一种篮球的无线电子计分器方案设计.docx

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1、本科生毕业设计（论文）一种篮球的无线电子计分器方题目：案设计学生姓名：学号：学院：专业班级：指导教师:摘要1Abstract2I绪论31.1 课题研究的背兔及意义31.2 课题系统的应用方向31.3 国内外发展现状41.4 课题的研究内容42总体方案设计62.1 方案选择62.2 系统基本功能介绍72.3 无线模块的设计83系统的硬件电路设计103.1 篮球计时计分器电路原理图103.2 篮球计时计分器电路工作过程IO3.3 系统硬件电路组成II3.4 器件选择及介绍154软件的编程与调试194.1 系统设计流程图194.2 C语言程序设计2()5系统测试235.1 硬件测试235.2 软件测

2、试246结语25参考文献26致谢27核心源码28摘要自堆片机在上个世纪中后期出现以后，单片机因为它的性能好价格低而备受欢迎和注港，因此得到了广泛的应用和快速的演变。我这次的程序以模块化的方式进行研究，所有模块构成简易、目标清楚，容易编程、测试和改变。程序可读性好，对系统的修正我们能够分模块更正，非修改的地方则保持原样使用。代码编写完成后通过Kci1.5编译并输出所编写的程序,并将该软件产生的hex文件我们人工添加到自己绘制的芯片图上,利用Proteus软件仿其模拟看看我们对芯片各个方面的需求是否已经完成到达了预期的效果，再通过Prote1.99就能在彼件上取电路图.这一次的设计中系统的硬件方面

3、包括j单片机AT89C5I、定时、计分、警报等各个功面的电路以及我们按钮开关等方面共同组成。这次论文的目的是使用AT89C51微控制器编程来实现对我们的1.ED数码管上显示的篮球赛计时计分系统的控制。本程序支持赛事定时方面的配置、赛事时间方面的操作、实时对我们参赛甲乙双方的成绩变化进行一个显示。它不仅成本便宜，使用上稳定，而且使用便捷，方便携带.对于我们些校内比赛或私人小型团队比赛的时候能够方便的记录时间分数。关Sh单片机，计时，计分，显示器，接口AbstractSincetheemergenceofsing1.e-chipmicrocomputersinthemidd1.eand1.ate1

4、.astcentury,sing1.echipmicrocomputershavebeenwide1.yusedandrapid1.yevo1.vedbecauseoftheirgoodperformanceand1.owprice.Myprogramthistimeisdoneinamodu1.arway,witha1.1.modu1.essimp1.e,c1.ear1.ytargeted,andeasytoprogram,test,andchange.Theprogramisreadab1.e,andwecancorrectthesystembymodu1.e,andthenon-moAD

5、DI为甲队进行加分的键位，按下一次为甲队的比分增加1。DEC1.为甲队进行减分的键位，按下次为甲队的比分减少1。EXCHANGE键为换场键，每当一节比赛结束后便可以使用。ADD2为乙队进行加分的便位，按卜.一次为乙队的比分增加1。DEC2为乙队进行减分的键位，按下一次为乙队的比分减少I.RUN/STOP健为启动笆停键,每当比赛开始时,可以按下最后个键位让其开始比赛.同样也可以按下最后一个键位停止比赛。1.3 无线模块的设计首先在设计无线模块的时候我们要知道我们该毕业设计适合哪种无线模块。然而蓝牙具有低功耗、抗干扰等特点且能够保障系统传输的稳定性，进而推动我国测控系统的有效发展而且也比较适合我此

6、次无线传输的模块，因此我也尝试选择r蓝牙模块来实现此次的无线传输。但是在89C51板子上通常是没有内置的蓝牙模块的。所以我们需要通过外部申行通信接口将板子与蓝牙模块连接起来。具体实现方式：1 .在市面上选择一种合理且高效的蓝牙模块.2 .将所选择的蓝牙模块连接到单片机上，并且我们要保证引脚和电源连接正确，般来说，蓝牙模块的两个引脚，他们可以通过异步收发传输器串行口与单片机相连接通信。3 .我们在连接蓝牙模块后，还需要根据该规格蓝牙的使用手册来设置蓝牙名称等参数4 .使用C语言编写程序控制蓝牙模块数据的传输。例如，我们在C语言中可以使用UART串口库来初始化串口并接受和发送数据.具体的实现流程如

