篮球计分器的设计与制作.docx
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篮球计分器的设计与制作
篮球计分器的设计与制作
1引言
体育比赛计分设备可以对比赛的时间以及分数进行记录,方便工作人员对比赛信息进行记录,可以按照特定比赛的要求,对比赛进行记录。
能够使用与很多比赛当中。
这些比赛当中篮球比赛就是其中需要对比分以及时间进行记录,篮球比赛不仅仅需要记录分数、时间,还需要进行场地转换,所以在设计时需要注意,那一对获得分数多,则那一对获胜。
所以,篮球比赛的记录设备是属于体育比赛计时计分系统中一种得分类型的系统。
现在,市场上的篮球比赛计时计分器都是通过LED来显示的。
出于创新与便捷的理念,在本次设计中,使用的显示部分为LCD1602液晶显示屏,使用的按键为独立式键盘。
硬件方面,由于使用的是一体的LCD1602液晶显示屏,在构造方面同时也更为的坚固,不易拆散。
在软件方面,由于是通过独立式键盘来进行控制单片机的,所以也减少了编码程序时的复杂性,从而优化了程序运行效率。
2系统方案设计
2.1系统整体方案设计
系统是篮球计分器,主要的核心器件是STC89C52单片机。
内容有显示控制、按键输入、声音控制、主控制器。
按照篮球比赛的进程,通过按键控制显示两队的比分,可以交换场地,控制系统停止计时,如果每节比赛倒计时结束则控制声音进行提示。
系统结构框图如下图所示。
图2-1系统结构框图
2.2主控制器方案
单片机是系统设计中最为重要的方案之一,所以系统使用STC89C52处理器。
这款MCU设计了高集成化的存储时间很长的单片机设计方式去制造,此处理器可以使用MCS-51指令操作,并且在硬件接口上都是通用的。
此MCU在功耗方面表现非常优秀,功耗很小,设计中使用的是CMOS的处理器,此处理器是8BIT的,MCU中具有8K比特的存储空间,此存储空间可以进行读写操作,读写次数高达上十万次,完全满足开发需要。
STC家族的MCU在工厂制造出厂会对其进行加密设计,外接的任何技术手法都不会对STC家族的MCU完成解密工作,此处理器的运行速度非常快,处理器的最高速度能够上升到420兆赫兹,处理器在很多复杂环境下都可以正常运行,稳定性非常优秀,最为需要关注的一点是,该处理器的成本可观,价格很低,在电子市场中随处可见。
2.3显示方案
选用液晶LCD1602显示系统数据。
液晶显示原理是以点阵设计的,通过点亮每一个点阵组成要显示的字符,为了方便使用,液晶都有自己的显示数据库,在软件上可以通过显示函数直接进行控制,有了显示数据库就方便很多了,液晶显示数据的范围很宽,可以显示很多字符串数据,液晶显示背光还调节,显示上更加美观。
3系统电路设计
3.1主控制器电路
STC89C52内部有8K的Flash存储电路,可以存储相关的数据,此单片机应用非常广,开发简单、电路设计容易,可以加快开发团队的开发进度,缩短开发周期。
开发成本低,被很多企业所选择。
器件内部的运行速度很快,引脚数量大,是很多开发方案的首选。
输入输出数量为32个,分别设计为4组,引脚口0,引脚口1,引脚口2,引脚口3,有多个定时器,定时数据准确,中断设计也很方便,定时器和中断的结合使用,能够实现很多比较复杂的功能要求,也可以嵌套很多中断执行。
除了普通使用的输入输出接口,单片机还需要时钟接口、复位接口、电源接口。
时钟的接口是18脚、19脚,设计选择的是12兆赫兹的晶圆。
复位接口是9脚,通过单片机的9脚输入复位信号。
复位动作输入的9脚接口能够加入备用电源,这样可以保证芯片内部的数据不会因掉电消失。
单片机的31脚接口是EA,这个引脚是可以确定处理器代码的存放位置,是内部还是外部,将高电平输入到31脚,这样就表示单片机使用的是内部存储的代码,如果将低电平输入到31脚,这样就表示单片机使用的是外部存储的代码。
图3-1单片机引脚图
3.2显示电路
