單片機控制的便攜式籃球計時器設計 - 全文

摘要：為了解決籃球比賽和小團體外出比賽的計時問題，利用AT89C51芯片控制能力強，設計靈活，以及編程語言易于修改等優(yōu)點，采用軟件設計和硬件設計相結合，設計了該便攜式籃球計時器，利用Keil μVision 3運行程序、調試時間、運行步驟，將寫好的程序導入仿真硬件電路中，查看是否與設計要求一致。該設計具有性能穩(wěn)定，功耗低，價格便宜，易于攜帶等特點。

　　關鍵詞：便攜式計時器;籃球賽;計時器;AT89C51

　　引言

　　本設計利用單片機AT89C51完成了計時的功能，詳細地介紹了系統(tǒng)硬件與軟件的設計過程，設計由AT89C51編程控制Led七段數(shù)碼管作顯示的籃球計時系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有賽程時間設定，計時啟功，暫停，報警，24 s及復位等功能。

　　1 系統(tǒng)原理

　　籃球比賽計時的準確性和計時的精確度是要求很高的，而單片機在這方面有著出色的表現(xiàn)。該系統(tǒng)采用頻率為12 MHz的芯片，整個系統(tǒng)由按鍵、計時顯示、報警，箭頭方向等部分組成。該系統(tǒng)組成方框圖如圖1所示。

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　　單片機是該系統(tǒng)電路的核心組成部分，系統(tǒng)的各種功能都是在單片機內通過編程來實現(xiàn)。單片機選用AT89C51。它的X1(19腳)和X2(18腳)外接12MHz晶振，為單片機提供時鐘信號。晶振的2個引腳分別串一個瓷片電容，電容值為20～50 pF，用于提高晶振頻率的穩(wěn)定性。共接入6個4寸7段共陽極數(shù)碼管顯示器，用于賽程的時間和記錄24 s違規(guī)計時顯示。

　　2 系統(tǒng)硬件設計

　　2.1 定時控制部件設計

　　定時控制部件是在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的全部內部和外部控制信號，使各功能元件協(xié)調工作，完成指令所規(guī)定的功能。主要任務是產生一個工作時序，其工作需要時鐘電路提供一個工作頻率。

　　MCS-51內部有一個用于構成振蕩器的高增益反向放大器，該放大器的輸入端和輸出端分別是XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接時鐘源可構成時鐘電路。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，與內部反向器構成穩(wěn)定的自激振蕩器，它發(fā)出的脈沖直接送入片內的定時控制部件。

　　2.2 系統(tǒng)的復位電路設計

　　設計采用的是上電加按鈕電平復位，是上電自動復位與按鈕電平復位的組合。上電復位利用電容充電來實現(xiàn)，即上電瞬間RST/Vpd端的電位與Vcc相同，隨著充電電流的減少，RST/Vpd的電位下降，最后被復位在0 V，按鈕電平復位，當按鈕按下后，電源Vcc通過電阻施加在單片機復位端RST/Vpd上，實現(xiàn)單片機的復位。

　　2.3 報警器

　　設計采用的是12 V電磁式鐵振膜蜂鳴器作為報警器。當單片機送一個高電平延時一段時間，經(jīng)過三極管將信號放大后驅動中間繼電器，再由中間繼電器驅動12 V電磁式鐵振膜蜂鳴器，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振動發(fā)聲。

　　2.4 譯碼及驅動部分電路

　　譯碼及驅動部分由74LS248和ULN2804A兩塊芯片組成，其輸入電壓為12 V。74LS248的輸入端與單片機的I/O口對應相連，ULN2404A的輸出端與數(shù)碼管的段選端相連。

