基于单片机的电子记分牌设
计毕业论文
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1 绪论 (1)
1.1研究目的及意义 (1)
1.2本文的主要研究内容 (1)
2 系统整体方案设计 (3)
2.1系统总体结构 (3)
2.2系统主要功能模块的选型 (4)
2.2.1单片机选型 (4)
2.2.2显示器选型 (6)
2.2.3 74HC373芯片 (11)
2.2.4报警器选型 (13)
3 系统硬件电路设计 (14)
3.1单片机最小系统 (14)
3.2电源电路 (14)
3.3时钟振荡电路 (15)
3.4复位电路 (16)
3.5按键电路 (16)
3.6显示电路 (18)
3.7蜂鸣报警电路 (19)
4 系统软件编程设计 (21)
4.1开发环境介绍 (21)
4.2系统主程序流程图 (21)
4.3延时程序 (23)
4.4中断及蜂鸣器报警程序 (24)
4.5按键模块程序 (25)
4.6显示模块程序 (25)
5 Protues仿真 (28)
5.1Protues简介 (28)
5.2系统仿真结果 (29)
结论 (31)
致谢 (32)
参考文献 (33)
附录 (34)
基于单片机的电子记分牌设计
1 绪论
1.1研究目的及意义
近年来，计算机在智能化、自动化、电子信息等领域得到了飞速的发展。单片机属于微型计算机，能够将计算所需要的模块全都集成在一个体积很小的芯片上。单片机的优点为体积小、安装和使用方便，并且性价比高，具有很强的抗干扰能力。单片机的使用范围很广泛。单片机在各个领域的广泛应用促进了很多技术的发展，在近年来，单片机技术逐渐在电子计分牌领域中得到应用。在实际生活中，我们经常能看到两种形式的电子记分牌，一种是基于单片机制作的LCD液晶显示器电子记分牌，还有一种是基于LED数码管显示器的电子记分牌。随着技术的逐渐成熟，这种基于单片机的电子记分牌开始在篮球比赛中逐渐开始使用。
传统的篮球比赛记分牌具有功能单一，性能不稳定，不能够对时间和分数进行准确的计算和显示，所以有必要设计一种新型的篮球比赛电子记分牌。本文利用单片机技术设计了一种电子记分牌，并将这种电子记分牌应用在篮球比赛中，通过电子记分牌实现篮球比赛的计分。
本文的电子记分牌能够实现篮球比赛的正常时间的定时，而且能够根据比赛的实际情况，对比赛双方的得分和耗时进行调整。在比赛结束以后，本系统的电子记分牌能够实现双方分数的存储。本系统具有很高的性价比，具有很好的稳定性，体积小，便于携带，并且能够实现篮球比赛计时和计分的基本功能。本文设计的电子记分牌非常适合在学校、社区等领域中使用。
1.2本文的主要研究内容
基于篮球比赛的实际情况，本文设计了一种基于单片机的电子记分牌。本记分牌选用AT89S52单片机作为整个系统的控制核心，并通过LED七段数码管对实际篮球比赛中的分数和时间信息进行显示。本文的电子记分牌还可以根据实际的篮球比赛场上情况，随时对时间和分数的显示数值进行更正。
本文的硬件系统主要包括：LED数码管显示功能、按键控制功能以及辅助功能等。本文的软件系统是基于C语言进行编程的，软件部分主要包括：功能选择程序、计分程序、计时程序等。
本文研究的记分牌能够实现时钟倒计时功能，并且具有很高的精度，能够精确到秒，而且还能够实现时钟数值的随时调节，让篮球比赛记分牌在调节时间时处于暂停状态。在电子记分牌上的时间进入倒计时，并在时间走完以后，系统能够通过蜂鸣器实现报警，告诉篮球裁判和球员时间走完，结束比赛。本文的电子计分牌能够实时显示两支比赛球队的分数，而且能够实现分数的调整，也就是在原有分数上进行加法和加法的分数运算。
本文设计的用于篮球比赛的记分牌，具有性价比高、功能全面、稳定性高、可操作性强的特点，能够实际情况对记分牌进行调整。本文的电子记分牌，在实际使用中，具有一定的研究意义。
2 系统整体方案设计
2.1系统总体结构
基于51单片机的电子记分牌系统整体结构框图如图2-1所示。
图2-1系统框图
