基于單片機的乒乓球比賽記分顯示器設計

張曉祥 石爽 潘金平 紀祥龍 蔣峰峰

【摘 要】文章設計一款體積小、易攜帶、操作方法簡單、顯示清晰準確、性能穩(wěn)定且成本低廉，適合于各種中小型計分類比賽的計分顯示器。該計分顯示器的設計大體上包括以下幾個模塊：分數(shù)實時加減模塊、倒計時模塊、LED顯示系統(tǒng)。

【關鍵詞】單片機;計分;LED顯示

【中圖分類號】TN873 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）12-0057-02

乒乓球比賽記分顯示器是適用于各類大中小型乒乓球比賽中用的記錄并顯示比賽比分的裝置，目前該裝置主要有以下幾種：{1}傳統(tǒng)比賽記分牌，成本低廉但需專人操作，已不能滿足目前的現(xiàn)實需要。{2}電子計分裝置主要應用于大型比賽中，為了滿足現(xiàn)場效果，所以其尺寸、操作方式等一般都需要找廠家定制，這就造成了其成本過高。{3}移動式乒乓球計分裝置是安裝在手機上供乒乓球比賽的記分程序，它不僅設計得非常人性化，同時也可以與會場的大屏幕電子記分牌相連接，能做到比賽的實時同步。就目前來看，移動式計分系統(tǒng)將是未來的發(fā)展主流。

1 方案設計

本項設計采用的最小單片機系統(tǒng)為AT89S51單片機，該類單片機在使用時一定要包括單片機片內振蕩器和時鐘電路復位電路電源。本系統(tǒng)使用的是12 MHz，它為本系統(tǒng)的時鐘，設計中添加了電阻，其主要目的是保證P0端口的正常運行。我們以4個為一組，把8個顯示器分為2組用以統(tǒng)計個人得分，包括參賽運動員選手姓名（開頭第一個英文字母表示，如有雷同則可添加采用選手姓名最后一個字的英文大寫字母）、比賽分數(shù)（雙位位數(shù)表示00～99分）、比賽獲勝局數(shù)（單位數(shù)表示）和倒計時顯示器（結束30 s倒計時）。采用16個按鍵鍵入方式;S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16按下S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8可以控制比賽分數(shù)的實時加減，按下S9按鈕為雙方選手換位，S10按鈕為時間的開始和暫停，S0是復位鍵，比賽結束時按下復位鍵即置零，可將該裝置恢復至初始狀態(tài)，S11、S12、S13、S14、S15、S16是可以根據(jù)后期用戶的自身需要另行添加其他功能模塊的功能按鍵。當系統(tǒng)發(fā)生錯誤時及比賽時間結束時會自動觸發(fā)蜂鳴報警器，發(fā)出蜂鳴聲，以提示和報警。

系統(tǒng)主控電路圖如圖1所示，其中主要控制模塊有電源控制電路、按鍵控制電路、晶振電路、復位電路、LED顯示模塊控制電路、時鐘電路、蜂鳴報警器等。

1.1 電源供給設計方案

為使電源控制模塊能夠穩(wěn)定有效地工作，就一定要有可靠且穩(wěn)定的電源。如果采用獨立的電源供電，雖然電源的選擇上會有更多的選擇項，但是這樣也導致電源供給線路更加復雜，長期使用會增加電路電平的負載壓力，最終將會影響到整體裝置的正常工作。所以本項設計的電源控制電路是采用最小單片機系統(tǒng)控制模塊。本方案最大的特點就是結構較簡單、能耗較低且成本不高;缺點是輸出功率不高。

1.2 顯示界面方案

該顯示方案要求具有2組對立4個顯示功能?；谏鲜鲈?，本項設計考慮完全采用LED顯示。該方案最大的特點是在實現(xiàn)其基本功能的同時其操作也不復雜，能夠全面地滿足本項裝置所顯示的阿拉伯數(shù)字和英文字母符號。

