中的应用也越来越普遍了。单片机控制系统是以单片 机（cpu）为核心部件，扩展一些外部接口和设备，组成单片机工业控制机，主要用于 工业过程控制。要进行单片机系统设计首先必须具有一定的硬件基础知识；其次，需 要具有一定的软件设计能力，能够根据系统的要求，灵活地设计出所需要的程序；第 三，具有综合运用知识的能力。最后，还必须掌握生产过程的工艺性能及被测参数的 测量方法，以及被控对象的动、静态特性，有时甚至要求给出被控对象的数学模型第 一章 系

5、统开发背景 采用单片机控制是这个系统按键操作使用简洁，led 显示，安装方便。解决了篮球 比赛计数器的安装问题，节约了线材，适合在各种规模的体育场馆使用，完全可以代 替传统的用钟表进行计时的方法，当然稍加改动也可以用于其他球类比赛，是体育器 材向智能化发展的一个实例。 关键词：at89c51；led 显示；篮球赛计时；篮球赛计分 毕业论文 ii abstract along with the technical and quick development in electronics, appear with the large- scale integrated circuit especi

6、ally, give mankind the life brought the changes of the root. the coal gas reports to the police the system publishes, scribing the electronics measure the instrument walked into the arithmetic figure turns the ages its function is strong, the function is well-found, technique forerunner, will quickl

7、y technical development in science. in the hardware aspect, except the monolithic outside the aircraft, uses ten seven section of led nixie tube s to carry on the demonstration, led uses is the motionless scanning demonstration, uses the 74ls21 chip to carry on the actuation. with the coal of compil

8、ation, we can get the functions of this design such as keeping scores, recording the time, and that we can alternate with the scores of both teams. its practical and simple to accomplish. key words: single chip microcomputer , led nixie tube ,keeping scores and the time 毕业论文 1 第一章 引言 1.1 背景知识介绍 单片机又

9、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。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量 轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解 计算机原理与结构的最佳选择。 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

10、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。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如 cpu，内存，并行总线，还有和硬盘 作用相同的存储器件，用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现 在用的全自动滚筒洗衣机

11、，排烟罩 vcd 等等的家电里面都可以看到它的身影。 单片机是靠程序实现功能的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能， 尤其是特殊的独特的一些功能。一个不是很复杂的功能要是用美国 50 年代开发的 74 系列，或者 60 年代的 cd4000 系列这些纯硬件的话，电路一定是一块大 pcb 板。但是 如果要是用美国 70 年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别。只因为单 片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性。 1.2 设计意义 单片机的应用是具有高度现实意义的。单片机极高的可靠性，微型性和智能性 毕业论文 2 （我们只要编写不同的程序后就能够完成不同的控制工

12、作） ，单片机已成为工业控制领 域中普遍采用的智能化控制工具，已经深深地渗入到我们的日常生活当中 通过此次基于单片机设计的篮球计时计分系统，我们可以更清楚详细的了解单片 机程序设计的基本指令功能、编程步骤和技巧来讲述单片机编程，并对 mcs-51 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，并且可以 在将来的工作和学习中加以应用。 1.31.3 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，如用单片机控制 lcd 液晶显示器计时计分器，用单片机控制 led 七段显 示器计时计分器等。 本次设计用由 at89c51 编

13、程控制 led 七段数码管作显示的球赛计时计分系统。该 系统具有赛程定时设置，赛程时间暂停，及时刷新甲、乙双方的成绩以及赛后成绩暂 存等功能。它具有价格低廉，性能稳定，操作方便并且易于携带等特点。广泛适合各 类学校或者小型团体作为赛程计时计分。 通过本次基于 c51 系列篮球计时计分器的设计，可以了解、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，这主要表现在以下一些方面： (1) 篮球赛计时计分系统包含了 8051 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。 (2) 可以了解到 led 显示器的结构、