系统的显示选用液晶进行显示,LCD1602完全可以满足设计的需要,此器件可以满足显示所有字符,出汉字以为,可以满足设计功能。
单片机通过数据口配合时序接口就可以控制液晶显示的内容。
通过软件的操作可以对液晶显示任何位置指定显示的内容,操作方便、简单。
最重要的是此液晶要求的电源参数和单片机系统的一致,这样就可以通用电源,不必进行电源转换,减少的设计工作。
如图3-2所示。
图3-2液晶接口电路图
3.3按键电路
在本系统当中所要使用的按键并不多,包括复位键在内一共只有14个,所以我们将按键与单片机的接口相对应,也即是A+1、A+2、A+3、A-1、B+1、B+2、B+3、B-1以及4个功能键接入到单片机端口上键盘电路用于设置系统状态。
在按键被按下,此时单片机的引脚上会产生低电平,系统程序运行中会对这两个引脚上的电平进行检测,发现这两处的引脚电平为低,说明相应的按键被按下,随之系统执行相应的功能。
调整时间、开始、交换场地和确认键和一个24秒复位键。
图3-3按键电路
3.4提示电路
指示灯选用发光二极管。
报警选用蜂鸣器进行报警提示。
系统控制蜂鸣器进行声音报警提示[8]。
蜂鸣器驱动需要进行驱动设计,一般的设计都是选取只三极管完成驱动设计,对三极管的基极进行操作即可实现蜂鸣器的驱动,开发费用小。
当比赛时间剩10秒时,声光报警闪烁提示,当比赛时间到了。
如图3-4。
图3-4提示电路
4系统软件设计
C语言是目前使用最多的一门单片机开发语言,它的语言设计简单易懂。
开发语句容易理解,和英文很相似,有的关键词完全可以和英文含义对上号。
很多复杂的逻辑可以用C语言中简单的语句实现。
相比于汇编语言,C语言的优势非常明显,汇编语言非常难以理解,对于开发非常不适合,C语言的出现,让开发者更容易去完成软件设计。
开发环境是Keil,专用单片机开发工具[10]。
4.1软件整体设计
此项目所有代码开发涵盖:
软件初始化、按键扫描、数据显示、声光提示控制。
系统进行初始化之后,系统开始默认比赛时间是12分钟,可在没开始或暂停的时候按“调整时间”,调整比赛时间,在调整时间时,按“开始”键加1,按“交换场地”键减1,按“确认”键,退出调整并保存数据;按“开始”键,可以切换开始和暂停;在暂停或没开始的时候,按“交换场地”键,A方和B方交换场地;按计分键,对应分数加或减相应数值,在暂停或没开始的时候,按“确认”键可清除两队分数;比赛开始,液晶屏显示比赛时间,时间以倒计时显示,24秒违规也开始计时,同样采用倒计时方式;当球有投出或持球队变换时,可通过24秒复位键复位24秒,当24秒时间到时,比赛犯规,比赛暂停,并且报警提示,可按“开始”键继续比赛;当比赛时间剩10秒时,声光报警闪烁提示,当比赛时间到了,声光报警提示一段时间后停止;比赛时间到,比赛结束,除了“确认”键,其他按键全部失效,可按“确认”键,开始行的比赛;见图3-1。
图4-1系统软件设计流程图
主函数的相关的代码如下所示。
voidmain()
{
EA=1;//开中断
ConfigTimer0
(2);//定时器
InitLcd1602();//液晶初始化
LcdShowStr(1,0,"JS_:
");//第一行显示
LcdShowStr(1,1,"A:
B");//第二行显示
while
(1)//循环
{
KeyDriver();//按键扫描
Delay_Ms(10);//延时
if(JS_Refresh)//更新显示
{
JS_Refresh=0;
JS_Display();
}
str_a[0]=jifena/10+0x30;//a对比分
str_a[1]=jifena%10+0x30;
str_a[2]='\0';
str_b[0]=jifenb/10+0x30;//b对比分
str_b[1]=jifenb%10+0x30;
str_b[2]='\0';
LcdShowStr(4,1,str_a);//显示a对比分
