基于單片機控制的籃球計時計分器畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 。 在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數器，串口和中斷系統仍在工作。在掉電模式 下，保存 RAM 的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止 [6]。 掉電模式 在掉電模式下，振蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執行的指令，片內 RAM和特殊功能寄存器的內容在終止掉電模式前被凍結。推出掉電模式的唯一方法是硬件復位。復位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變 RAM中的內容，在 VCC 恢復到正常工作電平前，復位應無效，且必須保持一定時間以使振蕩器重新啟動并且穩定的工作 [5]。 專 科畢業設計說明書（論文） 第 13 頁 共 40 頁 表 23 外部引腳狀態表 模式 空閑模式 空閑模式 掉電模式 掉電模式 程序存儲器 內部 外部 內部 外部 ALE 1 1 0 0 /PROG 1 1 0 0 P0 數據 浮空 數據 浮空 P1 數據 數據 數據 數據 P2 數據 數據 數據 數據 P3 浮空 浮空 數據 數據 程序儲存器的加密 AT89C51 可使用對芯片上的三個加密位 LB LB LB3[2]進行編程（ P） 或者不進行編程（ U）。當加密位 LB1 被編 程時，在復位期間， EA 斷的邏輯電平被采樣并鎖存，如果單片機上電后一直沒有服位，則鎖存起的初始值是一個隨機數，這個隨機數會保存到真正復位為止 [5]。 顯示器及其接口 顯示器介紹 顯示器是最常用的輸出設備，其種類繁多，但在單片機系統設計中最常用的是發光二極管顯示器（ LED）和液晶顯示器（ LCD）兩種。由于這兩種顯示器結構簡單，價格便宜，接口容易實現，因而得到廣泛的 應用。液晶顯示器分很多種類，按顯示方式可分為段式，行點陣式和全點陣式。段式與數碼管類似，行點陣式一般是英文字符，全點陣式可顯示任何信息， 如漢字、圖形、圖表等 [4]。 兩者之間的 區別： （ 1）二極 本身發光， 液晶本身不發光，只是透射光。 （ 2） 二極管體積大，圖像質量一般，適合作室外大屏幕，價格較低。液晶成本較高，面積無法做得很大，但圖像質量很好，適合做顯示器。 專 科畢業設計說明書（論文） 第 14 頁 共 40 頁 （ 3）二 極管耗電大，液晶耗電小 。 （ 4） 二極管圖像刷新率低，液晶的高 結構與原理 圖 22 7 段 LED數碼管 如 圖 22， LED 顯示器又稱為數碼管， LED 顯示器由 8 個發光二極管組成。中 7個長條形的發光管排列成“日”字形，另一個賀點形的發光管在顯示器的右下角作為顯示小數點用，它能顯示各種數字及部份英文字母。 LEDD 顯示器有兩種不同的形式：一種是 8個發光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極 LED顯示器；另一種是 8個發光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極 LED 顯示器 [1]。 如圖 23所示。 圖 23 共陰與共陽極 LED顯示器 LED 顯示器顯示 方式 點亮 LED 顯示器有兩種方式：一是靜態顯示；二是動態顯示。在本次設計中，采用的是靜態顯示。 這種電路的優點在于：在同一時間可以顯示不同的字符；但缺點就是占用端口資源較多。從下圖可以看出，每位 LED 顯示器需要單獨占用 8 根端口線，因此，專 科畢業設計說明書（論文） 第 15 頁 共 40 頁 在數據較多的時候，往往不采用這種設計，而是采用動態顯示方式 [3]。 所謂動態顯示，就是將要顯示的多位 LED 顯示器采用一個 8 位的段選端口，然后采用動態掃描一位一位地輪流點亮各位顯示器。 圖 24 為 4 位 LED顯示器動態顯示電路。 圖 24 動態顯示圖 CD4094 芯片介紹 在本次設計的計分電路中，我們使用集成電路 CD4094。 CD4094 是 8位移位寄存器，它主要完成串行輸入，并行輸出 8 位數據的功能，所以又叫 8 位串 /并轉換器。 圖 25為 CD4094 的引腳圖： 圖 25 CD4094引腳分布圖 74LS21 芯片介紹 本次設計中的比分校正電路 采用四輸入與門 74LS21 來實現。 74LS21 是雙 4GN D GN D GN D8 根段馬線8 根段馬線8 根段馬線8 根段馬線端口 4端口 3端口 2端口 1GN D專 科畢業設計說明書（論文） 第 16 頁 共 40 頁 輸入與門 。在 一個 芯 片里有兩個相同的單元，其中一個任何一個都是 1/2 斷口。同型號的 74 系列、 74HC 系列、 74LS 系列芯片，邏輯功能上是一樣的。 表 24 為7 74HC、 74LS 系列芯片資料 [8]。 表 24 7 74HC、 74LS相關資料表 系列 電平 典型傳輸延遲 ns 最大驅動電流 AHC CMOS 8/8 AHCT COMS/TTL 8/8 HC COMS 25 8/8 HCT COMS/TTL 25 8/8 ACT COMS/TTL 10 24/24 F TTL 15/64 ALS TTL 10 15/64 LS TTL 18 15/24 報警器 報警器的分類 蜂鳴器有兩類 3大品種 。一 類是壓電式，一類是電磁式，電磁式又有兩大品種，鐵振膜式和動圈式，二者原理一樣只是結構不同。所有蜂鳴器都有兩種類型：純蜂鳴器和帶驅動的蜂鳴器，蜂鳴器都是用音頻信號驅動的 ， 都 是交流驅動 。 報警器工作原理 報警器的種類很多，比如：揚聲器，蜂鳴器等，本次設計采用的是電磁式蜂鳴器作為報警器。