單片機籃球計時計分器課程設計

1、<p><b>　　單片機課程設計報告</b></p><p><b>　　籃球計時計分器</b></p><p>　　姓 名： ××× </p><p>　　學 號： ×××××

2、 </p><p>　　專業班級： ×××× </p><p>　　指導老師： ××× </p><p>　　所在學院：××××××××××

3、 </p><p>　　2007年6月30日</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　籃球比賽計時計分器是為了解決籃球比賽時計分與計時準確的問題。此裝置利用單片機AT89C51完成了計時和計分的功能。該設計將介紹系統硬件與軟件的設計過程，采用該裝置可根據實際情況進行比分修改和時間的準確顯示，具有低功耗，可靠性，安全

4、性以及低成本等特點。</p><p><b>　　1.1背景知識介紹</b></p><p>　　單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。</p>

5、<p>　　單片機自20世紀70年代問世以來，以極其高的性價比受到人們的重視和關注，所以應用很廣，發展很快。單片機的優點是體積小、重量輕、抗干擾能力強，對環境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，開發較為容易。例如，80C51系列單片機已有十多年的生命期，如今仍保持著上升的趨勢，就充分證明了這一點。單片機以其一系列優點，近幾年得到迅猛發展和大范圍推廣，廣泛應用于工業控制系統，數據采集系統、智能化儀器儀表，及通訊設備、日常消費

6、類產品、玩具等。并且已經深入到工業生產的各個環節以及人民生活的各層次中，如車間流水線控制、自動化系統等、智能型家用電器等。而美國ATMEL公司開發生產了新型的8位單片機——AT89系列單片機。他不但具有一般MCS-51單片機的所有特性，而且還擁有一些獨特的優點，此次設計中所用到的AT89C51就是其中典型的代表。</p><p>　　單片機內部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內存，并行總線，還有和硬盤作用相

7、同的存儲器件，用它來做一些控制電器一類不是很復雜的工作足矣了。我們現在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影。    </p><p>　　單片機是靠程序實現功能的，并且可以修改。通過不同的程序實現不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能。一個不是很復雜的功能要是用美國50年代開發的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件的話，電路一定

8、是一塊大PCB板。但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結果就會有天壤之別。只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現高智能，高效率，以及高可靠性。 </p><p><b>　　1.2 設計目的</b></p><p>　　隨著單片機在各個領域的廣泛應用，許多用單片機做控制的球賽計時計分系統也應運而產生，如用單片機控制LCD液晶顯示器計時計分器，用單片機控

9、制LED七段顯示器計時計分器等。</p><p>　　本設計用由AT89C51編程控制LED七段數碼管作顯示的球賽計時計分系統。該系統具有賽程定時設置，賽程時間暫停，及時刷新甲、乙雙方的成績以及賽后成績暫存等功能。它具有價格低廉，性能穩定，操作方便并且易于攜帶等特點。廣泛適合各類學?；蛘咝⌒蛨F體作為賽程計時計分。</p><p>　　通過本次基于C51系列籃球計時計分器的設計，可以了解、熟

10、悉有關單片機開發設計的過程，并加深對單片機的理解和應用以及掌握單片機與外圍接口的一些方法和技巧，這主要表現在以下一些方面：</p><p>　　(1) 籃球賽計時計分系統包含了8051系列單片機的最小應用系統的構成，同時在此基礎上擴展了一些使用性強的外圍接口。</p><p>　　(2) 可以了解到LED顯示器的結構、工作原理以及這種顯示器的接口實例與具體連接與編程方法。</p>

11、;<p>　　(3) 怎樣利用串行口來擴展顯示接口等。</p><p><b>　　1.3功能要求</b></p><p>　?。?）能記錄整個賽程的比賽時間，并能在比賽開始前設定比賽時間，在比賽過程中能暫停比賽時間。</p><p>　?。?）能隨時刷新甲、乙兩隊在真個賽程中的比分，即對甲乙兩隊的分數進行加分和減分。</p

12、><p>　?。?）中場交換比賽場地時，能交換甲、乙兩隊比分的位置。</p><p>　?。?）比賽結束時能發出報警提示。</p><p>　?。?）在每次交換球權后24秒能手動賦初值，進攻超過24秒計時暫停知道按下繼續開始計時。</p><p>　　1.4硬件系統方案設計</p><p>　　基于單片機系統的籃球記時記分

13、器的系統結構如圖1.1</p><p>　　圖1.1 籃球記時記分器的系統結構</p><p>　　系統硬件由以下三個部分組成：</p><p>　?。?）處理器：單片機 AT89C51</p><p><b>　?。?）顯示部分</b></p><p><b>　?。?）按鍵開關&l

14、t;/b></p><p>　　處理器：本系統采用單片機AT89C51作為本設計的核心元件，兼容MCS—51指令系統，32個雙向I/O口，兩個16位可編程定時/計數器，1個串行中斷，兩個外部中斷源，低功耗空閑和掉電模式，4k可反復擦寫(>1000次）Flash ROM，全靜態操作0-24MHz，128x8bit內部RAM，共6個中斷源，足以滿足本次設計的要求。</p><p>

