单片机课程设计篮球计时器.docx
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1、单片机课程设计篮球计时器232020年4月19日文档仅供参考绪论 篮球比赛中除了有总时间倒计时外,为了加快比赛的节奏,规则还要求进攻方在24秒内有一次投篮动作,否则视为违例。以下为一个篮球比赛计时器,该计时器采用按键操作、数码管显示,非常实用。此计时器也可作为其它球类比赛的计时器。 本课程设计介绍了一个基于单片机的篮球比赛计时器硬件设计,包括STC89C51, 2个八段共阳数码管显示、上电复位电路、时钟发生电路等基本模块的设计。其功能土要有:一场篮球比赛共分四节,每节12分:每次进攻为24秒,计时器的显示均为倒计时方式,24秒计时用两位数码管显示;所有的计时都要具有暂停、继续、复位;当球员的持
2、球时间超过24秒时,24秒倒计时减为零且有蜂鸣器报警提示。本次课程设计是采用单片机C语言实现倒计时24秒篮球比赛计时器。1系统工作原理1.1 功能说明随着信息时代的到来,电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用,运用模电和数电知识设计的电子产品成为社会生活中不可缺少的一部分。在篮球比赛中,规定了球员的持球时间不能超过24秒,否则就犯规了。大多数篮球计时器的主控芯片为AT89C51,采用12MHz晶振,P0.0-P0.7作数码显示端。24秒计时开始,A3为24秒复位开启键(投篮或交换控球时按下此键);A4为24秒计时停止键(有违例时按下此键); A5为24秒计时启动键;A6为总复位键。而此次我
3、们设计的是1个简易篮球比赛计时器。最简单的篮球球计时器是24秒倒计时计时器。也就是本次课程设计的课题。24秒篮球计时器要求设置外部操作开关,控制计数器的直接复位、启动和暂停,而且计时电路递减计时,每隔1秒钟,计时器减1,当计时器减0时,显示器上显示00,同时发出蜂鸣器报警信号。1.2基本原理AT89C51单片机显示驱动74LS57324秒计时器的总体参考方案框图如图1所示,它包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和辅助时序控制电路等五个模块组成。其中计数器和控制电路是系统的主要模块。计数器完成24秒倒计时功能,而控制电路完成计数器的直接复位、启动技术、暂停以及连续计数、译码显示电路的
4、显示与灭灯、定时时间到报警等功能。数码管显示按键蜂鸣器报警图1 系统结构图2 设计2.1单片机最小系统单元主控机系统采用了AT89C51单片机,它含有128字节数据存储器,内置4K 的电可擦除FLASH ROM,可重复编程,大小满足主控机软件系统设计,因此不必再扩展程序存储器。复位电路和晶振电路是AT89C51 工作所需的最简外围电路。单片机最小系统电路图如图2.1所示。在复位电路中,按一下复位开关就使在RST端出现一段时间的高电平,外接11.0592M 晶振和两个30pF 电容组成系统的内部时钟电路。2.2 AT89C51单片机简介单片机是一种集成在电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有
5、数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机的存储器ROM和RAM是严格区分的。ROM称为程序存储器,只存放程序,用户数据。固定常数,及数据表格。RAM则为数据存储器,为满足控制需要,单片机有更强的逻辑控制能力用作工作区及存放特别是单片机具有很强的位处理能力。2.2.1 AT89C51单片机引脚功能简介(1)AT89C51有40个引脚,各引脚功能如下所示: 图2.1 AT89C51引脚图电源引脚Vcc
6、和VssVcc(电源端):供电电压,为+5V。Vss(GND):接地端。 (2)输入/输出端口P0. P1, P2和P3 PO口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。PO能够用于外部程序数据存储器,它能够被定义为数据/地址的第八位。在Flash编程时,PO口作为原码输入口,当Flash进行校验时,PO输出原码,此时PO外部必须被拉高。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由
7、于内部上拉的缘故。在Flash编程和校验时, P1口作为第八位地址接收。P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1,时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口在Flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入,1,后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。 另外,AT89C
8、51设有稳态逻辑,能够在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两软件可选的掉电模式。在闲置模式下,CPU停止工作。但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下,保存RAM的内容而且冻结振荡器,禁止所用其它芯片功能,直到下一个硬件复位为止。(3)振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要经过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.3功能单元模块(1)常开型按钮开关 控制模块是由键盘输入
9、,键盘是一组按键的集合,它是最常见的单片机输入设备,是一种常开型按钮开关。常态时,按键的两个触点处于断开状态,如图2.3所示,键盘分为编码键盘和非编码键盘,键盘上闭合键的识别由一专门的硬件译码器实现,并产生键编号或键值的称为编码键盘,如BCD码键盘、ASCII码键盘等;靠软件识别的称为非编码键盘。图2.2常开型按钮开关(2)七段数码显示管 单片机中一般见7段LED构成字型“8”,另外,还有一个小数点发光一极管,以显示数字、符号及小数点。这种显示器有共阴极和共阳极两种,此课程设计采用的是共阳极。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器,阴极连在一起的称为共阴极显示器。一位显示器由8个发光二极管
10、组成,其中,7个二极管构成字型“8”的各个笔画a-g,另一个小数点为dp发光二极管。将多个LED显示块组合在一起就构成了多位LED显示器。每个LED显示器的段引脚称为段选线,公共端称为位选线。段选线控制显示的字符,位选线控制该LED的亮和灭。(3)蜂鸣器由于蜂鸣器在使用时需要三极管来驱动,这里我们使用的是PNP型三极管,蜂鸣器接e极,再接高电平。在基极输入高电平时,三极管不导通,蜂鸣器不响,在基极输入低电平时,三极管导通,蜂鸣器被驱动并发声。2.3硬件设计电路 设计思路:选用AT89C51作为主控芯片,晶振是12MHz,机械周期为1 ms,因此循环20次为l秒。PO口作为段码输出,P3.3,
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