基于单片机篮球比赛计时计分器，基于单片机的篮球赛计时计分器设计

接下来是专门设计的11个按钮，与计时器和记分器配合，调整时间和分数，其中8个按钮用于设置、切换场地、开始和暂停等功能。

1.3 设计任务及要求

任务：设计一个在球场上使用的篮球计时得分器。

要求： 1. 能够记录整个赛程的比赛时间并能够更改比赛时间。

2、A队和B队整个过程中的得分可以随时更新。

3、如果中间交换场地，A队和B队的成绩可以互换。

4. 游戏结束时可以播放闹钟声音。

5. 含+5V、+12V直流稳压电源。

2 系统总体规划及硬件设计2.1 总体规划：

本系统采用单片机AT89C51作为本设计的核心部件。显示装置采用7段共阳极LED。本设计中，总共连接了10个7段共阳极LED显示屏，其中6个用于记录AB队的得分，每队3个LED显示屏的显示范围从0到999分达到。另外四个LED显示屏用于记录比赛时间，其中两个用于显示分钟，两个用于显示秒。比赛时间由计时决定。也就是说，您在比赛前设置时间，在比赛开始时启动计时器，并等到计时器归零。计时范围可达0-999分钟，完全满足真实比赛赛程的需要。

接下来，为了配合计时器和记分器调整时间和比分，我们特地安装了11个按钮，其中3个用于设置、场地变更、开始和暂停，其余8个按钮用于其他操作。调整，比赛比分。 AT89C51单片机是智能控制器的核心，控制整个系统电路的运行。 74LS164将单片机输出的串行输入信号转换成并行信号输出，以驱动LED。显示屏显示比赛时间和比赛比分。两队等信息；键盘用于发出控制命令；报警电路在24秒进攻时间结束或一节结束时发出声光报警信号。

1）以AT89C51为控制核心的微机控制电路

2）键盘电路采用软件延迟去抖电路设计，输入接口采用串行方式，减少了占用CPU的接口，降低了硬件成本，同时也提高了系统的可扩展性。

3）显示电路采用静态显示方式，采用串行输入并行输出的74LS164集成电路，该电路驱动能力强，可直接驱动LED显示，减少了显示电路与单片机的连接线。

4）设计了复位电路。智能控制器配备有微控制器开始工作时所需的复位电路。

2.2 系统硬件配置：

该篮球比赛计时记分系统是由相应的键盘控制电路、LED显示、声光报警、电源等电路组成的时间计算系统。人员易于控制，可处理数据，输出比赛时间和比分，并驱动显示电路显示数值。采用单片机系统的篮球比赛计时记分器的系统结构图如下所示。

图1 系统框图

3 硬件电路设计3.1 键盘模块设计

此设计需要调整小时和分钟等功能，因此键盘设计是必须的。在非编码键盘中，每个按键的功能只是接通或断开相应的触点，每个按键的键码不是由硬电路产生的，而是由相应的扫描处理程序扫描形成的。因此，非编码键盘的硬件电路非常简单，在微型计算机中得到广泛应用。

此设计使用单独的非编码键盘。每个按钮彼此独立，需要来自CPU的I/O输入数据线。控制乐谱调整的八个按钮分别连接到P1.0至P1.7。控制切换字段和开始/暂停的三个按钮连接到CPU的P3.0至P3.2端口。如果没有按下任何按钮，CPU 从P1 端口读取的所有引脚电平将为“0”。 ' (+5V); 当按下按钮时，该按钮对应的端口线变为低电平。微控制器定期对P1 端口执行程序查询，以确定是否按下了键盘上的按键以及按下了哪些按键。

11个控制按钮定义如下：

S1 RST/VPD 复位按钮

S2 P1.0 A队加1分

S3 P1.1 A队加2分

S4 P1.2 A队加3分

S5 P1.3 A队输1分

S6 P1.4 B队加1分

S7 P1.5 B队加2分

S8 P1.6 B队加3分

S9 P1.7 B队负1分

S10 P3.0 开始/暂停按钮

S11 P3.1 场地切换按钮

S12 P3.2 时间设置按钮

控制按钮设计如下：

图2 键盘电路设计图

3.2 LED显示模块设计

3.2.1 采用AT89C51 的LED 显示LED 是发光二极管的缩写，LED 数码管结构简单，价格低廉。 LED数码管常用于微控制器显示器。 89C51单片机的LED数码管显示可分为静态和动态两种。静态显示的特点是每个LED管能够同时稳定地显示自己的字体，而动态显示是指每个LED管依次重复显示自己的字符。每个LED 似乎同时显示不同的字符。