14、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。 (3) 怎样利用串行口来扩展显示接口等。 毕业论文 - 3 - 第二章 系统设计框图 2.12.1 系统结构框图系统结构框图 2.1.1 单片机 at89c51 简介 mcs51 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

15、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 是一个低电压，高性能 cmos 8 位单片机，片内含 4k bytes 的可反复擦 写的 flash 只读程序存储器和 128 bytes 的随机存取数据存储器（ram） ，器件采用 atmel 公司的高密度、非

16、易失性存储技术生产，兼容标准 mcs-51 指令系统，内置功 能强大的微型计算机的 at89c51 提供了高性价比的解决方案。 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。 如图所示，图 2-1

17、为 at89c51 单片机基本构造，其基本性能介绍如下： 毕业论文 - 4 - 图 2-1 at89c51 引脚图 at89c51 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 2.1.2 主要特性： at89c51 的主要特性如下表所示： 兼容 mcs51 指令系统 4k 可反复擦写(1000 次）flash rom 3

18、2 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 0-24mhz 1 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 led 3 级加密位 毕业论文 - 5 - 表 2-1 at89c51 主要功能描述 2.1.3 管脚说明 vcc：供电电压。 gnd：接地。 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

19、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。 p2 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

20、，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 at89c

21、51 的一些特殊功能口，如下表所示： 表 2-2 at89c51 特殊功能表 端口引脚第二功能 p3.0rxd（串行输入口） p3.1txd（串行输出口） 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 毕业论文 - 6 - p3.2/int0（外部中断 0） p3.3/int1（外部中断 1） p3.4t0（记时器 0 外部输入） p3.5 t1（记时器 1 外部输入） p3.6/wr（外部数据存储器写选通） p3.7 /rd（外部数据存储器读选通） 表 2-2 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

22、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。 ：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指

23、期间，每个机器周psen 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（0000h-ffffh） ， 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。 2.1.4 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

24、，并保持 毕业论文 - 7 - 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。 2.1.5 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

25、源控制寄存器）中的 pd（pcon.1） 和 idl（pcon.0）位来实现的。pd 是掉电模式，当 pd=1 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 idl=1 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： 其一是任何一条被允许中断的事件被激活

26、，idl（pcon.0）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。 其二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

27、是一条对端口或 者外部存储器的写入指令。 毕业论文 - 8 - 2.1.6 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。 空闲和掉电模式外部引脚状态如表 2-3 所示 表 2-3 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 /prog1100

28、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 2.1.7 程序储存器的加密 at89c51 可使用对芯片上的三个加密位 lb1、lb2、lb3 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。 毕业论文 - 9 - 2.1.8 at89c51 的极限参数 表 2-4 极限参数表 2.2 显示器及其接口 2.2.1 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

29、 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。 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，他的光源 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，从而改变每个点的颜色和强度来显示图案。 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

30、，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： （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。 （3）二极管耗电大，液晶耗电小。 毕业论文 - 10 - （4）二极管图像刷新率低，液晶的高 二者的档次相差比较大，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，比如商场、银行等服务部门的电子提示窗，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高的场合。 下面介绍发光二极管显示器（l

31、ed）的结构、工作原理及其接口电路。 2.2.2 结构与原理 下图为典型的数码管： 图 2-3 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。如下图所示。 毕业论文 - 11 - 图 2-4 共阴与共阳极 led 显示器 led

32、 显示器可分为共阳和共阴两种结构，如上图所示。图上为共阴结构。即把 8 个发光二极管阴极连在一起。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“3” ，则只 要在对应的 a、b、c、d、g 段送入高电平，在其他端送入低电平即可，点亮为“3” 。 共阴和共阳结构的 led 显示器各笔划段名和安排位置是相同的。当二极管导通时， 相应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而显示的各种字符。 8 个笔划段 hgfedcba 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

33、欲显示字符的字形代码。例如，对于共阴 led 显示器，当公 共阴极接地（为零电平） ，而阳极 hgfedcba 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 2-5 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 2-5 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 34fhb0

