单片机原理及应用课程设计篮球比赛计分器

1、课 程 设 计 2011 年 3 月 18 日 课 程 单片机原理及应用课程设计 题 目 篮球比赛计分器 院 系 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 课程 单片机原理及应用课程设计 题目 篮球比赛计分器 专业班级 姓名 学号 一、设计目的：训练学生综合运用己学课程的基本知识，独立进行单片机应用技术开发工作，掌握 单片机程序设计、调试，应用电路设计、分析及调试检测。 二、设计要求： 1. 应用 mcs-51 单片机设计一个篮球比赛计分器； 2. 能显示 2 个队的当前比分；根据各自得分情况进行加 1， 2，3 分； 3. 硬件设计根据设计的任务选定合适的单片机，根据控制对象设计接口电路。设计

2、的单元电 路必须有工作原理，器件的作用，分析和计算过程； 4. 软件设计根据电路工作过程，画出软件流程图，根据流程图编写相应的程序，进行调试并 打印程序清单； 5. 原理图设计根据所确定的设计电路，利用 protel 等有关工具软件绘制电路原理图、pcb 板 图、提供元器件清单。 三、参考资料： 1 单片微型计算机与接口技术，李群芳、黄建编著，电子工业出版社； 2 单片机原理及应用，张毅刚编著，高等教育出版社； 3 51 系列单片机及 c51 程序设计，王建校，杨建国等编著，科学出版社； 4 单片机原理及接口技术，李朝青编著，北京航空航天大学出版社； 完成期限 2011.3.142011.3.

3、18 指导教师 专业负责人 2011 年 3 月 18 日 目 录 第 1 章 概 述 .1 第 2 章 设计分析 .1 2.1 功能分析.1 2.2 方案论述.1 第 3 章 系统详细设计 .1 3.1 硬件设计.2 3.1.1 单片机模块.2 3.1.2 按键模块 .3 3.1.3 数码显示模块 .4 3.2 软件设计.5 第 4 章 系统仿真与实验测试 .8 4.1 系统仿真.8 4.2 实验测试.9 第 5 章 结 论 .10 参考文献 .11 附录 1 控制源代码.12 附录 2 硬件总电路图.14 第第 1 1 章章 概述概述 单片机原理与应用是电子信息工程专业的一门重要专业课，对

4、应用能力和动 手能力要求很高，课程设计环节是学生学习该课程后进行的一项必不可少的基本训练。 并于大三下学期暑假进行，本人所选的课题是篮球赛计分器。 本课题以增强型单片机 at89c51 为核心，设计制作篮球比赛计分器。针对篮球比 赛中有得 1、2、3 分，有时还会出现加分错误的情况，本人设计的简易篮球赛计分器 主要通过按键实现以下功能：能够进行加 1、2、3 分；能够进行减 1 分。并通过 3 个 数码管进行显示。 第第 2 章章 设计分析设计分析 2 2.1.1 功能分析功能分析 根据前面的设计的任务的要求，本设计任务主要具有以下几个模块：单片机模块； 按键模块；数码显示模块。本设计由单片机

5、模块部分植入主程序，通过按键部分进行 加 1、2、3 分以及减 1 分操作，最终在 3 个 led 数码管上显示结果。 2.22.2 方案论述方案论述 本系统是以 c 语言作为编辑语言，采用单片机 at89c51 作为本设计的核心元件， 。利用 7 段共阳 led 作为显示器件。在此设计中共接入了 3 个 7 段共阳 led 显示器， 分别表示个位，十位，百位用于记录该队的分数， 3 个 led 显示器显示范围可达到 0999 分，能够满足篮球比赛的需要。并设置有 4 个按键：k1，k2,k3,k4。当比赛队 得 1 分时，按下 k1 键加 1 分，得 2 分时按 k2 键加 2 分，得 3

6、分时按下 k3 键加 3 分。 如分数计错需减分时，每按一次 k4 键减 1 分。 因所设计的篮球赛计分器功能较少，电路结构也相对简单。所以在选材方面也不 多。由于按键要求不是很高，因此选材只有两个部分：单片机部分和显示部分。 本次课程设计选用的芯片为 at89c51，显示部分用的是 led 数码管显示。 第第 3 章章 系统详细设计系统详细设计 本次课程设计主要分为 2 个主要的部分进行：硬件和软件。首先进行的是硬件的 选材和电路图的连接，然后再进行程序的编写。 3.1 硬件设计硬件设计 由于本次课程设计的简易篮球计分器功能比较简单，所以选择的器件也比较少， 主要有 4 个按键，1 个 at

7、89c51，3 个共阳的数码显示管，因此本课题的硬件设计部分 划分为 3 个模块：单片机模块；按键模块；数码显示模块。系统的总电路图见附录 2（总电路原理图） 。 3.1.1 单片机模块单片机模块 单片机是在一块芯片中集成了 cpu、ram、rom、定时/计数器和多功能 i/o 口 等计算机所需要的基本部件的大规模集成电路，又称 mcu。 如果说 c 语言程序设计课程设计的基础课，那么 at89c51 单片机以其系统硬件构 架完整、价格低廉、学生能动手等特点，成为工科学生硬件设计基础课。 at89c51 是 51 系列单片机的一个增强型号，它是 atmel 公司生产的。at89c51 是一个低

