單片機(jī)實(shí)現(xiàn)籃球記分牌及設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)實(shí)現(xiàn)籃球記分牌的設(shè)計(jì)目錄摘要2第1章 引 言 1.1 單片機(jī)的特點(diǎn)及發(fā)展概況31.2 單片機(jī)的基本組成31.3 單片機(jī)的特點(diǎn)31.4 單片機(jī)的應(yīng)用31.5 單片機(jī)的發(fā)展概況41.6單片機(jī)在籃球記分牌中的應(yīng)用4第2章 籃球記分牌硬件設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)題目分析52.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)52.3 硬件設(shè)計(jì)電路圖13第3章 籃球記分牌系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件設(shè)計(jì)思路及程序流程圖153.2 程序清單26 第4章 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) 計(jì)心得及改進(jìn)41致 謝42 參考文獻(xiàn)43 摘 要： 單片機(jī)是把主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。它是一種集計(jì)數(shù)和多接口于一體的微控制器，被廣泛應(yīng)用在智能產(chǎn)品和工業(yè)

2、自動(dòng)化上，而51單片機(jī)是個(gè)單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)籃球比賽記分牌，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：LED數(shù)碼管顯示、按鍵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及輔助功能的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)包括：功能選擇、倒計(jì)時(shí)的實(shí)現(xiàn)。本文主要介紹了單片機(jī)實(shí)現(xiàn)籃球記分牌的整個(gè)設(shè)計(jì)流程，采用匯編語(yǔ)言編寫程序。本課題選擇AT89C51為核心控制元件，設(shè)計(jì)了日常比賽中用到的籃球記分牌。設(shè)計(jì)同時(shí)引用MAX7219專用LED驅(qū)動(dòng)芯片，解決了多位LED數(shù)碼管同時(shí)顯示的問(wèn)題，硬件結(jié)構(gòu)緊湊，成本低。該單片機(jī)籃球記分牌可適應(yīng)不同籃球規(guī)則，通過(guò)按鍵修改每個(gè)設(shè)置。運(yùn)行可靠，具有一定的使用價(jià)值和競(jìng)爭(zhēng)價(jià)值。

3、關(guān)鍵詞 ： AT89C51單片機(jī)、LED數(shù)碼管、MAX7219、匯編、籃球記分牌 第一章 引 言1.1單片機(jī)的特點(diǎn)及發(fā)展概況 單片機(jī)是一個(gè)單芯片形態(tài),面向控制對(duì)象的嵌入式應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng).它的出現(xiàn)及發(fā)展使計(jì)算機(jī)技術(shù)從通用型數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域進(jìn)入到智能化的控制領(lǐng)域.從此,計(jì)算機(jī)技術(shù)在兩個(gè)重要領(lǐng)域通用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域和嵌入式計(jì)算機(jī)領(lǐng)域都得到了極其重要的發(fā)展,并正在深深地改變著我們的社會(huì)。1.2 單片機(jī)的基本組成 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特征是將組成計(jì)算機(jī)的基本部件集成在一塊晶體芯片上,構(gòu)成一臺(tái)功能獨(dú)特的,完整的單片微型計(jì)算機(jī).1.3 單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)決定了它具有如下特點(diǎn).(1)高集成度,高可靠性 單片機(jī)將各功能

4、部件集成在一塊晶體芯片上,集成度很高,體積自然也是最小的.芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的,內(nèi)部布線很短,其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU.單片機(jī)程序指令,常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞,許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi),故可靠性高.(2)控制功能強(qiáng) 為了滿足對(duì)對(duì)象的控制要求,單片機(jī)的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件:分支轉(zhuǎn)移能力,I/O口的邏輯操作及位處理能力,非常適用于專門的控制功能.(3)低電壓,低功耗 為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng),許多單片機(jī)內(nèi)的工作電壓僅為1.8V3.6V,而工作電流僅為數(shù)百微安.(4)優(yōu)異的性能價(jià)格比 單片機(jī)的性能極高.為了提高速度和運(yùn)行效率,單片機(jī)已開始使用RISC流