15、　　顯示部分：在本次設計中，共接入12個七段共陰LED顯示器，其中6個用于計錄甲、乙兩隊的分數，每隊3個LED顯示器分數范圍可達到0—999分，足夠滿足賽程需要。另外的6個LED顯示器則用于計錄賽程的時間。分、秒、進攻時間，各用2個用LED顯示。其中顯示分鐘的兩位數字和顯示進攻時間的四個LED可以通過按鍵進行調整設定。當把時間設置好后，按下開始計時按鍵比賽開始時啟動計時。分鐘和進攻時間可以設置的范圍為0—99。根據設計，計時范圍可達0—

16、99分鐘，進攻時間最大為99秒也完全滿足賽程的需要。</p><p>　　按鍵部分：本次設計共用了10各按鍵。其中4各來調整甲乙兩隊的分數，每個隊用兩個按鍵，分別對分數進行加1分和減1分；2各按鍵用來設定比賽時間的分鐘，其中這兩個按鍵分別控制分鐘的十位和個位；同樣兩個按鍵來設定進攻時間的十位和個位；剩下的兩個按鍵一個用來控制比賽時間的開始與暫停，另外一個用來控制進攻時間，當按下比賽開始暫停按鍵時，比賽的時間有原來

17、的狀態變為另一種狀態，進攻調整按鍵則是在交換球權的時候，手動來賦予進攻時間初值。</p><p>　　當一場比賽結束的時候，暫停/開始按鍵還能完成交換兩隊分數的功能。</p><p><b>　　1.5軟件設計要求</b></p><p>　　一、在上電點時，先對系統初始化。等待時間設定。</p><p>　　二、當時間

18、設定完成之后，按下開始鍵，系統顯示分值和比賽時間。</p><p>　　三、進攻時間由設定值減到0時。整個體統暫停計時，直到開始鍵重新按下。進攻時間重新賦值，開始繼續計時。</p><p>　　四、當按下暫停按鍵時，進攻時間賦初值，停止計時，等待繼續計時鍵按下。</p><p>　　五、倒計時結束時，發出10秒警報。</p><p>　　六、

19、在整個計時過程中，都可以對甲乙兩隊分數進行修改。</p><p><b>　　2 系統硬件設計</b></p><p>　　2.1單片機AT89C51介紹</p><p>　　MCS-51是指由美國INTEL公司生產的一系列單片機的總稱，這一系列單片機包括了很多品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051

20、是最早最典型的產品，該系列其它單片機都是在8051的基礎上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機，而8031是前些年在我國最流行的單片機，所以很多場合會看到8031的名稱。</p><p>　　AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用AT

21、MEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，內置功能強大的微型計算機的AT89C51提供了高性價比的解決方案。</p><p>　　AT89C51具有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。AT89C51也是一個低功耗高性能單片機，有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通

22、信口，AT89C51可以按照常規方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發成本。如圖所示，圖2.1為AT89C51單片機基本構造，其基本性能介紹如下：</p><p>　　圖2.1 AT89C51引腳圖</p><p><b>　　2.1.1管腳說明</b></p>&

23、lt;p><b>　　VCC：供電電壓</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸

24、入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個內

25、部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時

26、接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：</p><p>

27、　　表2.1 AT89C51特殊功能表</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。     RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。</p><p>　　ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖

28、。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ALE禁止，置位無效。    /PSEN：外部程序存儲器

29、的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。</p><p>　　/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源

30、（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來MCS-51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。 </p><p>　　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

31、，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。串行端口有兩個控制寄存器(SCON和PCON)，用來設置工作方式、發送或接收的狀態、特征位、數據傳送的波特率(每秒傳送的位數)以及作為中斷標志等。</p><p>　　串行端口有一個數據寄存器SBUF(在特殊功能寄

32、存器中的字節地址為99H)，該寄存器為發送和接收所共同。發送時，只寫不讀；接收時，只讀不寫。在一定條件下，向SBUF寫入數據就啟動了發送過程；讀SBUF就啟動了接收過程。串行通信的波特率可以程控設定。在不同工作方式中，由時鐘振蕩頻率的分頻值或由定時器T1的溢出率確定，使用十分方便靈活自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　2.1.2 芯片擦除特性</p><p>　　整個PEROM陣列和

33、三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節被重復編程以前，該操作必須被執行。</p><p>　　2.1.3 AT89C51省電模式</p><p>　　AT89C51有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是空閑模式和掉電工作模式。這兩種方式是控制專用寄存器PCON（電源控制寄存器）中的PD（

34、PCON.1）和IDL（PCON.0）位來實現的。PD是掉電模式，當PD=1時，激活掉電工作模式，單片機進入掉電工作狀態，IDL是空閑等待狀態，當IDL=1時，激活空閑工作模式，單片機進入睡眠狀態，如需同時進入兩種工作模式，即PD和IDL同時為1，則先激活掉電工作模式。</p><p><b>　　空閑模式：</b></p><p>　　在空閑工作模式狀態，CPU保持