静态显示：所谓静态显示是指微控制器可以输出一次显示，然后保持该显示直到下一次发送新的显示模型。此类显示器使用时间短，工作可靠，但缺点是使用的元件较多，电路相对复杂，成本较高。然而，随着大规模集成电路的发展，多功能显示装置已被开发出来。示例：具有锁存器、解码器、驱动器和显示器的四合一显示设备。使用起来更方便。这种显示方式适用于显示位数较少的情况。此显示方法中的每个7 段显示需要8 位输出端口控制。

动态显示：所谓动态显示是指单片机周期性地扫描显示设备。在这种方法中，显示设备以分时方式操作，一次只能显示一个设备，但由于公认的图像残留现象，仍然感觉所有设备都在同时显示。时间是一样的。这种显示方法的优点是使用较少的硬件，因此成本较低，但需要更多的机器时间，并且一旦微控制器不再运行显示程序，显示就会停止。动态显示器的亮度与通电电流以及点亮时间和间隔的比例有关。许多微控制器开发系统和仿真器上的6 位显示器都使用这种类型的显示器[2]。

3.2.2 74LS164芯片简介74LS164是一款8位移位寄存器（串行输入，并行输出），具有将串行信号转换为并行信号的功能。当清除端子（CLEAR）为低电平时，输出端子（QAQH）为低电平。串行数据输入（A、B） 控制数据。如果A 或B 处于低电平，则新数据输入被禁止，并且Q0 通过时钟引脚(CLOCK) 脉冲上升沿的作用驱动至低电平[3]。当A 或B 之一为高电平时，另一个允许输入数据并通过CLOCK 上升沿的动作确定Q0 的状态。

表1：164是8位移位寄存器，典型的主要电气特性如下：

74LS164的引脚图和逻辑图如下所示。

图3 74LS164封装引脚图

图3 74LS164封装引脚图

表2：74HC164端子符号和功能

表3：74LS164 真值表

注：H - 高电平，L - 低电平，- 最近 前一个时钟电平[6]。

表4：74HC164 : 的推荐工作条件

3.2.4 显示电路设计为保证显示的可靠性，本微机控制系统采用静态显示。本设计利用74LS164移位寄存器实现LED的静态显示，这样可以让CPU发送数据并由74LS164进行控制，减少了CPU的工作量。所用数码管采用共阳极接法，电源电压为5V。 AT89C51单片机的串口模式为移位寄存器模式[7]。 10 个外部74LS164 作为LED 显示屏的静态接口连接。 AT89C51的P0和P2端口用作数据输出线，P0.1和P2.4用作移位时钟脉冲。

下图所示为AT89C51通过74LS164与10个共阳极LED的接口电路。图中，Q0-Q7端口连接所有LED的a、b、c、d、e、f、g、SP引线用于字体显示，其余引脚用于数据和电源连接。该显示屏有两个功能：显示时间和显示两队的得分。它使用四个LED 来显示时间，两个表示分钟，两个表示秒。采用小数点，最大显示99.59，精确到小数点后两位。用六个LED来显示两队的得分，小数点为99.59。如果使用的话，最高分是999分。

AT89C51通过P0.0至P0.5连接到74LS164。 10个74LS164移位寄存器根据分数和时间的不同用途分为两组。 P0.0端口为乐谱数据输出端口，提供显示数据。 74LS164.端口P0.1是移位寄存器时钟输入，P0.2是乐谱同步清零输入[8]，P0.3是时间数据输出端口，向74LS164提供显示时间数据，P0.4也是移位寄存器时钟输入寄存器时钟输入，P0.2 为时间同步清零输入端。

