基于單片機(jī)的籃球計(jì)分器設(shè)計(jì)

西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院 王子謙

在當(dāng)今的體育賽事中，比賽的計(jì)分系統(tǒng)對(duì)觀眾和運(yùn)動(dòng)員尤為重要，觀眾可以根據(jù)比分的實(shí)時(shí)顯示為自己支持的隊(duì)伍吶喊助威，運(yùn)動(dòng)員更是要靠著計(jì)分器來(lái)把握比賽的節(jié)奏，包括攻防轉(zhuǎn)換、替補(bǔ)換人以及賽間休息等等。因此，為了讓比賽進(jìn)行得更加專業(yè)化和流暢化，我們有必要對(duì)比賽的計(jì)分系統(tǒng)進(jìn)行改良。

籃球賽事的得分系統(tǒng)是一種記分類型的系統(tǒng)，是根據(jù)主客兩隊(duì)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的積分比來(lái)決定輸贏?；@球比賽得分系統(tǒng)由記分器和計(jì)時(shí)鐘等智能電子設(shè)備組成。而且，根據(jù)目前籃球比賽的專業(yè)化和高水準(zhǔn)，完備的智能設(shè)備體系要與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)錄制、直播平臺(tái)等連接，為觀眾打造全方位的視頻帶入感。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本次計(jì)分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，以單片機(jī)為核心來(lái)連接外圍電路和PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)比賽計(jì)分器的功能。

1.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)，是指用最少的元器件組成功能齊全的工作系統(tǒng)的單片機(jī)。51單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由單片機(jī)、晶振和復(fù)位電路組成。圖1所示為一個(gè)51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖。

圖1 51單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖

第一部分：電源組

40 腳接電源 5V（右上角），20 腳接電源負(fù)極（左下角），在單片機(jī)里面，負(fù)極也可以叫 GND 或者“地”，我們?cè)趩纹瑱C(jī)的應(yīng)用中，習(xí)慣說(shuō)負(fù)極為“地”，上面 GND 就是英文 ground 的縮寫(xiě)，翻譯過(guò)來(lái)就是“地”的意思。

第二部分：晶振電路

11.0592 M 晶振 Y1 與單片機(jī)的 18，19 腳并聯(lián)，因?yàn)檫@兩只腳，就是晶振的工作引腳，22p 電容 C2 一端接 18 腳，一端接地，22p 電容 C3 一端接 19 腳，一端接地，兩個(gè)電容，在 10～30P 中選擇可行性較高，主要作用是濾掉晶振部分的高頻信號(hào)，讓晶振工作的穩(wěn)定性更高。

第三部分：復(fù)位電路

10u 電容 C1 正極接電源，負(fù)極接最小系統(tǒng)的復(fù)位腳，即第 9腳。1K 電阻R17一端接單片機(jī)的復(fù)位腳，一端接地。就是通過(guò)這個(gè)10u 和 1k，就可以讓單片機(jī)一開(kāi)始供電時(shí)候，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，從零開(kāi)始執(zhí)行程序，這個(gè)就是復(fù)位的概念。

第四部分：其它功能組

P3^1 這個(gè)腳是存儲(chǔ)器使用選擇腳，當(dāng)這個(gè)腳接“地”時(shí)，那么就是告訴單片機(jī)，選擇使用外部存儲(chǔ)器，當(dāng)這個(gè)腳接“5V”時(shí)，說(shuō)明單片機(jī)使用內(nèi)部存儲(chǔ)器。

如果選擇外部的存儲(chǔ)器，太浪費(fèi)單片機(jī)僅有的資源，所以這一腳永遠(yuǎn)接電源 5V（如圖1所示），使用單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器。

1.3 按鍵模塊設(shè)計(jì)

按鍵模塊設(shè)計(jì)中共涉及 5 個(gè)按鍵，分別控制甲、乙兩隊(duì)的加分按鈕；時(shí)間暫停或繼續(xù)；時(shí)間復(fù)位以及全部數(shù)據(jù)的復(fù)位。該 5 個(gè)按鈕分別與單片機(jī) P2 口的P2.3～P2.7 相連 0。其中按鍵模塊采用按鍵共陰極設(shè)計(jì)，由于 stc52 系列單片機(jī)的 IO 口在不賦值處理時(shí)，默認(rèn)為高電平，故案件采用共陰極設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)按鍵按下后，該 IO 口被拉低為低電平，單片機(jī)即可采集到信號(hào)， 并對(duì)IO口的信號(hào)做出相應(yīng)的反應(yīng)。