7、卜.图：图23蓝牙模块流程23.1蓝牙模块的设计我们硬件设计方面，我们采用AT89C5I的单片机作为主控芯片，并且我们还加装按键、蜂鸣器等设备。与此同时我们还使用了蓝牙模块作为无线通信模块，实现与智能手机的通信，我们还需要在手机上下载一个叩P来控制接受单片机的信息。整个硬件设计如下图所示：P1.OP1.IP12P131.4HC(My牙口tAP15PieP17RE5FFjOPA15)P25(AM)P24(AX3)P2MAWP2A11)P21.(A)P2(XAPoocaixoPO1.(AD1.)P02(AD2)PO3sdOroQ(ADe)图24蓝牙模块硬件图而在软件设计方面，我们主要用C语言编写了

8、些嵌入式程序。在程序中，我们用到了定时器和中断的方式对计时器进行计时，同时使用GP1.O口读取按键输入。然后我们与O1.ED屏幕的结合，就可以实现得分的统计和显示。另外，我们还可以使用/AT指令集聊动蓝牙模块，实现与智能手机的无线通信。其实这个工作原理简单来说就是，每当我们启动篮球计时器后，单片机的醉幕就会显示比分。在比赛过程中，我们可以通过按键进行一系列我们需要的操作对比赛进行控制。如果当我们需要远程控制或者传输数据时，我们可以通过蓝牙模块与我们的手机进行连接,进而就可以使用相应的手机APP来实现远程控制和数据传输。3系统的硬件电路设计3.1 篮球计时计分器电路原理图原理图如下:管FI卅他0

9、00,BB0(；fJ*1WV9图3-1计分器原理图3.2 篮球计时计分器电路工作过程1 .通过开关电源将电路供电,系统开始工作。2 .当我们按下ADD1.或DEC1.键时，单片机就可以对甲队比分进行加或减1操作。同样的是，当我们按下ADD2或DEC2键时，单片机也可以对另外一队的比赛进行加减1的3 .在比赛开始前，我们可以通过ADD1.和DEC1.键来调整计时器的分钟数：通过ADD2和DEC2键来调整计时蹲的秒数。当比赛开始后，计时落会以每秒减少1秒的速度运行,直到时间倒计时结束为止。4 .当24s结束或者节比赛结束时，报警系统会发出相应的响声。5 .在一个游戏时间结束时，按EXCHANGE键

10、，控制器切换在左右两侧显示比分的数33字管，并清除计时器以开始下场比赛。同时，分数加减键也切换位置，6 .比赛过程中，我们可以通过使用RUN/STOP键位来启动或暂停计时器，以达到控制一种血球的无线电子计分方案设if比赛时间流程的目的。7 .当设备不再使用时，通过断开开关电源将电路关闭。3.3系统硬件电路组成3.3.1 计时电路1 .显示器及其接口显示器是最常用的输出器件，它的多样性丰富，我们通常在设计个单片机程序时,使用最多的是发光二极管显示器(1.ED)和液晶显示器(1.CD)这两种。数码管显示器：用手显示比赛时间和比分.电子管显示器包括一个四位一体的数字电子管和一个三位一体的数字电子管，

11、其中四合一电子管用于显示比赛时间，三位一体电子管用于显示甲队和乙队的分数.制链接口：包括ADDI、DECKEXCHANGE.ADD2,DEC2和RUN/STOP六个按键，用于控制比赛时间和比分的调整、区铮和启动。供电接口：用于连接外部电源,将电能传输到电路板上，为电路提供稳定的电源。蜂呜器接口：用于输出警报指令，当比赛时间到达预设值或拧出现异常情况时，会发出蜂鸣声来进行提示。其他接口般还包括串门通信接口、红外遥控接口和无线接口等，这些接口在实际使用中起到了数据传输和远程控制的作用。这次设计中采用的24进制减法计数器,实现次进攻的时间。(I)1.ED结构与原理如图为典型的数码管.1.1.iiii

12、图3-2七段1.ED数码管如图，1.ED显示器，也就是我们常说的数码管，它主要由八个发光二极管形成的。七条长条发光管扑列在一起，而另一个带有点状的发光管位于屏幕右下角，它就是用来显示小数点，另外它还可以显示各种数字和一些英文字母。(2)1.ED显示器显示方式照亮1.ED屏幕的方法仃很多，本文将使用静态屏幕照亮1.ED屏幕，因此单片机必须仅将显示的字形代码发送到相应的接口电路，并且不必维续进行干预，直到需要显示新数据，然后发送新的字形代码。这种方法的优势是单片机CPU耗费可能会相较别的方法来说小，同时间我们可以去显示不同的文字和符号：但缺点在于占用端口资源较多。然而，在本次设计中，每个1.ED显