35、睡眠狀態而所有片內的外設仍保持激活狀態，這種方式由軟件產生。此時，片內RAM和所有特殊功能寄存器的內容保持不變?？臻e模式可由任何允許的中斷請求或者硬件復位終止。</p><p>　　終止空閑工作模式的方法有兩種</p><p>　　其一是任何一條被允許中斷的事件被激活，IDL（PCON.0）被硬件清除，即刻終止空閑工作模式。程序會首先響應中斷，進入中斷服務程序，執行完中斷服務程序并緊隨RE

36、TI（中斷返回）指令后，下一條要執行的指令就是使單片機進入空閑模式那條指令后面的一條指令。</p><p>　　其二是通過硬件復位也可以將空閑工作模式終止。需要注意的是，當由硬件復位來終止空閑工作模式時，CPU通常是從激活模式那條指令的下一條指令開始繼續執行程序的，要完成內部復位操作，硬件復位脈沖要保持兩個機器周期（24個時鐘周期）有效，在這種情況下，內部禁止CPU訪問片內RAM，而允許訪問其他端口。為了避免對端

37、口產生意外寫入，激活空閑模式的那條指令的后一條指令不應是一條對端口或者外部存儲器的寫入指令。</p><p><b>　　掉電模式：</b></p><p>　　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。</p><p>　　

38、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。</p><p>　　空閑和掉電模式外部引腳狀態如表2.3所示</p><p>　　表2.2 外部引腳狀態表</p><p>　　2.1.4最小系統設計</p><p>　　通過上面對單片機

39、的介紹，我們已經對單片的功能有了充分的了解。下面就以AT89C51單片機來設計該設計中的核心部分——最小系統。</p><p>　　單片機最小系統,或者稱為最小應用系統,是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統。對51系列單片機來說，最小系統一般應該包括：單片機、晶振電路、復位電路。下面給出一個51單片機的最小系統電路圖。</p><p>　　圖2.2 單片機最小系統</p>

40、<p>　　復位電路：由電容串聯電阻構成。由圖并結合"電容電壓不能突變"的性質，可以知道，當系統一上電,RST腳將會出現高電平，并且,這個高電平持續的時間由電路的RC值來決定。典型的51單片機當RST腳的高電平持續兩個機器周期以上就將復位。所以，適當組合RC的取值就可以保證可靠的復位。在電路圖中，電容的的大小是22uF，電阻的大小是10k。所以根據公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍（單片機的電源

41、是5V，所以充電到0.7倍即為3.5V），需要的時間是10K*10UF=0.1S。也就是說在開機的0.1S內，電容兩端的電壓時在0~3.5V增加。這個時候10K電阻兩端的電壓為從5~1.5V減少（串聯電路各處電壓之和為總電壓）。所以在0.1S內，RST引腳所接收到的電壓是5V~1.5V。在5V正常工作的51單片機中小于1.5V的電壓信號為低電平信號，而大于1.5V的電壓信號為高電平信號。所以在開機0.1S內，單片機系統自動復位（RST引

42、腳接收到的高電平信號時間為0.1S左右）。當然也有其他取法的，原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產生不少于2個機周期的高電平。51單片機最小系統復位電路的極性電容C</p><p>　　除上電復位外，還可以通過手動來復位，單片機手動復位電路就好比電腦的重啟部分，當電腦在使用中出現死機，按下重啟按鈕電腦內部的程序從頭開始執行。單片機也一樣，當單片機系統在運行中，受到環境干擾出現程序跑飛的時候，按下手動復位按鈕內部

43、的程序自動從頭開始執行。原理同上電復位，當按鍵被按下時，給RST腳一個復位信號，使其重新開始運行。由于在比賽過程中，我們通常不希望系統從頭開始計時，在該設計中手動復位就不再設計電路中。</p><p>　　晶振電路：51單片機最小系統晶可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，51單片機最小系統晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。典型的晶振取11

44、.0592MHz(因為可以準確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的合)/12MHz(產生精確的uS級時歇,方便定時操作)，本設計使用的晶振為12MHz。單片機最小系統起振電容C2、C3一般采用15~33pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機越近越好。設置為定時器模式時，加1計數器是對內部機器周期計數（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數頻率為晶振頻率的1/12）。計數值N乘以機器周期Tc就是定時時間t。<

45、/p><p>　　在本設計中特別注意：對于31腳(EA/Vpp),當接高電平時，單片機在復位后從內部ROM的0000H開始執行；當接低電平時，復位后直接從外部ROM的0000H開始執行?？紤]到本設計用到的程序不多，內部ROM可以滿足要求。所以在最小系統中P3.1管腳接高電平。</p><p><b>　　2.2顯示器設計</b></p><p>　

46、　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。</p><p>　　發光二極管LED，組成的顯示屏，每個點都是一個或多個發光二極管，通過控制電路控制二極管的亮與滅來控制點的發光，從而使整個大屏幕顯示圖案。 液晶顯示器LCD最常見的就是TFT類型的，它是由光源，液晶光柵