1.4 顯示模塊設(shè)計(jì)

模塊顯示選用 LCD1602來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示器的動(dòng)態(tài)掃描。字符型液晶顯示模塊是一種專門(mén)用于顯示字母、數(shù)字和符號(hào)等的點(diǎn)陣式 LCD。一般的 LCD1602 字符型液晶顯示器的內(nèi)部控制器大部分為 HD44780，能夠顯示英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字、日文片假名和一般性符號(hào)。1602 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性通過(guò)電壓來(lái)控制其顯示面積。如果接通電源，就會(huì)有圖形顯示。

圖2 1602液晶顯示屏指令說(shuō)明

圖3 總流程圖

液晶顯示器采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳接口，其中Vss為接地電源，VDD接正電源，VO為L(zhǎng)CD的對(duì)比度調(diào)節(jié)端子。接正電源時(shí)，顯示屏對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高。使用時(shí)，對(duì)比度可通過(guò)10k電位器調(diào)節(jié)。RS是寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平選擇指令寄存器。RW是一種讀寫(xiě)信號(hào)線，可以在高電平下讀，也可以在低電平寫(xiě)。當(dāng)RS和RW均為低電平信號(hào)時(shí)，可進(jìn)行寫(xiě)入指令或顯示地址操作；當(dāng)RS為低電平，RF為高電平時(shí)，可進(jìn)行讀取忙信號(hào)；當(dāng)RS為高電平，F(xiàn)為低電平時(shí)，可進(jìn)行寫(xiě)入數(shù)據(jù)操作。E端為使能源，電流端子由高電平變?yōu)榈碗娖剑琇CD模塊執(zhí)行指令。

主要功能如圖2所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

按鍵模塊程序?yàn)榱烁玫厥褂皿w驗(yàn)，使用了按鍵防抖設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)方法為，先用判斷語(yǔ)句判斷是否按下，延時(shí)5 us后再次判斷，如果仍然為按下?tīng)顟B(tài)，則用循環(huán)語(yǔ)句將其鎖死在尋黃狀態(tài)語(yǔ)句中，當(dāng)案件被釋放之后再繼續(xù)執(zhí)行下面的內(nèi)容。以此達(dá)到防止一次按下，無(wú)線多次觸發(fā)相同內(nèi)容的目的。顯示模塊由于要做到動(dòng)態(tài)顯示，所以首先要設(shè)置定時(shí)器0工作在模式1狀態(tài)下，并且賦給一定的初值，以此達(dá)到每次溢出都是20 ms的目的。其次每次獲得新的數(shù)據(jù)之后都要重新寫(xiě)入1602的指令并且更新數(shù)據(jù)。總流程圖如圖3所示。

3 系統(tǒng)仿真

本設(shè)計(jì)主要是用proteus軟件繪圖以及Keil uVision4軟件進(jìn)行編程仿真的。

3.1 用keil軟件編寫(xiě)程序

（1）新建工程，為工程選擇目標(biāo)器件。

（2）新建文件，保存為XX.c，將文件添加到工程中：在項(xiàng)目管理窗口中選中文件組，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇“Add File to Group'Source Group 1'”，添加源程序“JP.c”到項(xiàng)目中。

（3）設(shè)置工程項(xiàng)目環(huán)境。

（4）對(duì)工程進(jìn)行編譯連接（檢查語(yǔ)法錯(cuò)誤，可以生成.hex文件），調(diào)試運(yùn)行源程序，建立出.hex文件。

3.2 用proteus繪制電路圖

從proteus庫(kù)中選取元器件，連線。然后雙擊單片機(jī)，打開(kāi)后，尋找keil軟件生成的.hex文件，并點(diǎn)擊確認(rèn)，仿真程序燒入單片機(jī)。仿真圖如圖4所示。

圖4 仿真電路圖

結(jié)束語(yǔ)：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)是一門(mén)智能控制的學(xué)科，以后的社會(huì)將會(huì)是智能化的社會(huì)。籃球記分器是一種基于單片機(jī)的計(jì)時(shí)和記分于一體的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。它采用計(jì)時(shí)器、記分器、24s定時(shí)來(lái)集成控制。由于單片機(jī)性能穩(wěn)定、可靠性高、易于開(kāi)發(fā)，特別是體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等特點(diǎn)，使得儀器儀表更加數(shù)字化、智能化。