13、示器它就需要单独占用八根端口纹，所以当我们拥有的数据量较大时，就不太适合采用静态显示的方案。通常情况下，我们会采用动态显示的这种方法。图3-3静态显示图由于段代码全部都是连接，所以可以同时显示一样的文字和字符。在这种情况下，多个1.ED灯的段选码是连接在一起的，因此我们就无法同时显示不同的字符。如果我们要显示不同的字符，就需要使用位选码来控制每个1.ED灯的开关。要是1.ED灯的共阴极，则需耍将P2.0到P2.3设置为高电平以点亮它们，要是1.ED灯的共阳极，则需要将它们设置为低电平以点亮它们。这样就说明我们可以通过适当地设设位选码并将其与段选码结合使用，并可以在1.ED显示器上显示所需的文本

14、或图形。2 .报警器（1）报警器的工作原理市面上存在着许多不同种类的警报器，如喇叭、蜂鸣器等。不过，在此次毕业设计中我们招采用电磁式蜂鸣器来作为我们程序的报警器。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器、将音频信号转化为声音信号的发音器件U叫电磁式蛛鸣器是种利用电磁感应原理发声的装置，它的工作原理是利用交变电流通过线圈时所产生的电磁场，这样就可以让线圈中心部位的振动片受到吸引和排斥力的作用，从而产生震动并发出声音。其实也就是当交流电流通过线圈时，会不断地改变线圈内部的电流方向及大小，进而在线圈周围形成一个不断变化的磁场，但是我们的这个磁场通常会对线圈周周的振动片产生影响，就能够让振动片产生凄动并发出

15、声音。所以我认为这样电磁式蜂鸣器就可以通过改变输入电流的预率和幅度等参数来产生不同的声音。3 .计时电路的工作原理图图37计时电路原理图4 .计时电路的工作原理计时电路其实就是一种能够实现定时、计时或延时等功能的电路.其工作原理基于RC滤波落的特性。简单来说其实就是计时电路通常由一个稳压电源、一个RC港波器和一个比较器这几个部分组成。当输入一个触发脉冲信号时，RC泄波器会对触发脉冲进行平滑处理，随后也会将脉冲信号输出到比较器中。比较器会将滤波后的信号与一个参考电压进行对比，要是波波后的信号达到或超过参考电压，那么比较器的输出信号电平会发生变化,从而触发相应的计时操作。通常在计时电路的工作过程中

16、，RC泄波器的电容和电阻值都是我们所需要的关键参数。它们可以决定计时电路的响应时间和计时精度。当输入触发信号时，电容器会充电至一个临界电压，这个电压的大小由RC常数和输入信号的幅度所决定。如果这个电压高于比较罂中的参考电用，那么比较器的输出信号就会发生变化,就可以完成计时或延时操作。5 .振荡电路AT89C5I单片机的时钟振荡功能是通过外部晶体振荡器来实现的。在AT89C51芯片中，有两个用于时钟的引脚分别是：XTA1.I和XTA1.2.,这两个引脚需要连接到晶体振荡冷和两个电容器,从而形成个外部时钟电路。当个适当频率的晶体振荡器被连接到XTA1.I和XTA1.2引脚时，芯片会臼动检测晶体振荡

17、器并开始使用其提供的时钟信号。其实简单来说就是晶体振荡器中的晶体元件将在外部电场的影响下产生谐振，从而使得振荡器输出一个稳定的、准确的时钟信号。这个时钟信号经过专门设计的时钟电路进行分频和倍频处理后，最后就会被用于控制AT89C5I单片机内部各个模块的运行节奏和时序。ucno军XIA31IAI1*2QI2r24(A1.1.kP23I12J2Ir,nU1.1.A1.5rf2TOOI(A4P2*VCCIMQAD1.roI12HMJTOJ1MMR4*Ha,E3-5时钟振/电路3.3.2计分电路木设计所使用的外部时钟电路采用石英晶体谐振器作为时钟源，并采用30pF电容进行补偿.该时钟电路是支持12MH

18、Z和6MHz两种频率的晶振，但是对于本次设计，我们所选择的是12MHZ的晶振作为时钟源的。除了有4个8位并行I/O端口之外，8051系列单片机还配备了一个Fu1.1.-municationport.可在一个时间段接/发串行数据,并旦可以用作SynChrOnOUSdiSP1.aCememregiSterS来使用。在单片机上增加,个计数器，用来显示比分信息。这样就可以保证比分信息在短时间内不会发生变化，所以我们的计数器的个数应为。或1。当然我们为了减少计数过程中的误差，计数器应保持为低电平，并I1.在计数完成后立即将低电平转为高电平。2.计分电路原理图计分电路原理图如图所示。图3-6计分电路原理图