34、b7ch83h 毕业论文 - 12 - 466h99hc39hc6 56dh92hd5eha1h 67dh82he79h86h 707hf8f71h8eh 2.2.3 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。 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，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。 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

35、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。 图 2-5 动态显示图 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。下图为 4 位 led 显示器动态显示电路。 毕业论文 - 13 - 图 2-6 静态显示图 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 p2.0p2.3 用 于控制 4 位 led 位选码。 由于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

36、同字符，则要借助位选码来控制。 （如果 led 为共阴则 p2.0p2.3 输出为高电平， 如果 led 为共阳则 p2.0p2.3 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 p1.0 送出，然后 p2.0p2.3 输出相应位码（led 为共阴则 p2.0p2.3 输出 1000， ） led 为共阴则 p2.0p2.3 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 510ms，以造成视觉暂留效果；同时代码由

37、p1.0 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。 如下表，即为模拟以上的过程表（以共阴 led 设置显示代码，共阳与此相反） 。 表 2-6 模拟过程表 毕业论文 - 14 - 2.2.4 led 显示器接口实例 由 led 的结构及工作原理可知，要想在 led 上显示数据或者字母，则首先必须 要把待显示的数据

38、或者字母转换成 led 的 7 位显示代码，方可显示相应的数字或者字 母。通过实现这种转换有两种方法：一种是专用硬件译码器，另一种是专用软件译码 器。本次设计采用的是专用硬件译码器 cd4511 实现。现将两种方法分别介绍如下： 本次设计采用的是硬件译码方式，首先来介绍一下译码器。 2.2.4.1 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 3-8 线译码器 ttl 电路型号有 74s138、74ls138 等，cmos 电路型号是 74hc138。 两者的功能及引脚完全一样，功能见下表。 表 2-7 功能引脚表 输入 使能选择 输出 s1 32 ss a2a1a0 0 y 1 y

39、 2 y 3 y 4 y 5 y 6 y 7 y x1xxx11111111 0xxxx11111111 1000001111111 毕业论文 - 15 - 1000110111111 1001011011111 1001111101111 1010011110111 1010111111011 1011011111101 1011111111110 常见的 4-7 线译码器，ttl 型号是 74154、74s154 和 74ls154 等，cmos 电路是 74hc154，两者功能与引脚图也完全一样。 2.2.4.2 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 7

40、4ls42，其输入是 由 4 位二进制代码表示的十进制数（bcd 码） ，有 10 条输出线表示十进制数 09，称 之为 4-10 线译码器。 2.2.4.3 显示译码器 (1)显示器件 常见的显示器有白炽灯、辉光数码管、荧光数码管、发光二极管（led）和液晶 显示器（lcd）等。 目前用的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一简 单介绍。led 字型以七段显示器为常见，分为共阳极式与共阴极式接法。共阳极接法 的器件如 la-5011，la-5021，la-5031 等。共阴极接法 led 型号只是将 la 换成了 lc，其他部分及意义完全一样。 (2)显示译码器 由于

41、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，则为共阴极接地，相应的 bcd-七段译码器的输出驱动 ag 毕业论文 - 16 - 各阳极。若数码管为共阴，则选用输出为高电平有效的显示译码器。若数码管为共阳， 则选用输出为低电平有效的显示译码器。 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。 驱动共阳数码管的显示译码器有 7447、74ls47 和 74ls247

42、等。d、c、b、a 为 bcd 码输入端，bi 为隐功能端。bi=1，正常显示：bi=0 字型消隐。lt 为测试端， lt=1 时，正常显示；lt=0 时，显示器显示 8。le 为锁存端，le=0 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。 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

43、 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 cd4511，mc14495，74ls164 等 基于单片机系统的球赛计时计分器的系统构成框图，如下图所示。 at89c51 cd451 复位 晶振 赛程时间设置键盘 cd409 计分显示 队名显 球赛种类切换 74ls21 赛程比分 调整键盘 计时显示 图 1 第三章 基本功能介绍 - 17 - 第三章 基本功能简介 1计时显示：采用七段 led 静态显示方式，用于显示比赛时间。 2cd4511 ：是四七段 bcd 码译码器，可以实现对 bcd