　　3 籃球計時器軟件設計

　　首先在比賽之前，接通電源，系統(tǒng)自動復位，首先設置時間，通過上下?lián)軇印霸O置時間”的按鈕來設置比賽的時間，本設計已設好12 min和10 min一節(jié)的兩種時間，按下啟動按鈕，計時器面板的計時電路共陽極數(shù)碼管計時部分顯示為“12-00”或“10：00”;24 s計時器顯示為“24”。當比賽開始時，按下“運行”按鈕計時器計時部分和24 s部分同時開始運行。

　　在比賽過程中可以通過球權按鍵來控制箭頭的指向，從而顯示比賽中擁有球權的隊。若控球方在24 s內未違規(guī)，則只需按一下“24 s復位”按鈕即可，當24 s違規(guī)時，該蜂鳴器會發(fā)出2 s的報警聲音。

　　當小節(jié)比賽到最后10 min時，計時器向蜂鳴器發(fā)出信號，蜂鳴器報警提示1 s，此時計時器的計時顯示面板由“00-10”變?yōu)椤?0—00”，當24 s顯示面板此時變?yōu)楹撩胗嫊r，這時就進入1/10 s倒計時。

　　當比賽結束時蜂鳴器報警提示4 s，計時器面板計時部分顯示為“00-00”，24 s顯示器顯示為“00”。此時本場比賽結束。流程圖如圖2所示。

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　　4 系統(tǒng)調試

　　4.1 軟件調試

　　利用Keil μVision 3進行仿真調試，根據(jù)設計要求運行程序、調試時間、運行的步驟等，最終達調試到設計需要的參數(shù)。

　　(1)程序編完后，對代碼仔細逐行檢查。檢查代碼的錯誤，建立自己的代碼檢查表，對經(jīng)常易錯的地方進行檢查。檢查代碼是否符合編程規(guī)范。

　　(2)對各個子程序進行仿真測試。仿真測試的方法：用程序測試程序，編制一個調用該子程序的代碼，建立要測試子程序的入口條件，再看看它是否按預期輸出結果。

　　(3)如果代碼有修改，再次對代碼進行檢查。

　　4.2 硬件調試

　　在Proteus Professional 7.1 SP2單片機仿真與電路板設計軟件中繪制電路原理圖，在搭接好基本電路后根據(jù)設計要求設置參數(shù)，之后將寫好的程序導入仿真硬件電路中，然后運行，觀察仿真現(xiàn)象是否與設計要求的一致。

　　主要需要調試的是電路的輸入電壓，計算電路中的電流來設置具體的通過每個元件的允許電流，即Imax，在調試穩(wěn)壓電源的時候需根據(jù)計算結果，選擇變壓器的參數(shù)，即能夠提供的最大電流、功率。合理選用電容參數(shù)的大小以保證穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)。仿真得到的效果和制作出來的實物之間有一定的差距，因為實際電路存在電損耗，所以在搭接硬件電路時必須考慮這些方面的影響。

　　5 注意事項

　　(1)根據(jù)硬件電路原理圖和裝配圖仔細檢查線路的正確性，并檢查元器件安裝是否正確。常要注意的是芯片及開關管的型號、放大器和開關管的極性、電容器的耐壓和極性、電阻的阻值和功率是否與設計圖紙相符，重點檢查系統(tǒng)總線間或總線與其他信號線間是否存在短路。

　　(2)檢查焊接點是否牢固，特別要仔細檢查有無漏焊和錯焊;對于靠得很近的相鄰焊點，要注意檢查金屬毛刺和是否短路，必要時可用萬用表進行測量。調試過程有時可能要重復多次。另外，在燒錄程序的時候，一定要注意到AT89系列單片機默認得有芯片加密。

　　(3)在制作過程中需考慮電流、電壓、磁場對單片機的影響，做好防護措施，可外接保護電路，從而消除灌流、尖峰電流的等對單片機運行的影響。

　　6 結語

　　計時器的時間設定操作簡單，功能齊全，體積小，易于方便攜帶等優(yōu)點。能廣泛應用于學校，籃球俱樂部，體育館或者小團體作為賽程的計時。