47、，和控制芯片組成，他的光源是常亮的白色強光，當光線通過液晶光柵（液晶屏）的時候，通過電壓改變液晶顆粒濾光方向，從而改變每個點的顏色和強度來顯示圖案。</p><p>　　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。兩者之間的區別：</p><p>　?。?）二極管本身時發光， 液晶

48、本身也不發光，只是透射光。 </p><p>　?。?）二極管體積大，圖像質量一般，適合作室外大屏幕，價格較低；而液晶成本較高，面積無法做得很大，但圖像質量很好，適合做顯示器。 </p><p>　?。?）二極管耗電大，液晶耗電小。</p><p>　?。?）二極管圖像刷新率低，液晶的高 </p><p>　　二者的檔次相差比較大，一般來講在

49、一些圖像簡單，對成本控制較嚴格的場合，用二極管，比如商場、銀行等服務部門的電子提示窗，街道、百貨公司外面的廣告宣傳窗；而液晶一般都是作計算機顯示器、電視、手持設備等對圖像質量要求高的場合。</p><p>　　2.2.1 LED結構與原理</p><p>　　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

50、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。</p><p>　　圖2.3 7段LED數碼管</p><p>　　LED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。共陽和共陰兩種結構，如上圖所示。圖上為共陰結構。即把8個發光二極管陰極連在一起。這時如果需要點亮a到g

51、中的任何一盞燈，只需要在相應的端口輸入高電平即可；輸入低電平則截止。比如我們現在要顯示數字“3”，則只要在對應的a、b、c、d、g段送入高電平，在其他端送入低電平即可，點亮為“3”。</p><p>　　共陰和共陽結構的LED顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。當二極管導通時，相應的筆劃段發亮，由發亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。</p><p>　　8個筆劃段hgfedcba對應于一個字

52、節（8位）的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用8位二進制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。例如，對于共陰LED顯示器，當公共陰極接地（為零電平），而陽極hgfedcba各段為0111011時，顯示器顯示"P"字符，即對于共陰極LED顯示器，“P”字符的字形碼是73H。如果是共陽LED顯示器，公共陽極接高電平，顯示“P”字符的字形代碼應為10001100（8CH）。</p><p

53、>　　表2.3列出了共陽極與共陰極LED顯示器顯示數字、字母與顯示代碼之間的對應關系</p><p>　　表2.3 代碼對應表</p><p>　　2.2.2 LED顯示器顯示方式</p><p>　　點亮LED顯示器有兩種方式：一是靜態顯示；二是動態顯示。</p><p>　　所謂靜態顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的

54、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。</p><p>　　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，在數據較多的時候，往往不采用這種設計。</p><p>

55、　　圖2.4 動態顯示圖</p><p>　　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。下圖為4位LED顯示器動態顯示電路。</p><p>　　圖2.5 靜態顯示圖</p><p>　　在此電路中，單片機的P1口用于控制4位LED的段選碼：P2口的P2.0~~P2.3用于控制4位LED位選碼。&

56、lt;/p><p>　　由于所有的段選碼連在一起，所以同一瞬間只能顯示同一種字符。但如果要顯示不同字符，則要借助位選碼來控制。（如果LED為共陰則P2.0~~P2.3輸出為高電平，如果LED為共陽則P2.0~~P2.3輸出為低電平。）</p><p>　　例如，現在要顯示5678四個數字，則首先應該將“5”的顯示代碼（共陰LED顯示器的顯示代碼為6DH，共陽LED顯示器的顯示代碼為92H）由P

57、1.0送出，然后P2.0~~P2.3輸出相應位碼（LED為共陰則P2.0~~P2.3輸出1000，） LED為共陰則P2.0~~P2.3輸出0111）時，則可以看到在數碼管1上顯示的數字為“5”。再將顯示的數字“5”延時5~10ms，以造成視覺暫留效果；同時代碼由P1.0送出。</p><p>　　用同樣的方法將其余3個數字“678”送數碼管2，3，4顯示，于是最后則可以在4位LED顯示器上看到“5678”四個數

58、字。為了使顯示效果更加穩定，可以使每個數碼管顯示的數字不斷的重復，但其中重復頻率達到了一定的程度的時候，加之人眼睛本身的視覺暫留效果的作用，便可以看到相當穩定的“5678”四個數字。</p><p>　　如下表，即為模擬以上的過程表（以共陰LED設置顯示代碼，共陽與此相反）。</p><p>　　表2.4 模擬過程表</p><p>　　2.2.3 LED顯示器接

59、口</p><p>　　由LED的結構及工作原理可知，要想在LED上顯示數據或者字母，則首先必須要把待顯示的數據或者字母轉換成LED的7位顯示代碼，方可顯示相應的數字或者字母。通過實現這種轉換有兩種方法：一種是專用硬件譯碼器，另一種是專用軟件譯碼器。本次設計采用的LED有12個，至于用哪種顯示方式，在下面的設計過程中，我們將根據具體的功能要求選擇相應的譯碼方式。</p><p>　　在前面