本论文的电子记分牌的核心是利用单片机实现整体系统的控制。本文的电子记分牌选用单片机AT89S52作为控制中心，通过单片机对比分和时间等信息进行处理。系统通过七段共阴级LED数码管进行比分和时间的显示。
本文的电子记分牌，是应用在篮球比赛中的。所在，在本文的电子记分牌中，总接入的七段共阴极LED数码管个数为3个。这3个数码管中，有2个是三位一体的，用来对篮球比赛中两支球队的比分进行记录和显示，分数的显示区域是0至999，完全可以满足篮球比赛对分数记录和显示的要求。还有1个四位一体的数码管用来对篮球比赛的用时进行记录和显示，在这个四位一体的数码管中，有两个用来对比赛耗时的分钟进行显示，还有两个用来对比赛耗时的秒进行显示。
通常情况下，整个篮球比赛的赛程是执行倒计时的形式。所以，本文的电子记分牌结合实际的篮球比赛情况，也采用这种倒计时的形式进行计时。在篮球比赛开始之，就按照篮球比赛的规则事先将比赛的总时间调好，并通过数码管显示。在比赛开始后，点击倒计时开始按钮，此时系统开始工作。在时间归为0以后，倒计时过程结束，蜂鸣器开始报警，告知裁判和球员，时间已经走完，比赛结束。本文的电子记分牌，允许操作者根据实际的篮球比赛场上情况，随时对记分牌的数值和倒计时所剩的时间进行调整。本系统的计时范围是0至99分钟，能够满足实际篮球比赛对时间监测的要求。
完了完成电子记分牌的各种功能，本文在系统中设置了8个独立的按键。有4个按键用来作为篮球比赛中两队分数的输入。另外4个按键用来完成分数和时间的调整，系统的
启动、暂停和停止，以及在中场休息时的比分调换。
2.2系统主要功能模块的选型
从电子记分牌的实际功能出发，本系统的硬件模块主要有以下几部分组成：
（1）电源电路模块；
（2）单片机AT89S52模块；
（3）时钟振荡电路模块；
（4）复位电路模块；
（5）按键控制电路模块；
（6）显示电路模块；
（7）蜂鸣报警电路模块；
基于电子记分牌的上述模块以及需要实现的各种功能，本系统选用的主要芯片是：AT89S52、74HC373、七段共阴LED显示器、独立式按键等。
2.2.1单片机选型
本论文中的单片机选用的为AT系列单片机中的AT89S52。
AT89S52具有的优点很多，它是低电压和高性能的CMOS 8位单片机[1]。芯片内部包括8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器，还有256 bytes的随机存取数据存储器。该芯片能够使用ATMEL公司的高密度和非易失性存储技术生产，能偶完全兼容标准MCS-51的指令系统[2]。芯片内部还设置有8位通用中央处理器以及相对应的Flash存储单元[3]。
AT89S52 的40个引脚如图2-2所示。其中，有32个引脚是外部双向输入/输出（I/O）端口，它的内部还含有2个外中断口，以及2个16位可编程定时计数器。它还具有2个全双工串行通信口。该芯片能够利用通常编程方法实现程序的在线编写，并把通用的微处理器和Flash存储器进行有机的汇总[4]。
图2-2 AT89S52管脚图
AT89S52的各管脚主要功能如下[5]：
XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）是用来作为振荡器输入输出端口，通常情况下，外部需要接入12MHz晶振。
RST/DDVP（9脚）是用来作为复位输入端口，通常外围电路中需要接入电阻和电容，合并成一种复位电路。
VCC（40 脚）和VSS（20 脚）作为系统的供电端口使用，需要相对应的接入+5V 电源的正负端。
P0~P3 是可编程通用I/O脚，它的功能是通过软件来实现的。在本文的电子记分牌中，P0端口（32~39脚）被用来作为N1功能控制端口，相对应的和N1的功能管脚相互连接。
13脚用来作为IR输入端，10 脚和11脚用来作为I2C总线控制端口，相对应的分别接入N1的SDAS（18脚）以及SCLS（19脚）端口。