44、码的二进制数译码。 3 cd4094 ：是 8 位移位寄存器，主要完成串行输入，并行输出 8 位数据的功能。 4 计分显示：采用七段 led 静态显示方式，显示比赛双方所得的分数。 5复 位 ：使单片机初始化，所有功能键清 0。 6队名显示：显示比赛双方的队名。 7球赛种类切换键：用于切换各种比赛，以便适应记录各种比赛结果的要求。 8 赛程时间设置键盘：用于设置比赛总时间。 974ls21 ：是四输入与门，用来完成两队的加减分。 10 赛程比分调整键盘：记录比赛双方的所得分。 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。在此设计中共接入 1

45、0 个 7 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 0999 分，足够满足赛程需要。另 外 4 个 led 显示器则用来记录赛程的时间，其中 2 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。计时范围可达到 099 分钟，也完全满足实际赛程的需要。 其次，为了配合计时器和计分器校正，调整时间和比分，我们特定在本设计中设 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。再次，我们还设

46、计了定时报警系统，即比赛时间到 时，我们立即通过扬声器发出报警声，提示整个赛程结束。 江西理工大学专科毕业论文 - 18 - 第四章 系统硬件电路组成 4.14.1 计时电路计时电路 4.1.14.1.1 ledled 结构与原理结构与原理 结构：七段 led 显示器系发光器件的一种。常用的 led 发光器件有两种：数码管 和点阵。数码管内部由 7 个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成，根据各管 的亮暗组合成字符。常见的数码管由 10 个引脚啊。led 有共阴极和共阳极两种。每段 发光二极管需要 510mv 的驱动电流才能正常发光，一般要加限流电阻控制电流大小。 原理：led 数码管的

47、a-g 七个发光二极管。加正电压的发光，加零电压的不能发光， 不同亮暗的组合就能形成不同的字型，这种组合称为字型码。共阳极和共阴极的字型 码是不同的，如下表所示。 段符号 显示 dpgfedcba 共阴 极 共阳 极 0001111113fhc0h 10000011006hf9h 2010110115bha4h 3010011114fhb0h 40110011066h99h 5011011016dh92h 6011111017dh82h 70000011107hf8h 8011111117fh80h 9011011116fh90h a0111011177h88h b011111007ch83h

48、 c0011100139hc6h d010111105eha1h e0111100179h86h 江西理工大学专科毕业论文 - 19 - f0111000171h8eh h0111011076h89h p01110011f3h8ch 可采用硬件译码输出字型码控制显示内容，如采用 74ls48 cd4511 等。也可以用 单片机 i/o 口直接输出字型码控制数码管的显示内容。用单片机驱动 led 数码管有很 多方法，按显示方式分为静态和动态显示。 4.1.24.1.2 ledled 显示器显示方式显示器显示方式 静态显示的特点： 静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送

49、出后， 数码管始终显示该数据，cpu 不再控制 led。到下一次显示时，再传送一次新的显示数 据，静态显示方式的优点显示的数据稳定，无闪烁，占用 cpu 时间少。 静态显示的接口电路采用一个并行口接一个数码管，数码管的公共端按共阳或共 阴极分别接地或接 vcc。这种接法，每个数码管都要单独占用一个并行的 i/o 口，以便 单片机传送字型码到数码管控制数码管的显示。显示其缺点就是当显示位数多时占用 i/o 端口多。另外，数码管静态显示方式中，由数码管始终发光。这样功耗也比较大的。 为了解决静态显示 i/o 口占用过多的问题，可采用接口扩展 led 数码管技术。 4.1.34.1.3 计时电路原理