LcdShowStr(9,1,str_b);//显示b对比分
}
}
4.2显示软件设计
单片机将需要显示的数据传送至显示器当中,首先要对其进行初始化才能进行相关数据的传送。
由于显示器在工作的时候使用的是移位数据显示,因此在完成初始化的同时单片机会选择显示器的数据传送地址,并不断向其发送数据,进而使得显示器显示出相关信息数据。
液晶需要显示的数据包括系统运行状态。
如图4-2所示。
图4-2LCD1602显示流程图
voidInitLcd1602()
{
LcdWriteCmd(0x38);//16*2显示,5*7点阵,8位数据接口
LcdWriteCmd(0x0C);//显示器开,光标关闭
LcdWriteCmd(0x06);//文字不动,地址自动+1
LcdWriteCmd(0x01);//清屏
}
4.3篮球计分软件设计
篮球计分的软件设计是应该单片机的定时器进行定时,按照篮球比赛的计时方式进行倒计时,需要对定时器进行初始化,实现周围为1秒的计时。
图4-3计分软件设计流程图
voidJS_Count()
{
if(JS_Running)
{
ms--;
if(ms==0)
{
ms=99;
sec--;
if(sec<=0)
{
ms=0;
sec=0;
Buzzer=0;
JS_Running=0;
}
}
JS_Refresh=1;
}
}
5系统仿真
5.1仿真设计电路图
设计选用Proteus完成对系统的验证,打开软件绘制系统电路图,和代码进行联机调试。
仿真设计图如图5-1。
仿真包括显示控制、按键输入、声音控制、主控制器。
图5-1系统仿真电路图
5.2液晶显示
启动仿真,液晶显示内容如图5-2所示。
JS_:
24.00,表示显示24秒,液晶第二行显示A00:
00B,表示A队和B队的比分。
图5-2系统液晶显示仿真
5.3系统仿真
系统启动仿真后,可以通过A队以及B队的比分按键设置分数进行设置,而且可以通过按键设置24秒计时。
如图5-3所示。
图5-3系统仿真
5.4实物测试
系统调试完成后,购买器件,器件清单如下:
准备烙铁、焊锡、吸抢、高温棉、镊子等常用工具。
进行实物焊接组装。
组装完成后不可立即上电,首先需要用万用板测量电源正负是否短路,防止在焊接过程中有虚焊,造成电源短路,上电是烧坏电路板。
电源不短路后,上电测试所有功能。
实物效果如图5-4所示。
图5-4实物图
图5-5实物图
5.5液晶显示上电测试
系统上电后液晶第一行显示JS_:
24.00,表示显示24秒,液晶第二行显示A00:
00B,表示A队和B队的比分。
如图5-6所示。
图5-6液晶显示实物图
5.6比分控制上电测试
通过按键对A队B队比分进行设置。
此时液晶显示A对比分3分,比对比分1分,如图5-7所示。
图5-7A队比分加2控制实物图
图5-8A队比分加1控制实物图
图5-8B队比分加1控制实物图
6总结
在本次实际设计当中使我们对单片机的工作原理及其应用有个更加深刻地认知,同时在系统的设计过程中还更加深入地了解了硬件和软件的各组成部件和相关程序。
通过细致且认真地分析,还在设计过程中发现了自己专业知识较为薄弱的方面,这可以为我今后更加全面地学习研究单片机提供借鉴和参考。
在本文的设计中,软件程序部分借助了C语言知识,而设计过程中最困难的部分正在于如何实现程序与电路的匹配。
在本次设计中,受自身能力的影响还存在着许多的不足,甚至现有设计中也并没做到十全十美,但经过这次的实践,单片机的应用以及与之相关的知识使我能够更加清楚而直观地感受到,此外在操作仿真软件的能力方面也有了大幅提升。
尽管此次的设计过程十分艰辛,问题也多种多样,但最终还是在我的努力下,在各位同学和师长的帮助下客服了困难,完成最终的设计,使我受益良多。
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