8、电压，高性能 cmos 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 flash 只读 程序存储器和 256 bytes 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 mcs-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处 理器和 flash 存储单元，功能强大的 at89c51 单片机可为您提供许多较复杂系统控制 应用场合。 at89c51 有 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，3 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，2 个读写口线，at89c51 可以按照常规方

9、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 本设计 p1 口接四个开关，分别作为比分+1、+2、+3、1 分的控制按键；p0、p2 口和 p3 口分别按静态接口方法接两个数码管来显示比分。本次课程设计采用的是增强 型 at89c51 单片机。其管脚图如图 1 所示。 图 1 单片机模块图 本次设计用到了其中的 p0,p1,p2,p3 口，分别用于百位，开关，个位，十位 。各 管脚的功能和用法如下述。 p0 口：p0 口为一个 8 位漏极开路双向 i/o 口，当作输出口使用时，必须接上拉电 阻才能有

10、高电平输出；当作输入口使用时，必须先向电路中的锁存器写入“1” ，使 fet 截止，以避免锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。 p1 口：p1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，它不再需要多路转接电 路 mux；因此它作为输出口使用时，无需再外接上拉电阻，当作为输入口使用时，同 样也需先向其锁存器写“1” ，使输出驱动电路的 fet 截止。 p2 口：p2 口电路比 p1 口电路多了一个多路转接电路 mux，这又正好与 p0 口一 样。p2 口可以作为通用的 i/o 口使用，这时多路转接电路开关倒向锁丰存器 q 端。 p3 口：p3 口特点在于，为适应引脚信号第二功能的需要

11、，增加了第二功能控制逻 辑。当作为 i/o 口使用时，第二功能信号引线应保持高电平，与非门开通，以维持从 锁存器到输出端数据输出通路的畅通。当输出第二功能信号时，该位应应置“1” ，使 与非门对第二功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出。 其中 p1 的 14 脚分别接上开关 k1k4，p0 的 3639 脚接上上拉电阻和数码显示 的百位，p2 的 2124 脚接数码显示的个位，p3 的 1013 脚接数码显示的十位。vcc 脚和 xtal 分别接上 5v 电源和 12m 的晶振。 3.1.2 按键模块按键模块 根据设计要求，该篮球赛计分器共有 4 个按键：k1、k2、k3、k4，

12、分别实现的 功能是加 1、2、3 分和减 1 分。k1 与 p1 的 1 脚相连，k2 与 p1 的 2 脚相连，k3 脚与 p1 的 3 脚相连，k4 键与 p1 的 4 脚相连，4 个按键共用一个地端，如图 2 所示。 3.1. 3 数数 码码显显 示示模模 块块 本设计 显示部分采用的是 7 段共阳 led 数码管显示，led 就是发光二极管，相对 let 来说 它的优势在于节能环保，保护视力，使用寿命长等优点。数码管实际上是由 7 个发光 管组成 8 字形构成的，加上小数点就是 8 个。我们分别把他命名为 a,b,c,d,e,f,g,h， 如图 3 所示。 图 3 数码管结构图 假设要

13、显示一个数字 2, 那么 a、b、g、e、d 这 5 个段的发光管亮就可以了， c、f、h 不亮，同时由于接法为共阳接法，那么为低电平是亮，为高电平是灭。从高 往低排列， p1.7-p1.0 写成二进制为 01111110， 把它转化为 16 进制则为 a2h。 数码管的接口有静态接口和动态接口两种。 动态接口采用各数码管循环轮流显示的方法，当循环显示的频率较高时，利用人 眼的暂留特性，看不出闪烁显示现象，这种显示需要一个接口完成字形码的输出，另 一接口完成各数码管的轮流点亮。 静态接口为固定显示方式，无闪烁，其电路可采用一个并行口接一个数码管，数 码管的公共端按共阳接 vcc，本次课程设计由

14、于所需数码管较少，故可用这种方法接 图 2 按键模块图 线。这种接法占用接口多，仅能接少量数码管。 本次课程设计的比分范围是 0999,所以采用的 3 个 7 段共阳 led 来显示，分别显 示个位十位百位，其中 p2 显示个位，p3 显示十位，p0 显示百位。由于 p0 没有内置电 阻，因此在使用时需外接一个上拉电阻。如图 4 所示。 3.23.2 软件软件设计设计 篮球比赛计分器其实就是一个计数器，本次课程设计就是利用单片机中的定时/计 数器来实现其计分的功能。在 52 单片机中有两个 16 位的定时/计数器 t0,t1，分别由 th0、tl0 和 th1、tl1 组成，它们均是 8 位寄

15、存器，在特殊功能寄存器中占地址 8ah-8dh。它们用于存放定时或计数的初始值。此外，内部还有一个 8 位的方式寄存 器 tmod 和一个 8 位的控制寄存器 tcon。用于选择和控制定时/计数器的工作。其格 式见下面两表： 表 1 方式控制寄存器 tmod gatec/tm1m0gatec/tm1m0 门控开关计数/定时方式选择门控开关计数/定时方式选择 图 4 数码管显示模块图 表 2 控制寄存器 tf1tr1tf0troie1it1ie0it0 t1 请 求 有/无 t1 工作 启/停 t0 请求 有/无 t0 工作 启/停 int1 请求 有/无 int1 方式 下沿 int1 请求