60、我們已經介紹過該設計的功能，該籃球計時計分器上所需要顯示的LED有12個，不管用上面所介紹的動態顯示還是靜態顯示，這都要給CPU帶來很大的負擔。而且可能會出現閃爍現象。為了避免該問題的出現，在該設計中我們選用硬件鎖存的方法來解決上面的問題。所謂硬件鎖存，就是在需要改變顯示的數值時，只需要CPU重新給鎖存芯片一次信號，把信號鎖存到芯片即可完成顯示。下面就分數顯示和時間顯示來分別設計。</p><p>　　2.2.4

61、 計時顯示設計</p><p>　　時間顯示部分包括倒計時的分鐘顯示、秒鐘顯示、進攻時間顯示6個LED塊，由于時間顯示相對分數顯示來言，刷新比較頻繁，所以采用并口顯示，并用鎖存器鎖存，在這里我們選用CD4511。</p><p>　　CD4511是將鎖存、譯碼、驅動三種功能集于一身的“三合一”電路。鎖存器的作用是避免在計數過程中出現跳數現象，便于觀察和記錄。譯碼器將BCD碼轉換成7段碼，再

62、經過大電流反相器，驅動共陰極LED數碼管。譯碼器屬于非時序電路，其輸出狀態與時鐘無關，僅取決于輸入的BCD碼。</p><p>　　如圖2.6顯示為CD4511引腳分布圖，D～A為BCD碼輸入端。a～g是7段碼輸出端。</p><p>　　圖2.6 CD4511引腳分布圖</p><p>　　CD4511為四——七段BCD碼譯碼器；它可以實現對BCD碼的譯碼，但不

63、對大于9的二進制數譯碼。其中，A~~D為BCD碼輸入端；a~~g是7段輸出；LT為試燈腳；BI為消隱（滅燈）；LT和BI接高電平（電源）；LE端為選通腳，接低電平有效，當LT=0時LED數碼管顯示全亮筆段“8“字，可以檢查數碼管的質量好壞，有無筆段殘缺現象。當BI=0時，強迫顯示器消隱；當LE=0時選通，LE=1時鎖存?？紤]到正常工作時不需檢查LED的全亮筆段，不必強迫LED消隱，因此將LT、BI端接UDD。需要加鎖存功能時LE端應接上

64、拉電阻，常態下呈高電平，選通信號為負脈沖。</p><p>　　進行累計數譯碼顯示時不需要鎖存功能，LE端可固定接USS。LED數碼管的每段工作電流IF一般為5mA～10mA，7段全亮電流可達35mA～70mA?？紤]到依次顯示0～9數字時每次平均只有4.5段發光。因此正常顯示的平均電流為17mA～32mA。LED的正向壓降UF＝1.5V～2V。CD4511選＋5V電源時，每段最大輸出電流為40mA～50mA。這表

65、明必須采取限流措施，以免因驅動電流過大而損壞數碼管。</p><p>　　具體方法是在每個筆段驅動端串入幾百歐的限流電阻R，將各段驅動電流限制在5mA～10mA為宜。改變R值，可以調節IF，進而控制顯示器亮度。選擇UDD＝＋5V、＋10V、＋15V時，CD4511輸出的高電平依次約為＋4V、＋9V和＋14V。舉例說明：假設設UDD＝＋5V，IF＝10mA，UOH＝4V，UF＝3-4V。那么由此可以計算出R＝210

66、Ω?？蛇x標稱阻值為200Ω的1/8W電阻。UF的準確值可用數字多用表的二極管擋測出。使用時，只要將CD4511的輸入端與微機系統輸出端口的某4個數據位相連，而CD4511的輸出直接與LED的a~~g相連，便可實現對BCD的顯示。下圖為對1位BCD碼的顯示</p><p>　　圖2.7 CD4511對BCD碼的顯示</p><p>　　時間顯示電路如附錄2.</p><

67、p>　　在該電路中，有單片機送給CD4511鎖存器的BCD碼由P1口的低4四位送出，并有P2口的P2.0~P2.5分別對進攻時間的個位、進攻時間的十位、秒鐘的個位、秒鐘的十位、分鐘的個位、分鐘的十位進行鎖存。當需要對某一位數碼管進行刷新顯示的時候，先通過P2口的相應端口將其LE引腳寫0，再通過P1口將要寫入的BCD碼寫入CD4511鎖存器，并將LE重新寫1，以把P1口的數據鎖存到該鎖存器，并通過LED顯示</p>&

68、lt;p>　　下表為CD4511的邏輯功能表（表2.5）。</p><p>　　表2.5 CD4511邏輯功能表</p><p>　　2.2.5 分數顯示設計</p><p>　　分數顯示部分同樣也是用到了6個LED，但是相對時間顯示部分，這部分的LEE顯示刷新速度并不塊，這里我們用串口工作方式來實現數據的傳送顯示。</p><p>

69、　　在串口顯示過程中，如果要讓數據通過led顯示，我們還應該將串輸出的數據進行串并轉換，然后再送給LED，并把該數據鎖存到LED的引腳。由于本次設計所用的LED是12個，為了盡量少的使用單片機的端口，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。下圖為CD4094的引腳圖：</p><p>　　圖2.8 CD4094引腳分布圖&