该静态显示电路通过74LS164的寄存器和锁存器实现数据输入和存储，允许LED重复显示或用新数据替换以前的数据。

74LS164是TTL单向8位移位寄存器，可实现串行输入和并行输出。其中A、B（引脚1、2）为串行数据输入端，这两个引脚按照逻辑和算术规则输入信号，如果只有一个输入信号，可以并联。 CLK（引脚8）是时钟输入引脚，可以连接到串口的TXD引脚。当每个时钟信号的上升沿施加到CLK端子时，移位寄存器移位一位，并且在八个时钟脉冲之后，二进制数的所有八位被传送到74LS164。 CLR（引脚9）为复位端，当R=0时，移位寄存器的各位复位为0，时钟脉冲仅在R=1时有效。 QA.QH 的并行输出端子（引脚3-6 和10-13）连接到LED 显示屏的hg.a 各段的相应引脚。如果给出8个脉冲，进入74LS164的第一个数据将到达最高有效位，如果有下一个脉冲，第一个脉冲将从最高有效位移出。如果将四个7LS164首尾相连，并将时钟端相互连接，当输入8个脉冲时，单片机P3.0端输出的数据将输入到第一个74LS164，当输入7个脉冲时，数据将被输入到第一个74LS164。将从微控制器输出。包含从P3.0端子输出的数据。输入第二个8个脉冲，脉冲到达后，第二个74LS164输入数据，第一个74LS164输入新数据。这样，当第四个8个脉冲完成时，第一个发送的数据将发送到最左边的164，其他数据将发送到第1、2、3、4个74LS164单片机。按顺序显示[9 ]。显示电路图如下。

图5 显示了原理图设计。

3.3 声光报警及显示电路

本系统设计了报警电路来设定单场比赛的时间值，系统在计时过程中，当检测到设定的时间已到，即整场比赛结束时，将设定其单场比赛的时间值。自带报警电路，有效。 [十]。单片机将P3.6引脚由低电平变为高电平，当报警开关闭合时，三极管导通，蜂鸣器发出报警信号。声光报警电路原理图如下：

图6 声光报警示意图

3.4 微机控制设计

3.4.1 MCU 系统的I/O 端口分配系统的I/O 端口分配如下，TXAL1 和TXAL2 是MCU 的外部时钟振荡电路，晶振启动后，产生约100mA 的正弦波。输出3V。 OSC 电路以与晶体振荡器相同的频率自振荡[11]。

P1.0至P1.7端口为键盘输入端口，这8个键用于调整A队和B队的分数。 P3.0端口和P3.2端口之间还连接了另外三个外部按钮，其功能是开始/暂停、更改场地和设置时间。

端口P0.0P0.2连接4个LED数码管，显示比赛时间，端口P2.0P2.4连接6个LED数码管，显示A、B队的比分。

P3.6端口连接报警电路。

3.4.2 AT89C51 MCU 概述微控制器（也称微处理器）是在一块硅芯片上集成了各种部件的微型计算机[12]，这些部件包括中央处理单元、CPU、数据存储器、RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器以及各种I/O接口电路。 AT89C51 是MCS51 系列微控制器的一部分。 MCS51系列单片机是Intel公司推出的通用单片机，具有以下结构特点。

(1)8位CPU。

(2) 内置振荡电路和时钟电路。

(3) 32 条I/O 线。

(4) ROM 和RAM 的外部存储器寻址范围均为64K。

(5) 两个16位定时器/计数器。

(6)5个中断源，2个中断优先级。

(7) 全双工串行接口。

AT89C51微控制器系列是指其他公司的MCS51系列和8051衍生产品。这些衍生产品是在基本型的基础上加上高级语言型、闪存型、EEPROM型、A/D型、DMA型、多并行型等各种增强功能的产品。这些产品注入了8 位。凭借新的活力，微控制器[13]为其开发和应用开辟了广阔的前景[14]。

AT89C51引脚图：

图7 AT89C51引脚图

AT89C51 :主要特点

兼容MCS-51

4K字节可编程闪存

全静态运行：0Hz 至24Hz

3级程序存储器锁定

128*8位内置RAM

32条可编程I/O线

两个16位定时器/计数器

5个中断源可编程串行通道

·低功耗空闲模式和掉电模式

片内振荡器和时钟电路

AT89C51 是一款低电压、高性能CMOS 8 位微芯片，具有4K 字节闪存可编程和可擦除只读存储器[15]（FPEROM - 闪存可编程和可擦除只读存储器），俗称单片机。芯片，是处理器。微型计算机。该器件采用Atmel 的高密度非易失性存储器制造技术制造，与行业标准MCS-51 指令集和输出引脚兼容。 ATMEL 的AT89C51 是一款高效的微控制器，由于在单个芯片中结合了多功能8 位CPU 和闪存，因此为许多嵌入式控制系统提供了高度灵活且廉价的解决方案[16]。

引脚说明：

VCC：电源电压。

GND：接地。

P0 口：P0 口是一个8 位开漏双向I/O 口，每个引脚能够吸收8TTL 栅极电流。第一次向端口P1 引脚写入1 将其定义为高阻输入。 P0可用作外部程序数据存储器，可定义为数据/地址的低8位。 FIASH编程时，P0口作为原码输入口，FIASH进行验证时，P0输出原码。此时，P0外部引脚必须拉至高电平。