19、3计分电路的工作原理球赛计分电路一般由一个控制总元、外设接口电路和显示器件这几个部分组成。其工作原理分为以下几个步骤：通过外部输入设备（例如按键）输入比分的数据,并将这些数据转换为串行数据流。将我们京到的串行数据通过单片机的串行通信口输入到移位寄存器中，这样我们存:储在移位寄存器中的数据就是序列化的比分数据。然后我们可以通过编程控制，将移位寄存器的数据并行的输出到控制单元中，然后对数据进行处理。这个处理过程我们要根据具体的实现对应不同的方式，这里面可以包括加减运算、比较运算等。处理完成后，我们可以将结果并行输出到显示器件上，然后就可以刷新比分显示。其实简单来说就是球赛计分电路通过输入的比分数据

20、序列化，然后我们在通过移位寄存器并行输出到控制单元，最后就可以输出到显示器件上，迸而就可以实现比分信息的刷新和显示,但是我们有时候要注意，这种电路的具体实现方案可能会由于不同的设计需求、显示效果等因素而有所不一样。3.4器件选择及介绍此次毕业设计我们在设计的时候使用的是如下的器件：单片机：AT89C5I显示罂件：7段共阴极1.ED显示器3.4.1AT89C51我们常说的AT89C5I单片机本质是属一种具有存储功能的微处理器,具有灵活性高.但成本低廉的优势,所以在相关领域当中具有较高的应用价值1.口是款高性能低压CMOS8位微控制器，具有4k字节闪存可垂写程序存储器和128字节RAM的随机存储借

21、。这款芯片运用了ATME1.公司的高密度非易失性存储技术，而且兼容标准的MCS-51指令系统，它也提供了强大的微型计算机功能，使其成为高性价比的解决方案。另外，在AT89C5I单片机中设计的正弦波，三角波以及锯齿波在平时的市场生产过程中也具有很高的实用性”叫由丁其不好的功耗和相时较高的性能等特点，因此我们熟悉的ATS9C51微处理器被广泛应用于各种计算和控制应用领域。如图所示，如图为AT89C51单片机基本构造，其基本性能介绍如下:RSIRO1.ItWVCC-1I1K-1AI)IKITArr1.mT-(AIM1.Ki)TA1.XgJ-AIFiKiS7次1阳6-IAjFiK1.?Taxir11I

22、a5T1.KJM.-WIME11-HWMHP27IHIHTh-1161.I、CXM2XIMIWD-P2E3-7AT89C51引脚图AT89C51的主要特性如下表8所示下面介绍各个管脚:AT89C51芯片一般是有40个管脚，这里面包括两个电源引脚和38个功能引脚。卜.面是各个管脚的简要介绍:P0.0-P0.7：8个并行UO口,可作为输入或输出使用。P1.O-P1.7：8个并行I/O口,还可以用于外设连接，并具有多或功能,P2.0-P2.7：8个并行I/O口,还可以通过外部晶体振荡器连接提供时钟信号。P3.0-P3.7：8个并行I/O口,还可以用于外设连接，其中P3。和P3.1通常用作串行通信口。

23、RST：具有夏位引脚的功能个，当该引脚接收到电平比较低，芯片将会被重置.A1.日PROG:地址锁存允许和编程控制引脚,XTA1.I：外部晶体振荡器输入端。XTA1.2：外部晶体振荡罂输出端。Vcc：正电源引脚。GND=地用脚。表3-1A1X9C51主要功能描述兼容MCS-51指令系统4k可反配擦写（1000次）F1.ashROM32个双向I/On可编程UAR1.通道两个16位可编程定时/计数器全静态操作0-24MHZI个即行中断128x8bit内部RAM两个外部中断源共6个中断源可直接驱动I-ED3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能如果将P3端口写入值就会将从内部拉到电平比较高

24、。外部下拉P3时，它们被拉低为低电平。此外，AT89C5I的P3口还可通过特殊配置值用作一些特殊功能口，详细信息可参考数据手册或表格。RST引脚是发位输入端，在振荡器复位AT89C51芯片时保持两个机器周期的电平较高的时间。A1.E/PR0G引脚用于输出地址线的允许电平，以在访问外部存储器时锁定地址状态字节。其中有两种情况，一种是在闪存编程期间。另一种则是在正常情况下，A1.E终端会周期性地以恒定频率发出非反向脉冲信号。表3-2AT89C51特殊功能表端口引脚第二功能P3.0RXD（部行输入口）P3.ITXD（串行输出口）P3.21N11）外部中断0）P3.3/INTI（外部中断1）P3.4T