70、lt;/p><p>　　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，是典型的串行/并行轉換芯片。其中引腳分布圖如圖2-9所示。其中2腳DATA為串行數據輸入腳；3腳CLOCK為時鐘脈沖輸入；4、5、6、7、14、1、3、12、11腳為并行8位數據輸出，前7腳與LED顯示器a~~g引腳相連，11腳置空；8腳接地；16腳接電源5V。</p><p>　　MCS-51系

71、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。 </p><p>　　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

72、多微機系統。串行端口有兩個控制寄存器(SCON和PCON)，用來設置工作方式、發送或接收的狀態、特征位、數據傳送的波特率(每秒傳送的位數)以及作為中斷標志等。</p><p>　　串行端口有一個數據寄存器SBUF(在特殊功能寄存器中的字節地址為99H)，該寄存器為發送和接收所共同。發送時，只寫不讀；接收時，只讀不寫。在一定條件下，向SBUF寫入數據就啟動了發送過程；讀SBUF就啟動了接收過程。串行通信的波特率可以

73、程控設定。在不同工作方式中，由時鐘振蕩頻率的分頻值或由定時器T1的溢出率確定，使用十分方便靈活。</p><p>　　表2.6為寄存器SCON內容定義表，表2.7為寄存器PCON位地址：</p><p>　　表2.6 SCON各位內容定義</p><p>　　位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1

74、 D0</p><p>　　表2.7 PCON位地址</p><p>　　D7 D0</p><p>　　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，是典型的串行/并行轉換芯片。<

75、;/p><p>　　與單片機的連接如：附錄2——硬件原理圖</p><p><b>　　2.3 報警器</b></p><p>　　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。</p

76、><p>　　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，周期性地振動發聲。</p><p>　　在該設計中所用到的報警電路是一個小揚聲器。揚聲器的工作電流一般在上百毫安，而單片機的輸

77、出電流只有幾十毫安，如果用單片機來直接驅動揚聲器報警，揚聲器的的聲音較小。所以在該電路中，我們對單片機輸出的報警信號進行放大，然后驅動揚聲器產生報警信號。電路圖如圖2.9。</p><p><b>　　圖2.9　報警電路</b></p><p><b>　　2.4鍵盤設計</b></p><p>　　對整個設計來說，鍵盤是

78、整個設計的一個重要的部分。該部分的設計，可以決定對整個操作的難易程度，及該產品實用性。所以設計一個較好的鍵盤，對產品的適用性起至關重要的作用。在單片機設計中，鍵盤通常有兩種：獨立式鍵盤和矩陣鍵盤。由于在本設計中所用到的按鍵并不是很多，我就采用獨立式鍵盤接入方式來對鍵盤進行設計。由于采用的是獨立的按鍵接入方式，所以10個按鍵就需要十個端口，分別用P0~P7和P2.6、P2.7這10個作為鍵盤的輸入端。</p><p&g

79、t;　　在前面的單片機介紹中可知。當P0口作為輸入端口時，必須接上拉電阻，而P2口則不需要另接上拉電阻。所以鍵盤電路如圖2.10。當按鍵被按下時，按鍵所對應的單片機管腳由搞電平變為低電平，通過內部程序對這些管腳的掃描，來判斷是哪個管腳被按下，然后執行相應的操作。由于P2口的內部有上拉電阻，當手松開按鍵時，其內部電路自動回復為高電平；而對于P0口，內部沒有自動回復高電平電路，所以要外接上拉電阻，當接在P0管腳上的按鍵被松開時，有外部電路的

80、作用，可以將其自動回復高電平。其中按鍵5~8四個按鍵來設定時間，1~4四個按鍵用來調整兩隊的分數，9、10兩個按鍵分別用來控制計時的開始與暫停和進攻時間清零。</p><p>　　圖2.10 鍵盤電路</p><p>　　在前面的分數顯示部分的刷新速度相對于時間顯示較慢，所以采用的是串口顯示根據設計的要求：當需要對兩隊分數調整的時，才對分數顯示器進行刷新，所以該顯示采用的是外部中斷方式進行

81、顯示。如圖2.10所示，當1~4按鍵的任意一個按鍵被按下時，都會給相應的管腳一個低電平，同時也給四與門電路芯片74LS21一個信號，通過四與門電路給單片機的外部中斷入口一個中斷信號，來處理外部中斷——分數的顯示。</p><p>　　該設計的原理圖如附錄2</p><p>　　3 軟件編程及調試</p><p>　　軟件的編程設計是單片機系統設計的核心部分，也是能

82、否實現預定功能的關鍵。單片機編程常用的語言是C語言和匯編語言，最終都要轉為Intel HEX格式或二進制格式(Binary)文件拷入單片機芯片內。這里我們使用的是匯編語言進行編程設計。</p><p>　　3.1匯編語言特點簡介</p><p>　　匯編語言的實質和機器語言是相同的，都是直接對硬件操作，只不過指令采用了英文縮寫的標識符，更容易識別和記憶。它同樣需要編程者將每一步具體的操作用