P1端口：P1端口是一个8位双向I/O端口，内部有上拉电阻，P1端口缓冲器可以接收和输出4TTL栅极电流。如果对P1口引脚写1，内部会上拉，可以作为输入使用，但如果外部将P1口拉低至低电平，内部上拉会输出电流。在FLASH编程和验证期间，P1端口被接收为地址的低8位。

P2 端口：P2 端口是一个8 位双向I/O 端口，内部带有上拉电阻。 P2端口缓冲器可以接收和输出四个TTL栅极电流。当“1”写入P2 端口时，该引脚被内部上拉电阻拉高并充当输入。因此，当用作输入时，P2端口引脚被外部拉低，输出电流。这是由于内部上拉所致。当使用端口P2 访问具有16 位地址的外部程序存储器或外部数据存储器时，端口P2 输出地址的高8 位。当给定地址“1”时，在读或写外部8位地址数据存储器时，利用内部上拉，P2端口输出特殊功能寄存器[17]的内容。端口P2 在闪存编程和验证期间接收高8 位地址和控制信号。

P3 端口：P3 端口引脚是8 个双向I/O 端口，内部有上拉电阻，可以接收和输出4 个TTL 栅极电流。当P3口写“1”时，内部上拉至高电平，作为输入使用。作为输入时，外部下拉至低电平，P3口输出电流（ILL），这是上拉的原因，P3口也可以作为AT89C51的一些特殊功能口使用。下图所示：

引脚可选功能

P3.0 RXD（串行输入口）

P3.1 TXD（串行输出口）

P3.2 /INT0（外部中断0）

P3.3 /INT1（外部中断1）

P3.4 T0（定时器0外部输入）

P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）

端口P3同时接收多个用于闪存编程和编程验证的控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，RST 引脚必须保持高电平两个机器周期。

ALE/PROG：访问外部存储器时，地址锁存器允许使用输出电平来锁存地址的状态字节。在FLASH编程时，该引脚用于输入编程脉冲。通常情况下，ALE 端子输出频率恒定的正脉冲信号。该频率是振荡频率的1/6。因此，它可以用作外部输出的脉冲或用于计时目的。但请注意，当用作外部数据存储器时，ALE 脉冲始终会被跳过。如果要禁用ALE 输出，请将SFR8EH 地址设置为0。目前，ALE 仅在MOVX 和MOVC 指令为ALE 时才起作用。此外，该引脚被稍微拉高。如果微处理器处于外部执行状态并且ALE 被禁用，则设置该位无效[18]。

/PSEN：外部程序存储器选通信号。在从外部程序存储器获取指令期间，/PSEN 在每个机器周期被置位两次。然而，当访问外部数据存储器时，这两个有效的/PSEN信号是不可见的。

/EA/VPP：如果/EA 保持低电平，则在此期间使用外部程序存储器（0000H 至FFFFH），无论内部程序存储器是否存在。请注意，在加密模式1 下，/EA 内部锁定为RESET，如果/EA 引脚保持高电平，内部程序存储器将被锁定。在FLASH编程期间，该引脚还用于提供12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反相振荡放大器输入和内部时钟运算电路输入。

XTAL2：反相振荡器的输出。

3.4.3 单片机外部时钟产生电路时序控制部分起到控制器的作用，由时序控制逻辑、指令寄存器和振荡器OSC 电路组成。 OSC是控制器的核心，可以向控制器提供时钟脉冲。引脚ATXL1为反相放大管的输入端，XTAL2为输出端。通过将外部定时反馈环路连接到XTAL1 和XTAL2，OSC 可以进行自我调节。 -颤动。单片机的内置电路OSC和外部设备构成时钟发生电路，所有CPU操作均与时钟脉冲同步执行。片上振荡器的振荡频率非常接近晶体振荡器频率，通常选择在1.2MHz 至12MHz 之间。 C1和C2是反馈电容器，其值在5pF和30pF之间选择，典型值为30Pf[19]。该电路选择的电容器为30pF，晶体振荡器频率为12MHz [20]。