12脚、27脚和28脚用来作为握手信号功能端口使用，通过在实际中连接主板CPU 对应的功能端，便于用在目前制式的检测或者会聚调整状态进入的控制功能。
该芯片的中断源为向CPU发出中断请求的来源。AT89S52内部总共含有6个中断源，其中，有2个是外部中断（INT0和INT1）、有3个是定时器中断（定时器0、1和2）和
1个串行中断。
AT89S52的中断源如图2-3所示：
图2-3 AT89S52中断源
AT89S52的极限参数为[6]：
工作温度范围是-55℃～125℃；
储藏温度是—65℃～150℃；
任一引脚对地电压都是-1V～7V；
最高工作电压为6.6V；
直流输出电流为15mA。
2.2.2显示器选型
系统的显示器通常用来作为数据信息的输出设备，显示器的类型有很多种。在基于单片机技术设计的系统内，使用最为广泛的共有两种显示器。第一种是发光二极管显示器，也就是LED显示器；第二种是液晶显示器，也就是LCD显示器。LED和LCD显示器各自具有不同的特点，相对来说，两种显示器共有的优点是结构简易，性价比高，接口形式方便使用，并且都具有广泛的应用范围。
发光二极管，也就是LED。通过发光二极管能够构成显示屏，并且显示屏中的每个
点均属于一个或多个发光二极管。利用控制电路能够实现对二极管的有效控制。这种方式能够控制二极管的亮和灭，并且能够通过这种方法控制点的发光与否。然后，通过控制让整个大屏幕系统对图案进行显示。液晶显示器的LCD中，使用最为广泛的一种是TFT类型。这种类型的LCD显示器是通过光源、液晶光栅以及芯片控制电路构成的。LCD的光源一般情况下会显示常亮的白色强光。在光线在液晶液晶屏中通过的情况下，可以将电压进行转变，转换到液晶颗粒的滤光方向上，使得每个点的颜色发生变化，并且以一定的强度实施图案的显示[7~9]。
液晶显示器的型号有很多种，依据显示方式的不同能够分成不同的显示类型。其中，包括：段式显示，行点阵式显示以及全点阵式显示，共3种类型。液晶显示器中的段式显示类型和数码管显示的原理很相似。行点阵式型液晶显示器，通常情况下是用来显示英文字符。全点阵式液晶显示器，一般情况下用来对信息进行显示，显示的范围比较多样，例如：汉字、图形以及图表等信息[10, 11]。
本文的电子记分牌用到的数码管结构如图2-4所示。
图2-4 4位一体共阴极数码管
如上图2-4，LED显示器还可以叫做数码管。LED显示器的内部构造中，通常是具有8个发光二极管。其中，7个长条形的发光管进行整齐的排列，在外部看来呈现一种“日”字形。还有一种发光管会在显示器右下方作为小数显示时使用。这种数码管能够实现各种数字和部分英文字母的显示。
LED显示器主要具有两种不同的构建形式：一种是基于8个发光二极管的阳极，将阳极全部连接以后，就可以称作是共阳极LED显示器；还有一种是基于8个发光二极管的阴极，将阴极全部连接在一起以后，就可以称作是共阴极LED显示器。
共阴极和共阳极分别如图2-5所示。
图2-5 共阴与共阳极LED显示器
在本文的篮球比赛电子记分牌中，基于实际篮球比赛对记分牌提出的功能要求，本文共选用了2个数码管。其中，1个共阴极的三位一体的数码管，用于对篮球比赛双方的分数进行显示；还有1个四位一体的数码管，用于对篮球比赛的用时进行显示。
在图2-5的上半部分是共阴级数码管显示器的结构。在共阴极数码管中，如果将8个发光二极管的阴极相互链接起来，倘若要点亮a至g内的任何一盏灯，仅仅通过相对应的端口，在这个端口上输入高电平就能够实现该目的。
表2-1 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
0 3FH C0 8 7FH 80H
1 06H F9 9 6FH 90H
2 5BH A4 A 77H 88H
3 4FH B0 B 7CH 83H
4 66H 99H C 39H C6
5 6DH 92H D 5EH A1H
6 7DH 82H E 79H 86H
7 07H F8 F 71H 8EH
在表2-1中，对共阳极与共阴极的LED显示器内，数字、字母与显示代码之间的对