83、命令的形式寫出來。匯編程序通常由三部分組成：指令、偽指令和宏指令。匯編程序的每一句指令只能對應實際操作過程中的一個很細微的動作，例如移動、自增，因此匯編源程序一般比較冗長、復雜、容易出錯，而且使用匯編語言編程需要有更多的計算機專業知識，但匯編語言的優點也是顯而易見的，用匯編語言所能完成的操作不是一般高級語言所能實現的，而且源程序經匯編生成的可執行文件不僅比較小，而且執行速度很快。</p><p>　　高級語言主要

84、是相對于匯編語言而言的。高級語言是目前絕大多數編程者的選擇，和匯編語言相比，它不但將許多相關的機器指令合成為單條指令，并且去掉了與具體操作有關但與完成工作無關的細節，例如使用堆棧、寄存器等，這樣就大大簡化了程序中的指令。同時，由于省略了很多細節，編程者也就不需要有太多的專業知識。高級語言所編制的程序不能直接被計算機識別，必須經過轉換才能被執行。C語言就屬于高級語言。作為最基本的編程語言之一，匯編語言雖然應用的范圍不大，但仍然具有重要性，

85、因為它能夠完成許多其它語言所無法完成的功能。匯編語言的優點是速度快，可以直接對硬件進行操作，這對諸如圖形處理等關鍵應用是非常重要的。</p><p>　　匯編語言直接同計算機的底層軟件甚至硬件進行交互，它具有如下一些優點：</p><p>　?。?）能夠直接訪問與硬件相關的存儲器或 I/O 端口；</p><p>　?。?）能夠不受編譯器的限制，對生成的二進制代碼進

86、行完全的控制；</p><p>　?。?）能夠對關鍵代碼進行更準確的控制，避免因線程共同訪問或者硬件設備共享引起的死鎖；</p><p>　?。?）能夠根據特定的應用對代碼做最佳的優化，提高運行速度； </p><p>　?。?）能夠最大限度地發揮硬件的功能。</p><p><b>　　3.2軟件設計</b></

87、p><p>　　軟件設計的內容主要是根據前面的硬件原理來編寫程序，在此我也用計算機來設計仿真。主要軟件有兩個一個是Proteus軟件，一個是KEIL軟件。通過這兩軟件的配合，來模擬仿真實際的電路設計。</p><p>　　3.2.1主程序設計</p><p>　　主程序流程圖如圖3.1示</p><p>　　圖3.1 主程序流程圖</p&g

88、t;<p>　　這部分的功能是上電后要對整個系統進行初始化，籃球計時計分器的分數顯示部分和時間顯示部分也要清零，然后進入時間設定環境。在這部分里只主程序只對是否有開始鍵按下鍵和時間設定鍵的五個按鍵進行掃描。當時間調整按鍵S5~S8被按下時，對相應的位進行時間設定；當開始暫停按鍵被按下時，系統不再掃描時間調整按鍵，而是進入下一個狀態——計時開始。</p><p>　　在計時階段主程序只對開始按鍵和進攻

89、復位按鍵進行掃描，如果掃描到這兩個按鍵的任意一個按鍵被按下，則主程序開始執行相應的操作。開始暫停按鍵被按下時，系統把進攻時間初始化，系統進入暫停計時狀態，并延時一段時間，等待再次被按下繼續計時；當進攻復位鍵被按下時，倒計時不停止計時，而是將進攻時間的值賦予一個初值。</p><p>　　當計時到時，系統停止計時，并且產生一個報警信號，通過報警電路讓轟鳴器響一段時間，同時等待按下開始按鍵進行分數交換和再次進行時間設

90、定。此時的分數顯示的值不會因為時間到而賦初值。</p><p>　　3.2.2 外部中斷設計</p><p>　　在上面的設計中我們已經對外部中斷做了詳細的說明，外部中斷是用來處理分數的，當調整分數的按鍵被按下時，電路會給外部中斷一個信號，來處理分數。下面為外部中斷的程序流程圖。</p><p>　　圖3—2外部中斷程序流程圖</p><p>

91、;　　乙兩隊的分數分別存儲在單片機的數據存儲單元RAM區33H、34H、35H、36H、37、38H。其中甲隊分數的個位、十位、百位分別存放在36H、37、38H；而乙隊分數的個位、十位、百位分別存放33H、34H、35H。S4和S3分別對甲隊分數進行加1分和減1分；而S2和S1分別對乙隊分數進行加1分和減1分。</p><p>　　每當對甲乙兩隊分數進行修改后，自動調用串行顯示程序，通過查表把兩隊分數鎖存到芯片

92、CD4094中。</p><p><b>　　3.2.3定時</b></p><p>　　判斷一個定時裝置的計時是否夠精確，就是看該裝置的定時器是否準確。MCS-51單片機內部帶有兩個16位定時計數器T0和T1，兩者均可以作為定時器/計數器(一下簡稱T/C)使用。如果T/C工作于定時狀態，則表示定時的時間到；若T/C工作于計數狀態，則表示計數回零。當T/C處于定時方式