50、图计时电路原理图 江西理工大学专科毕业论文 - 20 - 4.24.2 计分电路计分电路 4.2.14.2.1 串行口控制寄存器串行口控制寄存器 sconscon scon寄存器用来控制串行口的工作方式和状态，它可以是位寻址。在复位时所 有位被清零，字地址为 98h。如下表所示。 位地址9f9e9d9b9a999897 位符号sm0sm1sm2rentb8rb8tiri scon 各位定义 各位定义如下： sm0 sm1:串行口控制方式选择位 其状态组合所对应的工作方式为： sm0 sm1 工作方式 功能说明 波特率 0 0 0 8 位同步移位寄存器 fosc/12 0 1 1 8 位异步收发

51、 由定时器控制 1 0 2 9 位异步收发 fosc/32 或 fosc/64 1 1 3 9 位异步收发 由控制器控制 sm2:多机通信控制位 因多机通信是在方式 2 和方式 3 下进行的，因此 sm2 主要用于方式 2 和方式 3。当 串行口以方式 2 和方式 3 接收数据时，sm2=1,则只有在接收到的第 9 位数据位 1 时才 接收到的前 8 位数据送人 sbuf,并置为 ri 产生中断请求;否则将接收的前 8 位数据丢失。 而当 sm2=0 时则不论第 9 位数据是 0 还是 1，都将前 8 位数据装入 sbuf 中，并产生中 断请求。在方式 0 时，sm2 必须为 0. ren:允

52、许接收位控制 ren=0 时禁止串行口接收；ren=1 时允许串行口接收。 该位由软件置位或复位。 tb8:发送数据位 在方式 2 和方式 3，tb8 是发送数据的第 9 位，根据发送数据的需求要由软件置位 或复位。它可作为奇偶校验位，也可在多机通信中作为发送地址帧或数据帧的标志位。 多机通信时，一般约定：发送地址帧时，设置 tb8=1；发送数据帧时，设置 tb8=0, 在方式 0 和方式 1 中该位未使用。 江西理工大学专科毕业论文 - 21 - rb8：接收数据位 用于在方式 2 和方式 3 时存放数据接收的第 9 位。它即可是约定的奇偶校验位， 也可以是约定的地址/数据标志位，可根据 r

53、b8 被设置位的情况对接收到的数据进行某 种判断。在多机通信时，若 rb8=1，说明接收的数据为地址帧；rb8=0 时，说明接收的 数据为数据帧。在方式 1 下，若 sm2=0,则 rb8 用于存放接收到的停止位方式；方式 0 下该位没用。 ti:发送中断标志位 用于指示一帧数据发送完否。在方式 0 下，发送电路发送完第 8 位数据时，ti 由 硬件置位；在其他方式下，ti 在发送电路开始发送停止位时置位，这就是说：ti 在发 送前必须由原件复位，发送完一帧后由硬件置位。因此，cpu 查询 ti 状态便可知一帧 数据是否发送完毕。 ri:接收中断标志位 用于指示一帧信息是否接收完。在方式 1

54、下，ri 在接收电路接收到第 8 位数据时 由硬件置位；在其他方式下，ri 是在接收电路接收到停止位的中间位置时置位，ri 也 可提供 cpu 查询，以解决 cpu 是否需要从 sbuf 中提取接收的字符或数据。ri 也由软件 复位。 在进行串行通信时，一帧发送完后，必须由软件来设置 scon 的内容。当由指令改 变 scon 的内容时，改变的内容在下一条指令的第一个周期的 s1p1 状态期间才锁存到 scon 寄存器中，并开始有效。如果此时已开始进行串行发送，那么 tb8 发送去的任是 原有的值而不是新值。 在进行串行通信时，一帧发送完后，发送中断标志置位，向 cpu 请求中断；当已 帧接收

