基于单片机控制的乒乓球训练系统的设计
作者：宿梦雯
来源：《科技创新导报》2011年第29期
摘要：近年来，基于单片机的开发系统在我们生活中已经屡见不鲜了，单片机的自动控制化我们受益颇多，研究单片机的热度依旧不减，而生活中的产品也大多利用到单片机，本系统是基于单片机的乒乓球训练系统，乒乓球是我们的国球，乒乓球的辅助训练器材在市场上还很少见，所以该项目的研究很有发展前景，本文主要介绍该项目的结构设计、器件的使用以及此项目具体的实现过程。
关键词：51单片机传感器自动控制译码器编码器
中图分类号：TP21 文献标识码：A 文章编号：1674-098x(2011)10(b)-0000-00
单片机（亦称微控制器）。即这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控系统的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。
随着国民生产水平的提高，人们的生活水平得到很大提高，已经不再是温饱问题，而是上升到精神文化生活，养生、健康成为21世纪的主题，本项目以人们的健康喜好为理念，提出并设计一套体育锻炼辅助设备，基于该点做出的乒乓球训练辅助系统，主要分为传感器、单片机控制、显示三大部分，主要以单片机为核心的控制系统。
1 系统的结构组成
该项目主要由传感器和高亮度发光二极管部分、数码管显示部分以及单片机主控制部分3部分组成，传感器和高亮度发光二极管部分是将乒乓球案划分九个区域（是根据一般训练的要求设定的），每个区域都是由高亮度发光灯和压电传感器及周围接口电路等组成，通过单片机系统控制随机点亮1/9的发光区，此时当乒乓球应敲击亮灯的区域，如能准确的击中亮灯区则显示击中，否则不中，每个区均是如此。数码管显示部分是由两个LG5641AH数码管组和两个74LS373组成，一组显示发出信号的总数，另一组显示击中信号的次数。单片机主控制部分是选用AT89C51芯片及相关接口电路，如单片机的最小控制系统，单片机与传感器部分的接口，单片机与数码显示部分的接口等。
数码显示部分的设计
本项目里数码显示部分主要用到的器件有74LS373两个、数码管LG5641AH两组。这一部分需要注意的是74LS373的各引脚的排布，也可以选用74LS573两者只是引脚排布不同，其他无大的差别，当三态允许控制端OE为低电平时，O0—O7为正常逻辑状态，可用来驱动
负载或总线，所以OE需接低电平。LE为锁存允许端，总线通过控制该端来选择哪个芯片工作。
传感器部分电路
该项目中的传感器是选择简单的压电片，成本很低，在总造价上很低的主要原因是传感器成本低，因为本项目对信号的要求比较低，只需高低电平信号就可以，所以压电片就可以满足，压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料(石英晶体和压电陶瓷）的压电效应。是双向传感器，压电效应表达式：Q=dF (d-压电系数；F-外作用力)。
在使用压电传感器时要注意，质量块用高比重的金属块，对压电元件施加预载荷，当外力作用时, 它将产生弹性变形, 将力传递到石英晶片上。两片石英晶体采用并联方式，一根引线连接两压电片中间的金属片上，另一端直接与上、下盖相接。利用其纵向压电效应, 实现力—电转换，电信号通过接头输出，可测动态力。
由于输出信号比较微弱，需要对信号进行放大处理，该传感器输出信号最大幅值为
200mv，所以放大十倍即可。
本项目选用的放大器件为LM324，以下是放大倍数的计算：
Au=uo/ui=-Rf/R1=-2.2M/220k=-10
2 单片机的控制电路设计和实现
本项目中选用的主芯片是AT89C51，控制系统产生随机数，控制数码管的动态显示，以及对传感器信号的采集，单片机的使用使我们生活便捷，使很多事物智能化，像我们的大脑控制和指示去做什么。单片机系统设计主要包括以下几个方面的内容：控制系统总体方案设计，包括系统的要求、控制方案的选择，以及工艺参数的测量范围等；选择各参数检测元件及变送器；建立数学模型及确定控制算法；选择单片机，并决定是自行设计还是购买成套设备；系统硬件设计〔1〕，包括接口电路，逻辑电路及操作面板；系统软件设计，包括管理、监控程序以及应用程序的设计，应用系统设计包含有硬件设计与软件设计两部分〔2〕；系统的调试与试验。
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。
3 结语