5、水線和DSP等技術(shù).單片機(jī)的尋址能力也已突破64KB的限制,有的已可達(dá)到1MB和16MB,片內(nèi)的ROM容量可達(dá)62MB,RAM容量則可達(dá)2MB.由于單片機(jī)的廣泛使用,因而銷量極大,各大公司的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)更使其價(jià)格十分低廉,其性能價(jià)格比極高.1.4單片機(jī)的應(yīng)用 由于單片機(jī)功能的飛速發(fā)展,它的應(yīng)用范圍日益廣泛,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了計(jì)算機(jī)科學(xué)的領(lǐng)域.小到玩具,信用卡,大到航天器,機(jī)器人,從實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,過(guò)程控制,模糊控制等智能系統(tǒng)到人類的日常生活,到處都離不開單片機(jī).其主要的應(yīng)用領(lǐng)域如下。(1)在測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 單片機(jī)可以用于構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng),自適應(yīng)控制系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等.例如,工業(yè)上的鍋爐控制,電機(jī)控

6、制,車輛檢測(cè)系統(tǒng),水閘自動(dòng)控制,數(shù)控機(jī)床及軍事上的雷達(dá),導(dǎo)彈系統(tǒng)等。(2)在智能化儀器儀表中的應(yīng)用 單片機(jī)應(yīng)用于儀器儀表設(shè)備中促使儀器儀表向數(shù)字化,智能化,多功能化和綜合化等方向發(fā)展.單片機(jī)的軟件編程技術(shù)使長(zhǎng)期以來(lái)測(cè)量?jī)x表中的誤差修正,線性化的處理等難題迎刃而解。(3)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用 單片機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)合使傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,控制走向智能化,構(gòu)成新一代的機(jī)電一體化產(chǎn)品.這是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向。(4)在智能接口中的應(yīng)用 計(jì)算機(jī)系統(tǒng),特別是較大型的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中采用單片機(jī)進(jìn)行接口的控制管理,單片機(jī)與主機(jī)并行工作,可大大提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度.例如,在大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,用單片機(jī)對(duì)模/數(shù)

7、轉(zhuǎn)換接口進(jìn)行控制不僅可提高采集速度,還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理.如數(shù)字濾波,誤差修正,線性化處理等.(5)在人類生活中的應(yīng)用 單片機(jī)由于其價(jià)格低廉,體積小巧,被廣泛應(yīng)用在人類生活的諸多場(chǎng)合,如洗衣機(jī),電冰箱,空調(diào)器,電飯煲,視聽音響設(shè)備,大屏幕顯示系統(tǒng),電子玩具,信用卡,樓宇防盜系統(tǒng)等.單片機(jī)將使人類的生活更加方便舒適,豐富多彩。1.5 單片機(jī)的發(fā)展概況 單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長(zhǎng),它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體上同步.1970年微型計(jì)算機(jī)研制成功后,隨即在1971年,美國(guó)Intel公司生產(chǎn)出了4位單片機(jī)4004,它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,功能單一,控制能力較弱,但價(jià)格低廉.1976年Intel公

8、司推出了MCS-48系列單片機(jī),它以體積小,功能全,價(jià)格低等特點(diǎn)獲得了廣泛的應(yīng)用,成為單片機(jī)發(fā)展進(jìn)程中的一個(gè)重要階段,此可謂是第一代單片機(jī).在MCS-48系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上,Intel公司在20世紀(jì)80年代初推出了第二代單片機(jī)的代表MCS-51系列單片機(jī).這一代單片機(jī)的主要技術(shù)特征是為單片機(jī)配置了完美的外部并行總線和串行通信接口,規(guī)范了特殊功能寄存器的控制模式,以及為增強(qiáng)控制功能而強(qiáng)化布爾處理系統(tǒng)和相關(guān)的指令系統(tǒng),為發(fā)展具有良好兼容性的新一代單片機(jī)奠定了良好的基礎(chǔ).近幾年出現(xiàn)了具有許多新特點(diǎn)的單片機(jī),可稱之為第三代單片機(jī).它以新一代的80C51系列單片機(jī)為代表.同時(shí)16位單片機(jī)也有很大發(fā)展.盡