图8 时钟产生电路

XTAL1和XTAL2：这两个端子是片内振荡电路的输入线，用于连接外部晶振和微调电容。将交变电场施加到晶体的两个引脚上会导致恒定频率的机械变形，并且这种机械振动会产生交变电场。这种物理现象称为压电效应。一般来说，机械振动的振幅和交变电场的振幅都很小。然而，当交变电场的频率达到一定值时，振幅迅速增大并发生共振，称为压电振动[21]。该特定频率是晶体的固有频率，也称为谐振频率。用于连接AT89C51片内OSC的定时反馈环路，如上图所示。晶振开始振荡后，必须能够在XTAL2线上输出3V左右的正弦波，以便MCS-51芯片内部的OSC电路能够以与晶振相同的频率自振荡。通常，OSC输出时钟频率fOSC在0.5MHz至16MHz之间，典型值为12MHz或11.0592MHz。电容C1和C2帮助起振，典型值为30pF，可以通过调节来达到微调fOSC的目的。

3.4.4 单片机的外部复位电路单片机必须在上电时复位。这是因为中央处理单元（CPU）和其他功能组件进入特定的初始状态并从该状态开始运行。单片机通过外部电路复位，只要时钟电路工作后单片机的RST引脚出现24个时钟振荡脉冲（2个机器周期）以上的H电平，就可以对单片机进行复位。它将被重置为初始化状态。 MCS-51单片机的RST引脚是复位信号输入端。示例：如果MCS-51微控制器的时钟频率为12MHz，则复位脉冲宽度必须至少为2s[10]。下图所示为微控制器复位电路[22]。

图9 AT89C51单片机复位电路

3.5 稳压电源设计

3.5.1 稳压电源的结构稳压直流电源主要由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成，其原理框图如图16所示。电网电压为220V、50Hz，电源变压器降压后得到满足电路需要的交流电压Ui2，整流电路将脉动直流电压Ui3变换为不变化的脉动直流电压Ui3方向。它会随着时间的推移而改变大小。然后使用滤波器去除交流分量并获得相对平坦的电压。直流电压Uo，为了获得稳定的输出直流电压，本设计还采用了稳压电路，使输出电压更加稳定[15]。

图10 直流稳压电源原理框图

3.5.2 三端固定集成稳压器简介三端固定集成稳压器有两个系列：7800 和7900。 7800系列是3端固定正输出稳压器，7900系列是3端固定输出稳压器。固定负输出电压调节器。其主要特点是稳压性能好、外围元件简单、安装调试方便、价格低廉，现已成为集成稳压器的主流产品。 7800系列具有正电压输出。即，输出端与公共端之间的电压为正。 UI为输入端，UO为输出端，GND为公共端（地）。三个电位分布为UI>UO>UGND(0V)。最小输入/输出电压差为2V，但出于可靠性考虑，通常应选择4-6V。最大输入电压为35V。

7900系列具有负电压输出，即从输出端向公共端施加负电压。 7900和7800外观相同，但引脚排列不同，2为输出端，3为输入端。 7900的电位分布为UGND(0V)>-UO>-UI。对于三端固定输出集成稳压器，输入电压选择的原则是：

UImaxUIU0+(UI—U0) Imin

当U0=5~18V时，UImax=35V

当U0=20~24V时，UImax=40V

只要在CW7800的输入端施加正输入电压，并将CW7800的公共端接地，其输出端即可输出芯片的标称正电压值U0。在实际应用电路中，除了芯片输入输出端连接大滤波电容外，芯片读出处通常还连接小电容（0.01u至10uF）Ci和Co接地。 Ci用于抑制芯片自激振荡。如果输入线很长，其电感效应会相互抵消并防止自激振荡。 Co用于缩小芯片的高频带宽并降低高频噪声。 Ci和Co的具体值取决于芯片的输出电压和应用电路方法。一般来说，集成稳压器必须防止芯片自激并降低高频噪声。图11 是CW7800 的接线图[23]。

图11 CW7800接线图

在CW7900的输入端加负输入电压Ui，芯片公共端接地，在输出端得到标称负电压Uo。电容Ci用于抑制输入电压Ui中的纹波，防止芯片自激振荡，Co用于抑制输出噪声。接线图与7800相同。 CW7805、CW7809、CW7815、CW7812、CW7912、CW7915集成稳压器：主要参数

3.5.3 电源设计本系统需要+5V和+12V两个电源，如图1所示，输出直流电压为5V和12V，由电源变压器T1、桥式整流电路和T1组成。 它一直。防自激滤波电容器，由电容器和固定三端稳压器（CW7805、CW7812等）组成。 220V交流电通过电源变压器转换为交流低压，并经过桥式整流电路和滤波器。