山东大学测控技术与仪器课程设计【参考】.doc

篮球赛电子计时记分牌是根据篮球比赛特点设计的独立的信息采集、分配、评判和显示的系统，能实现比赛时间和分数的实时、准确、快捷处理和呈现。本设计原理简单，主要采用AT89C52单片机作为微控制器，集合矩阵键盘、数码管和LED指示灯，通过键盘控制记分牌的工作状态，通过数码管和LED指示灯来反馈信息。本设计在充分考虑了篮球比赛的实际情况基础上设计，具有友好的人机交互接口，并且可以防止人为误操作造成的不良后果，具有一定的实用性。 1 设计任务 1.1 设计的目的和意义 目前球场记分牌在传统操作模式下，采用记分员手动翻动记分牌记分，工作方式单一。由于种种弊端，电子记分板已经开始在一些大型的体育场流行起来，不仅发展速度迅猛并会逐渐取代传统的电子记分牌。 电子记分板根据篮球比赛的特点，采用单片机为核心控制LED数码管，具有亮度高、可视性好、功耗小、使用寿命长等优点；具有性能稳定，尺寸适中，运输安装方式灵活，物美价廉等特点，特别适用于中、小型体育馆和训练馆。 1.2 设计任务与要求 设计题目：篮球赛电子计时记分牌 设计要求： 分别设计篮球比赛用的计时牌和记分牌； 上下半场各20分钟，要求能随时暂停，启动后继续计时，一场比赛结束后应可清零重新开始比赛； 能按照篮球计分规则计分并显示。 2 硬件系统设计 2.1 总体方案设计 篮球记分器的硬件电路分成主控模块、键盘输入模块、信息提示模块三部分进行设计，系统整体结构如图1所示。 图1 系统硬件结构图 主控模块以AT89C52为核心，完成输入输出信息处理、计时器中断响应、数值计算等，协调整个系统有条不紊地工作。键盘输入模块作为人机交互接口，允许用户控制系统的工作状态，完成如计时计分开始/暂停、交换场地、计时计分清零、比赛队伍分数调整等功能。信息提示模块包含4个2位8段数码管、6个LED和一个蜂鸣器，用于实时显示系统工作状态，方便用户进行下一步操作。 2.2 芯片选型与具体电路设计 2.2.1 单片机的选型 主控模块以AT89C52单片机作为微控制器。AT89C52单片机是一种低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。由于它的这些优良特性，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。采用AT89C52作为微控制器，可以很好地满足篮球记分器的系统要求。 2.2.2 复位和振荡电路的设计 图2给出了AT89C52单片机的引脚分布和最小系统接法。 图2 AT89C52单片机最小系统原理图 复位电路可以实现上电复位和按键复位两种复位方式：上电复位电路由电容串联电阻构成，由图并结合“电容电压不能突变”的性质，可以知道，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，并且这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。按键复位电路则是通过按下RESET按键拉高RST引脚电平来实现的。 晶体振荡电路由一个12MHZ石英晶振和两个30pF的电容组成，用于产生稳定的时钟脉冲信号供单片机工作。 2.2.3 键盘输入模块的设计 用户通过键盘输入模块对系统进行控制。键盘采用3*3矩阵式按键，其中按键“START/PAUSE”控制计时计分的开始与暂停，按键“EXCHANGE”用于在半场结束后交换双方记分牌上的分数，按键“CLEAR”用于在比赛结束后清除比分，其余的按键“A+1”、A+2”、“A+3”、“B+1”、“B+2”、“B+3”用于给参加比赛的A、B两队加上相应的分数。3*3矩阵按键的6条引线分别接至AT89C52的I/O口P3_0~P3_5，在单片机内部采用行列扫描法检测到按键按下，从而执行相应的任务。 矩阵键盘的连接方式如图3所示。 图3 矩阵键盘的连接方式 2.2.4 信息提示模块的设计 信息提示模块包含4个2位8段共阴极数码管（图4）、6个LED指示灯（图5）和一个蜂鸣器。 4个数码管分别用两位数字显示比赛分钟、秒钟和赛场上两个篮板的分数。由于单片机I/O口资源有限，为了不占用太多的接口，在此使用P0口向数码管同时送出数据（段选信号）和地址（位选信号），使用两个74HC573锁存器来分离数据和地址，而P2_0和P2_1口分别用于使能段选锁存器和位选锁存器。由于P0口的电流驱动能力有限，所以外接了排阻RP1，从而增强了对数码管的驱动能力。 图4 数码管连接原理图 LED1、LED2、LED3分别指示比赛状态“开始”、“暂停”和