9、管目前單片機(jī)品種繁多,但其中最為典型的仍當(dāng)屬Intel公司的MCS-51系列單片機(jī).它的功能強(qiáng)大,兼容性強(qiáng),軟硬件資料豐富.國(guó)內(nèi)也以此系列的單片機(jī)應(yīng)用最為廣泛.直到現(xiàn)在MCS-51仍不失為單片機(jī)中的主流機(jī)型.在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi),單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的8位機(jī)主流地位還不會(huì)改變.1.6單片機(jī)在籃球記分牌中的應(yīng)用 由于本次設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單籃球記分牌體積小，故要求其控制器體積更小以便能嵌入其結(jié)構(gòu)之中。單片機(jī)以微小的體積和編程的靈活性而產(chǎn)生多種控制功能，完全可以滿足需求。可以適應(yīng)不同規(guī)則下操作。其具體功能及實(shí)現(xiàn)在以下兩章做詳細(xì)介紹。 第二章 硬件設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)題目分析題目：籃球比賽電子記分牌 題目要求：1.顯

10、示球隊(duì)的英文名稱(縮寫)或用LED點(diǎn)陣顯示中文名 2.顯示比分用三位數(shù)表示 3.顯示比賽剩余時(shí)間，進(jìn)攻剩余時(shí)間，這些剩余時(shí)間變?yōu)?時(shí)發(fā)出相應(yīng)警報(bào) 4.可用按鍵顯示修改球隊(duì)名稱，及比賽剩余時(shí)間，并設(shè)置暫停鍵。 球隊(duì)名 _ _ _ vs _ _ _ 比分 _ _ _ : _ _ _ 比賽剩余時(shí)間 _ _ : _ _ 第_場(chǎng) 進(jìn)攻剩余時(shí)間 _ _2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 面板設(shè)計(jì)： 球 隊(duì) 名 _ _ _VS_ _ _ active比 分 _ _ _ : _ _ _ start attack setn比賽倒計(jì)時(shí) _ _ : _ _ setft up down第 _ 場(chǎng) 進(jìn)攻倒計(jì)時(shí)_ _ 按 鍵 操 作籃

11、球記分牌的實(shí)現(xiàn)方法有很多，可以分為兩大類：第一類是全部采用硬件實(shí)現(xiàn)；第二類是采用硬件和軟件想結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。這里采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電子鐘屬于第二種方法。 該設(shè)計(jì)的籃球記分牌基本功能如設(shè)計(jì)題目要求所述（1） 用三位英文字母縮寫代表球隊(duì)名，采用MAX7219專用LED驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)靜態(tài)顯示，共6位LED（2） 采用單片機(jī)的動(dòng)態(tài)掃描方式動(dòng)態(tài)顯示比分、比賽倒計(jì)時(shí)、進(jìn)攻倒計(jì)時(shí)、場(chǎng)次，共需要13位LED數(shù)碼管（3） 通過(guò)按鍵修改球隊(duì)名稱，及比賽剩余時(shí)間等，并設(shè)置暫停鍵，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)全部暫停。按鍵有6個(gè)分別為 START鍵 ATTACK鍵 UP鍵 DOWN鍵 SETN 鍵 SETFT鍵和一個(gè)狀態(tài)開關(guān)active （

12、4） 通過(guò)蜂鳴器發(fā)出倒計(jì)時(shí)到報(bào)警信號(hào)，節(jié)時(shí)到報(bào)警2秒鐘，竟工倒計(jì)時(shí)到報(bào)警1秒按鍵及開關(guān)功能設(shè)定 START鍵 比賽開始/暫停ATTACK鍵 進(jìn)攻開始UP鍵 加1DOWN鍵 減1SETN 鍵 設(shè)置球隊(duì)名、節(jié)時(shí)、節(jié)數(shù)、進(jìn)攻限時(shí)SETFT鍵 修改比分、修正比賽時(shí)間、修正進(jìn)攻時(shí)間開關(guān)active 比賽前/比賽中狀態(tài)開關(guān)硬件設(shè)計(jì)框圖： 蜂鳴報(bào)警單片機(jī)鍵盤LED顯示系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1. 器件選型（1） 根據(jù)以上列出的主要功能，單片機(jī)可選用Atmel公司生產(chǎn)的，與8031完全兼容的AT89C51單片機(jī)，該單片機(jī)除了具有8031所有的功能外，該單片機(jī)還帶有4KBde FLASH的程序存儲(chǔ)器，外部不需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)