55、完毕时，接收中断标志置位，也向 cpu 请求中断。若有效中断，则进入中断服 务程序。cpu 事先并不能区分中断还 ti 请求中断，只能在进入中断服务程序后，通过 查询来区分，然后进入相应的中断处理。 4.2.24.2.2 电源控制寄存器电源控制寄存器 pconpcon pcon 寄存器主要是为 chmos 型单片机的电源控制设置的专用寄存器，单元地址为 87h，不位寻址。其格式如下图所示。 位序d7d6d5d4d3d2d1d0 位符号smod/gf1gf0pdidl 江西理工大学专科毕业论文 - 22 - pcon 的各位定义 其中，pcon 低 4 位时 chmos 单片机掉电方式控制位：

56、gf1 gf0：通用标志位，由软件置位复位 pd: 掉电方式控制位，pd=1,则进入掉电方式 idl：待机方式控制位，idl=1，则进入待机方式 在 hmos 单片机中，该寄存器中除最高位之外，其他位都是虚设的。最高位 smod 是串 行口波特率的倍增位，在单片机工作方式 1，工作方式 2，工作方式 3 时，当 smod=1 时串行口波特率提高一倍。若 smod=0 时，则波特率不加倍。系统复位时 smod=0。 pcon 是其他各位用于 mcs-51 的电源控制。 4.2.34.2.3 计分电路原理图计分电路原理图 江西理工大学专科毕业论文 - 23 - 第五章第五章 程序调试程序调试 5

57、51 1 程序调试结果程序调试结果 1显示程序（程序见附录）： 六位数码显示正常，没有闪烁。在显示初期第 4 位没有显示，把动态扫描时间调 慢来观察，这时第 4 位是有显示的。在第一位和第二位交替时会在第一位显示第二位， 因为显示第二位时第一位的片选信号并没有撤消。这个时间很短所以在其它位时不容 易出现。知道原因后办法很快想出来了，改一下显示流程。 2功能程序： 各功能正常，能实现系统要求和控制要求。 （附上实物图） 江西理工大学专科毕业论文 24 参考文献参考文献 1 肖洪兵. 跟我学用单片机. 北京：北京航空航天大学出版社,2002.8 2 何立民. 单片机高级教程北京：北京航空航天大学出

58、版社，2001 3 赵晓安. mcs-51 单片机原理及应用. 天津：天津大学出版社，2001.3 4 李广第单片机基础北京：北京航空航天大学出版社，1999 5 徐惠民单片微型计算机原理接口与应用 北京：北京邮电大学出版社，1996 6 周航慈. 单片机应用程序设计技术m. 北京:北京航空航天大学出版社,2002 7 何立民. 单片机应用技术选编m. 北京：北京航空航天大学出版社，1993. 8 刘瑞新. 单片机原理及应用教程m. 北京：机械工业出版社.，2005 9 崔华，蔡炎光. 单片机实用技术m. 北京：清华大学出版社，2001. 10 张毅刚. 单片机原理与应用设计m. 北京：电子工

59、业出版社，2008 11 张毅刚. mcs-51 单片机应用设计m. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997. 12 张毅刚. 单片微机原理及应用m. 西安: 西安电子科技大学出版社, 1994. 13 房小翠. 单片机使用系统设计技术m. 北京: 国防工业出版社, 1999. 14 胡寿松. 自动控制原理m. 北京: 科学出版社, 2005. 江西理工大学专科毕业论文 25 附 录 5 51 1 篮球计时记分器程序篮球计时记分器程序 *- 篮球计时计分器程序-* org 0000h ajmp lk1 ；主程序地址 org 000bh ；定时中断入口地址 ajmp ctco org 0013h

60、 ；外部中断入口地址 ajmp cxt lk1： mov 33h,#00h ；甲队记分清 0 mov 34h,#00h mov 35h,#00h mov 36h,#00h ；乙队记分清 0 mov 37h,#00h mov 38h,#00h mov 40h,#00h ；记时分钟清 0 mov 41h,#00h clr p0.0 mp: clr p2.0 ;计时牌子清零 clr p2.1 ；分分秒秒清 0 clr p2.2 clr p2.3 mov p1,#00h nop nop setb p2.0 setb p2.1 setb p2.2 setb p2.3 江西理工大学专科毕业论文 26 mo