93、時，加1計數在每個機器周期加1，因此，也可以把它看作在累計機器周期。由于一個機器周期包含12個震蕩周期，所以它的計數速度是震蕩周期的1/12。</p><p>　　定時器工作方式寄存器TMOD設定：</p><p>　　TMOD是一個8位的寄存器，其中高四位控制T1，低4位控制T0。其中T0的低兩位控制著定時計數器的工作方式，第三位為定時/計數的選擇位，“0”為定時，“1”為計數。第四位G

94、ATE為門控制位，用于控制定時器的啟動是否受外部中斷的影響。GATE=0與外部中斷無關，有TCON寄存器中的TRx位控制啟動。在該設計中只用到定時器T0定時器的工作方式0，所以只需要對TMOD寫入#00H即可。</p><p>　　在該設計中用的晶振是12MHz，機器周期計算公式得到Tp</p><p>　　Tp=12/12MHz=0.000001s</p><p>

95、;　　該工作方式的最大計數時間為：</p><p>　　Tp*212=0.008192s</p><p>　　為了便于計算，在該設計中我把定時時間設為0.005秒，通過計算得知，應該給TH0、TL0的值分別為#63H、18H。這樣，如果要計時1秒，只需要讓定時器進行200次定時，把R0賦值為200，當定時到，就對R0減1，當R0為0時，這個時間就是所要計時1秒的時間。此時對時間進行調整并顯

96、示</p><p>　　由于我們希望在比賽過程中能及時暫停和繼續計時，在定時器中我們還可以通過控制TRx來實現該功能，需要繼續計時給該位進行置位，需要暫停給該位清零。</p><p>　　下面為定時中斷的程序流程圖：</p><p>　　圖3.3 定時中斷程序流程圖</p><p><b>　　程序參考附錄1</b>&l

97、t;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1．彭為 等。 單片機典型系統設計實例精解。電子工業出版社。2006.5</p><p>　　2．何立民。 單片機應用系統設計。北京航空航天大學出版社，1990</p><p>　　3．周德明 。微型計算機原理及應用。清華大學出版社，2002</p&

98、gt;<p>　　4．郭維?，F代通信系統集成電路使用手冊。電子工業出版社。1995</p><p>　　5．何立民。 單片機高級教程。北京航空航天大學出版社，2000</p><p>　　6．石東海。 單片機數據通信技術從入門到精簡。西安電子科技大學出版社，2002</p><p>　　7．陳善久。單片微型計算機原理與應用。西安電子科技大學出版社，19

99、98.9</p><p>　　8．楊學昭。單片機原理、接口技術與應用。西安電子科技大學出版社，2009.2</p><p>　　9．沙占友。單片機外圍電路設計。電子工業出版社，2007.6</p><p>　　10．康華光。電子技術基礎（數字部分）。高等教育出版社。2006.1</p><p>　　11．丁元杰。單片機微機原理及應用。機械工業

100、出版社，1994.6</p><p>　　12．張友德。飛利浦80C51單片機原理與應用技術手冊。北京航空航天大學出版社，1995</p><p>　　13．徐愛鈞，keil Cx51 v7.0單片機高級語言與vision2應用。電子工業出版社，2004.6</p><p>　　14．C51 Compiler user's Guide keil,Elektr

101、onik Gmbh,and keil softwarer,inc.2001</p><p>　　15．Macro Assembler and utilities, keil,Elektronik.Gmbh.and keil software inc.2001</p><p><b>　　附錄1 程序</b></p><p>　　ORG

102、0000H </p><p>　　AJMP SD ;主程序地址</p><p>　　ORG 0003H ;外部中斷入口地址</p><p>　　AJMP CXT</p><p>　　ORG 000BH

103、;定時中斷入口地址</p><p>　　AJMP CTCO</p><p>　　ORG 0100H</p><p>　　SD: MOV 33H,#00H ;甲隊計分清0</p><p>　　MOV 34H,#00H</p><p>　　MOV

104、35H,#00H</p><p>　　MOV 36H,#00H ;乙隊計分清0</p><p>　　MOV 37H,#00H</p><p>　　MOV 38H,#00H</p><p>　　MOV 40H,#00H ;計時分鐘清0</p><p&

105、gt;　　MOV 41H,#00H</p><p>　　MOV 42H,#00H</p><p>　　MOV 43H,#00H</p><p>　　MOV 44H,#00H</p><p>　　MOV 45H,#00H</p><p>　　MOV 46H,#00H<

106、/p><p>　　MOV 47H,#00H</p><p>　　CLR P3.5</p><p>　　MP: CLR P2.0 ;計時牌子分分秒秒0</p><p>　　CLR P2.1</p><p>　　CLR P2.2<

107、/p><p>　　CLR P2.3</p><p>　　CLR P2.4</p><p>　　CLR P2.5</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　MOV P1,#00H</p><p><b>　　

108、NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　SETB P2.0</p><p>　　SETB P2.1</p><p>　　SETB P2.2</p><p>　　SETB P2.3</p><p&

109、gt;　　SETB P2.4</p><p>　　SETB P2.5</p><p>　　MOV R1,#01H</p><p>　　MOV R2,#01H </p><p>　　MOV R3,#01H </p><p>　　MOV R4,#01H </p>