13、器，此時(shí)P0、P1、P2、P3可以用做通用I/O口使用。另外，選用該單片機(jī)可以減低系統(tǒng)成本，由于不需要擴(kuò)展外部 ROM存儲(chǔ)器，系統(tǒng)的數(shù)量減少，使硬件結(jié)構(gòu)更加緊湊，系統(tǒng)性能更好。（2） MAX7219專用LED驅(qū)動(dòng)芯片，是一種高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED顯示驅(qū)動(dòng)器。每片可驅(qū)動(dòng)8位7段加小數(shù)點(diǎn)的共陰極數(shù)碼管，可以數(shù)片級(jí)聯(lián)，而與微處理器的連接只需3根線。MAX7219內(nèi)部設(shè)有掃描電路，除了更新顯示數(shù)據(jù)時(shí)從單片機(jī)接收數(shù)據(jù)外，平時(shí)獨(dú)立工作，極大地節(jié)省了MCU有限的運(yùn)行時(shí)間和程序資源。（3） 由于一個(gè)按鍵要實(shí)現(xiàn)多種狀態(tài)轉(zhuǎn)換所以，按鍵采用獨(dú)立式鍵盤結(jié)構(gòu)。（4） 報(bào)警電路采用單音頻報(bào)警（5

14、） 綜合其優(yōu)缺點(diǎn)，LED顯示采用動(dòng)靜結(jié)合方式。2.MAX7219芯片簡(jiǎn)介MAX7219芯片上包括BCD譯碼器、多位掃描電路、段驅(qū)動(dòng)器、位驅(qū)動(dòng)器和用于存放每個(gè)數(shù)據(jù)位的8×8靜態(tài)RAM以及數(shù)個(gè)工作寄存器。通過(guò)指令設(shè)置這些工作寄存器，可以使MAX7219進(jìn)入不同的工作狀態(tài)。A.管腳說(shuō)明 圖1是MAX7219的管腳分布圖。其中：(1)DIN為串行數(shù)據(jù)輸入端。當(dāng)CLK為上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被載入16 b內(nèi)部移位寄存器。(2)CLK為串行時(shí)鐘輸入端。其最大工作頻率可達(dá)10 MHz。(3)LOAD為片選端，當(dāng)LOAD為低電平時(shí)，芯片接收來(lái)自DIN的數(shù)據(jù)，LOAD回到高電平時(shí)，接收的數(shù)據(jù)將被鎖定。

15、0;   圖2反映了DIN，CLK和LOAD的工作時(shí)序。(4)DIG0DIG7為吸收顯示器共陰極電流的位驅(qū)動(dòng)線。其最大值可達(dá)500 mA，關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，輸出VCC。(5)SEGASEGG，DP為驅(qū)動(dòng)顯示器7段及小數(shù)點(diǎn)的輸出電流，一般為40 mA左右，可軟件調(diào)整，關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，接入GND。(6)DOUT為串行數(shù)據(jù)輸出端，通常直接接入下一片MAX7219的DIN端。 B.操作指令MAX7219有5個(gè)工作狀態(tài)寄存器，分別是譯碼方式選擇、亮度調(diào)節(jié)、掃描位數(shù)設(shè)定、待機(jī)開關(guān)、顯示器檢測(cè)。除空指令外，7219的所有操作指令都是2個(gè)字節(jié)，前一個(gè)是操作代碼，后一個(gè)是操作數(shù)。下面用十六進(jìn)制數(shù)對(duì)控制

16、命令加以說(shuō)明。C.譯碼方式選擇操作代碼為“09H”，操作數(shù)為“0”或“0FFH”。選中“0”則不使用BCD譯碼器，在顯示數(shù)字或符號(hào)時(shí)，按每段點(diǎn)亮與否編排傳送碼。而選中“0FFH”時(shí)，則按8421標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制編碼來(lái)代表相應(yīng)的顯示數(shù)字，如表1所示。需要說(shuō)明的是，無(wú)論譯碼與否，表1中操作數(shù)的最高位D7均為小數(shù)點(diǎn)，“1”為亮，“0”為滅，所以表1中所列是小數(shù)點(diǎn)不亮?xí)r的操作數(shù)。D.亮度調(diào)節(jié)操作代碼為“0AH”，操作數(shù)如表2所示。這個(gè)指令可以用來(lái)調(diào)節(jié)顯示器的亮度，改變其操作數(shù)可以改變MAX7219內(nèi)部掃描脈沖的寬度，從而使電流的平均值有所變化，這個(gè)電流平均值可以從最小的1/32至最大的31/32之間進(jìn)行16