16、有/无 int1 方式 下沿 篮球比赛计分器利用单片机的计数器进行工作，计数器对脉冲电平进行加 1 计数， 直至计满回零。作为可编程器件，单片机中的定时/计数器初始化编程步骤如下： 根据定时时间要求或计数要求计算计数器初值； 将工作方式控制字写入 tmod 寄存器； 将计数初值写入 thx 和 tlx 寄存器； 启动定时器/计数器，即将 trx 置位。 如果工作于中断方式，需置位 ea（中断总开关）及 etx（允许定时/计数器中断） ， 并编写中断服务程序。 本次课程设计程序是用 c 语言编写的，因为设计的功能较为简单，所以程序中只 用到一个主程序就实现了其功能。程序的系统流程图如图 5。控制

17、源程序见附录 1. 图 5 系统程序流程图 第第 4 4 章章 系统仿真与实验测试系统仿真与实验测试 4.14.1 系统仿真系统仿真 本次课程设计用到的仿真软件有 protues 和 keil uvision。在用 protues 进行仿真之 前，先要用 keil uvision 软件将我们编写好的汇编程序编译。具体方法是先新建一 项目，之后输入编写的程序，输入完成后保存然后执行项目、编译，在目标文件夹内 生成编译好的程序文件，其中*.hex 文件就是我们所需要的目的文件，在之后电路设 计好后用于导入 at89c51 中执行其功能。然后在生成*.hex 文件后，进入 protues 软 件，此

18、时软件已自动打开一新建项目。我们可直接在其中构建电路图，点击板面左侧 按键 p，在弹出的 pick devices 对话框中进行元器件的选择，元器件都找到后，先进行 排版再按照电路图连接，连接好后，双击 at89c51 在弹出对话框中选择单片机中要输 入的程序，在输入程序后，即可开始进行仿真了，选择执行后点击开关可观察到数码 管亮，并能实现加 1、加 2、加 3、减 1 功能。仿真效果如图 6 图 6 仿真效果图 4.24.2 实验测试实验测试 打开 proteus 上的单片机控制步进电机电路图，点击 at89c51 单片机，调用后 缀名为.”hex”的文件。点击运行，观察现象，3 个数码管均

19、显示为 0。如图 7 所示。 然后进行了如下操作：当按下 k1 键，从左往右（后同）的第 3 个数码管显示 1， 再按下 k2 键，第 3 个数码管显示 3，按下 k3 键，第 3 个数码管显示 6，再按下 k4 键， 第 3 个数码管显示 5，与设计的要求相符。显示 5 的仿真图如图 8 所示. 图 7 初始值为 0 的仿真图 经过多次反复测试，本系统已能达到设计所要求的所有功能。 第第 5 5 章章 总结总结 这次课程设计历时一个星期多左右，通过这一个星期的学习，发现了自己的很多 不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的 能力还急需提高。 在这期的学习中，

20、虽然在理论上对单片机有了简单基本的了解，但是在真正的动 手操作中还是存在很多的不足，这些个不足有体现在自己的粗心大意上，更多的是对 知识的应用上能力有所欠缺，以至完成这样一个简单的设计花费了不少时间。但是最 终通过自己的努力，查阅资料，询问同学，完成了这次的单片机的设计，在以后的学 习中我也会更多的重视自己理论和实践的结合能力，提高自身综合能力。在这次单片 机课程设计中使我对 at89c51 单片机有了更深的了解，单片机的种类多，而型号杂， 这也是我们学习中的困难，所以平时我们的学习应该多动手。单片机编程既可以用 c 语言也可用汇编语言，其中最重要的环节就是我们要敢于去写，敢于挑战，不怕犯错，

21、 图 8 值为 5 的仿真图 然后就是多调试。 在这次简易篮球赛计分器的设计中，由于本人的能力有限，所以还有很多需待改 进的地方，比如能显示 2 个球队的比分以及时间的显示，利用数码管的动态显示来显 示比分，时间等等。 最后，我还要感谢在此次课程设计中帮助过我的老师和同学。特别是肖老师的细 心指导和与我同组的同学，在他们的鼎力帮助我才能顺利的完成了本次课程设计。 参考文献参考文献 1肖洪兵. 跟我学用单片机m. 北京：北京航空航天大学出版社,2005.8 2何立民. 单片机高级教程m北京：北京航空航天大学出版社，2007 3吴秀清. 微型计算机原理与接口技术m. 北京：中国科学技术出版社， 2008.6 4李广第 微机原理与接口技术m湖南：湖南湖南大学出版社，2006 5唐颖 单片机原理与应用m北京：北京大学出版社，2008 附录附录 1 1 控制源程序控制源程序 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int 初始化 sbit p10=p10; 按键 k1 sbit p11=p11; 按键 k2 sbi