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、震動膜片以及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產生的音頻信號通過電磁線圈，使得電磁線圈產生了一個磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性的振動發聲 [2]。 專 科畢業設計說明書（論文） 第 17 頁 共 40 頁 第三章 硬件電路設計 系統硬 件由以下幾個部分組成： （ 1）單片機 AT89C51 （ 2）計時電路 （ 3）計分電路 （ 4）按鍵開關 說明：整個系統只用一片 AT89C51；在圖中將計時電路與計分電路分開畫，只是為了能夠更好的更清晰的說明問題；并且在整個畫圖過程中將 AT89C51 引腳打亂是為了使圖示能夠更加的清晰明了 [7]。 系統方案設計 系統構成框圖 基于單片機系統的籃球賽計時計分器的系統構成 框圖如圖 31 所視。 計 時 顯 示C D 4 5 1 1AT89C51C D 4 5 1 1計 分 顯 示復 位晶 振賽 程 時 間設 置 鍵 盤7 4 L S 2 1賽 程 比 分調 整 鍵 盤 圖 31 系統構成圖 本系統采用單片機 AT89C51 作為本設計的核心元件。利用 7 段共陰 LED 作為顯示器件。在本次設計中，共接入十個七段共陰 LED 顯示器，其中 6 個用于記錄 甲、乙兩隊的分數，每隊 3 個 LED 顯示器分數范圍可達到 0— 99 分，足夠滿足賽程需要。另外 4個 LED 顯示器則用于記錄賽程的時間，其中兩個用于顯示分鐘；2個用于顯示秒鐘。賽程計時采用倒計時方式。即比賽前將時間設置好，比賽開始時啟動計時，直至計時到零為止。根據設計，計時范圍可達 0— 99 分鐘，也完全滿足賽程的需要。 專 科畢業設計說明書（論文） 第 18 頁 共 40 頁 其次，為了配合計時器和計分器校正、調整時間和比分，特在本 設計中設立了 7個按鍵。其中 4個用于輸入甲、乙兩隊的分數；另外 3個則用于完成設置、調整、啟動和暫停賽程時間等功能 [6]。 器件選擇 本系統在設計的過程中主要選取了以下一些器件： 單片機： AT89C51 四一七段 BCD 譯碼芯片： CD4511 并行 / 串行轉換芯片： CD4094 四輸入與門： 74LS21 顯示器件： 7 段共陰 LED 顯示器 按鍵：歐姆龍按鍵 硬件總體設計 這次設計的核心是：如何運用 AT89C51 單片機， CD451 譯碼芯片， CD4094 8位移位寄存器。 7 段共陰 LED 顯示數碼管等電子元件完成顯示設計在電路上的實現 [8]。 從理論上說，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形和文字的各個點所在位置對應的 LED器件發光，就能得到結果。 本次設計采用的是靜態驅動方式。 所謂靜態驅動，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的 I/O 接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數據時，再發送新的字形碼，因此 ，使用這種方法單片機中 CPU 的開銷小 [4]。 這種電路的優點在于：在同一時間可以顯示不同的字符；但缺點就是占用端口資源較多 [3]。 計時電路部分 專 科畢業設計說明書（論文） 第 19 頁 共 40 頁 振蕩電路 本次設計要使用到 AT89C51 單片機的時鐘振蕩功能。 AT89C51 中有一個用于構成內部震蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或者 陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器 [1]。 振蕩電路如 圖 32 所示 圖 32 時鐘振蕩電路 專 科畢業設計說明書（論文） 第 20 頁 共 40 頁 圖 33 外部時鐘電路 專 科畢業設計說明書（論文） 第 21 頁 共 40 頁 圖 34 系統總體電路 專 科畢業設計說明書（論文） 第 22 頁 共 40 頁 圖 35 計時電路原理圖 專 科畢業設計說明書（論文） 第 23 頁 共 40 頁 計時電路的工作原理 計時電路如圖 35 所示，主要由開關 K5K7，單片機 AT89C51，譯碼器以及LED 顯示器構成。 其工作過程如下： 當比賽準備開始的時候，當調時（十位）開關 K5 按下時，產生一個低電平；立即數 00H取出，同時對應調分（十位）控制端 的 LE 輸出高電平，表示此時可以向調分（十位）的 CD4511 發送數據，但 CD4511 的輸出端不會有輸出，因為 LE=1 時， CD4511 鎖存。 這時，只要將要顯示數據的代碼經過 P1口的 CD4511的輸入端 A~~D端，送完后，將 LE清零。這時便可以將要顯示 數據的代碼經過 CD4511 譯碼后，從輸出端 a~~g 輸出，送 LED 顯示器顯示即可。調時按鍵開關每按一次，數字自動加 1，直到調到需要設置的時間即 [2]。 計分電路部分 8051 系列單片機除了有 4 個 8 位并行口外，還有一個能同時進行串行發送和接收的全雙工串行通信口。它能同時發送和接收數據，還能作為同步移位寄存器使用。球賽計分電路正是利用了 8051 單片機串行口可以外接串行輸入并行輸出移位寄存作用為輸出口來實現球賽比分刷新顯示的 [9]。 串行接口工作原理 MCS51 系列單片機片內有一個串行 I／ O 端口，通過引腳 RXD(P3． 0)和TXD(P3． 1)可與外設電路進行全雙工的 串行異步通信 [12]。 8051單片機的串行端口有 4種基本工作方式，通過編程設置，可以使其工作在任一方式，以滿足不同應用場合的需要。其中，方式 0主要用于外接移位寄存器，以擴展單片機的 I／ O 電路；方式 1 多用于雙機之間或與外設電路的通信；方式 2， 3除有方式 l 的功能外，還可用作多機通信，以構成分布式 多微機系統。