17、級(jí)調(diào)節(jié)。MAX7219還提供了一種硬件調(diào)整顯示器亮度的方式，即通過(guò)第18管腳的ISET和VCC之間跨接的一個(gè)電阻來(lái)調(diào)節(jié)其亮度，段驅(qū)動(dòng)平均電流大約為流過(guò)此電阻電流的100倍，實(shí)際應(yīng)用中常用十幾k的電阻直接接入即可。E. 掃描位數(shù)設(shè)定操作代碼為“0BH”，操作數(shù)如表3所示。如果所用的顯示器少于8位，則應(yīng)通過(guò)這條指令設(shè)置相應(yīng)的位數(shù)。因?yàn)樵O(shè)置的位數(shù)如果比實(shí)際使用的位數(shù)大，就會(huì)形成“虛位”，而一旦對(duì)“虛位”進(jìn)行操作，將會(huì)引起整個(gè)顯示器的混亂，這是需要加以注意的。另外，掃描位數(shù)的設(shè)置，會(huì)影響到掃描頻率的變化，相應(yīng)地，顯示器亮度也會(huì)隨著變化，所以應(yīng)先確定掃描位數(shù)，再設(shè)置顯示器亮度。F.待機(jī)開關(guān) &

18、#160;  操作代碼為“0CH”，操作數(shù)為“0”或“1”。    操作數(shù)為“0”，則顯示器不工作(滅燈)，反之，顯示器正常工作。待機(jī)狀態(tài)下，7219的工作電流僅為150A。G.顯示器檢測(cè)    操作代碼為“0FH”，操作數(shù)為“0”或“1”。    選擇操作數(shù)為“1”時(shí)，可點(diǎn)亮整個(gè)顯示器，通常用來(lái)檢查數(shù)碼管及連接電路是否存在故障。檢測(cè)時(shí)，不會(huì)改變各位原有的顯示數(shù)據(jù)，即檢測(cè)完畢后，再送入不檢測(cè)指令“0”，又可恢復(fù)顯示原數(shù)據(jù)。H. 位操作指令位操作指令就是對(duì)8個(gè)數(shù)碼管顯示內(nèi)容的操作，也是2個(gè)字節(jié)，第

19、1個(gè)字節(jié)是位的代碼，如表4所示，第2個(gè)字節(jié)則根據(jù)譯碼方式的選擇，來(lái)使用表1中的編碼。需要說(shuō)明的是，上述所有指令的輸入，不分先后(但每個(gè)指令2個(gè)字節(jié)的秩序不能顛倒)。通常，前5條指令一般在上電初始化程序中加以設(shè)置，而在工作程序中，僅使用位操作指令即可。另外，MAX7219上電時(shí)，譯碼方式、亮度調(diào)節(jié)、掃描位數(shù)、待機(jī)開關(guān)、顯示檢測(cè)等5個(gè)控制寄存器全部歸零。I.與單片機(jī)的連接MAX7219與51單片機(jī)的連接形式有2種，一種是將MAX7219的3個(gè)輸入端DIN，CLK和LOAD與1951單片機(jī)的任意3個(gè)端口連接；一種則是直接與51單片機(jī)的串行接口相連。以下分別介紹這2種方式。J. 與單片機(jī)任意

20、3個(gè)端口連接的方式    假定按圖3所示方法連接。 MAX7219每次接收2個(gè)字節(jié)，高位在先，其指令可編寫為：      *以下是MAX7219與單片機(jī)串行接口及MAX7219之間多片聯(lián)級(jí)知識(shí)，在此只作粗略介紹* * * * *   K.用單片機(jī)的串行接口如果將MAX7219的DIN接入單片機(jī)的RXD，CLK接入TXD，LOAD選任一口線，則可通過(guò)單片機(jī)串行口對(duì)MAX7219像對(duì)其他設(shè)備一樣按模式0進(jìn)行發(fā)送操作。但由于串行口數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF為右移發(fā)送，所以MAX7219的所有命令和操作數(shù)與第一種方式相比均應(yīng)反轉(zhuǎn)，見表59。注意表6中操作數(shù)的最低位D0為小數(shù)點(diǎn)。L.MAX7219的多片級(jí)聯(lián)MAX72