1.3 矩陣鍵盤輸入方案

4×4行列式矩陣鍵盤通過8聯(lián)撥動撥碼開關與單片機的P3.0～P3.7八個端口相連接，P3.4～P3.7四個端口在其中作為列線，P3.0～P3.3四個端口在其中作為行線。本項設計的矩陣鍵盤通過以上方式分別實現(xiàn)16個按鍵的功能。其中S0為復位鍵，按下后即可恢復至最初狀態(tài)，S1、S2按鈕為A選手個位數(shù)加1減1，S3、S4按鈕為A選手十位數(shù)加1減1，S5、S6按鈕為B選手個位數(shù)加1減1，S7、S8按鈕為B選手十位數(shù)加1減1，S9按鈕為雙方選手換位，S10按鈕為時間的開始和暫停。

1.4 蜂鳴報警器設計

為了驅動蜂鳴報警器，本設計采用9012的三極管和一個2.2 K的012三極管。這樣就可以在三極管中使驅動電流放大，從而達到蜂鳴器報警器報警的作用。為了更好地運行，可采用高電平狀態(tài)輸出，這時三極管為導通狀態(tài)，驅動電流滿足報警的要求。

2 硬件設計

基于單片的乒乓球比賽計分顯示器設計方案的核心是以單片機為控制樞紐，在設計方案中采用模塊化布局，設計方案中共分為以下個功能模塊：ST89S51單片機控制系統(tǒng)、蜂鳴報警器模塊、4×4矩陣鍵盤及LED計分顯示模塊等。ST89S51單片機作為整個設計方案的中央控制中心，它不僅僅是組織協(xié)調整體裝置平穩(wěn)運行的控制器，還是實時比賽數(shù)據(jù)的信息處理中心。它由單片機內振蕩器、時鐘電路和復位電路等組成。系統(tǒng)采用8個LED小型顯示模塊。

3 記分牌裝置控制系統(tǒng)的設計

3.1 記分牌裝置的具體控制要求

記分牌上一共有8個LED小型顯示模塊，且4個模塊為1組，2組分布于上下方位或者平行方位。同時確保多個LED之間能夠同步亮滅，而比賽選手姓名欄則要確保常亮不變。顯示獲勝局數(shù)、分數(shù)和比賽時間的LED顯示模塊可以隨著比賽的進行而改變;如比賽期間多個LED顯示模塊之間不能保持協(xié)調工作，則應該系統(tǒng)自主關閉，同時向主控制系統(tǒng)發(fā)出警報。系統(tǒng)工作后，首先整個LED顯示模塊要一起亮閃3 s以檢查是否出現(xiàn)不亮情況;接著開始顯示姓名單個字母，剩余LED顯示模塊顯示數(shù)值均為零，然后可以通過按動S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8按鍵改變分數(shù)數(shù)值。按動S9交換2組4個LED顯示模塊的顯示數(shù)值，按動S0除了顯示姓名數(shù)碼管外的數(shù)碼管數(shù)值全部歸零。

3.2 記分牌控制系統(tǒng)的程序編制

（1）軟件設計應用環(huán)境。本項設計方案主要是進行各個模塊之間協(xié)調，已達到使電源控制模塊、分數(shù)實時加減模塊等的初始化，乒乓球比賽中能夠及時發(fā)送并處理數(shù)據(jù)，同時對4×4矩陣鍵盤進行完整的按鍵系統(tǒng)配對掃描，在乒乓球比賽過程中等待外部的中斷，以及比賽過程中因比分導致突發(fā)事件的應急處理。

（2）軟件設計流程。本項乒乓球記分顯示裝置一共有兩種狀態(tài)，一種是通過手動按鈕進行加分或者減分狀態(tài)，一種是可以通過復位鍵與交換鍵實現(xiàn)數(shù)值交換或者清零。然后可以向其輸入代碼。其流程圖如圖2所示。

4 結語

本文系統(tǒng)地介紹了一種以AT89S51單片機為基礎的乒乓球比賽分數(shù)記錄裝置的設計方案。此類計分裝置的出現(xiàn)將有利于乒乓球比賽事業(yè)的發(fā)展。

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