25、O（记时器。外部输入）P3.5T1.（记时器I外部输入）P3.6XWR（外部数据存储器写选通P3.7RD（外部数据行催器读选通/PSEN：使用Externa1.prograntmemory的选逸信1.j.Externa1.H0grammemory取指令的时间段中所行的机器运转一次仃多次有用的/PSEN信号.胶后在我们访问EXtCrnaIprogmmmCmOry时,这些有用的/PSEN信号可能将消失。/EA/VPP：当/EA持续处于低电平时.符访问EXtemaIProSrammemOry.无论有没份存在内部的程序存储器。需要当心的是，当加密形式I开启时，EA会内部确定成RESET状态；在/EA持

26、续处F不低的电平时，则请求内部的程序存储涔，我的进行F1.ASH编程的时候,/EA引脚也会使用12V嫔程电源（VPP）eXTAIJ：反向振筋放大器的输入端，并作为自身内在时钟工作电路的一个输入口.XTA1.2：来自反向振荡器的输出端。4软件的编程与调试4.1 系统设计流程图系统程序设计流程图如图所示。图4/计分部分程序流程图图42计时部分程序流程图4.2 C语言程序设计程序源代码#inc1.udc#define1.EDDataPOIinsigncdchar1.EDCodc=0x3f.0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x641.0x7(J.0x07.0x7f.0x6f);unsigned

27、charninit.second.count.count1;sbitaddI=PI0;SbitdecI=Pri;sbitCxchange=P12:sbitad12=P1.3;sbitdcc2=PI4;sbitSeCOndpoim=P7;sbit1.ed1.=P27;sbit1.cd2=P26;sbit1.ed3=P25;sbitIc0u-);主函数：voidmain(void)TMOD=OxII:TIo=OXb0;TH()=0x3c;T1.I=OxbO;TH1.=0x3c;minit=1.5;second=。；EA=I;ETO=1;ET1=1;TR(M);TR1.=O:EXO=I;11)=1.

28、:ITI=1;EX1.=kPXO=I;PX1.=I;PTO=O:PI=OxFF;P3=()xFF:whi1.c(I)(kcyscan():disp1.ay();5系统测试5.1硬件测试5.1.I两队比分的计数和一节的时间（12分钟）图5-1一节时间以及两队比分图5.1.2二十四秒倒计时:图5-2二十四秒计时图5.1.3蓝牙控制单片机通过蓝牙模块用手机APP控制单片机.图S-3蓝牙控制模块图5.2软件测试如果为源码编译结果：Bui1.dtargetTargetConspi1.ingjifenqi.c.1.inking.ProgramSize:data24.4xdata三Ocode三1729cre

29、atinghexfi1.efromjifenqi.jifenqi*-0Enor(三),0Naxning(三).图54编译代码结果国6结语随着我们国家的科技越来越发达，在各项体育比赛中使用电子计分牌已经成为了一种必然的趋势。我本次毕业设计的无线电子计分器是一种用于篮球比赛的新型计分设备，它使用了现在比较先进的计算机控制技术和现代的通信技术，从而可以实现自动得分、时钟统计等功能，以及在使用过程中具有方便、灵活、可靠等特点。本次毕业设计的计分计时器，可以有效的记载比在时间和比赛双方的分数，以及每节的时间，还可以显示比赛剩余的时间。在这次毕业设计的过程中，我这次使用瓶牙技术，通过外部串行通信接口与板子

30、相连接，使得整个计分系统更加智能化、高效化.本次的设计其实还是可以用更好的WiFi模块来实现，就蓝牙模块而言，其实还是有些欠缺的地方，例如蓝牙模块的传送距离有眼，不能达到长距离的传输.不过蓝牙模块在近距离的传输中，会更加迅速。对手我自己设计的这种新型计分设备，有着较为广泛的适用范围.相信在未来的时间里，它将会被越来越多的篮球俱乐部和体育场馆所采用，为更多的篮球爱好者和篮球比赛球员提供更舒适的比赛体验。参考文献H1.丁泊Efi基于单片机的篮洋比,我计时计分器系统的设计与实现数字通信世界2)18(2):61.(2傅晓程.林平,张鹤华.荔于DE10*的篮球计时器实的IJ1.电气电子教学学报.2020

31、.42(3):121-124.13钟鹏程,她于Proteus的篮球赛24秒倒计时器设计与仿烈儿科技风.2019(11):36|4彭如,代红菊.基于单片机的篮球计分系统的设计叫.电子制作,制13(17):63.(5)钟瞅程源于AHD1.语言的这球赛24秒倒计时器设计叫,电子技术与软件工程,2019(4)6566.|6|蔡翰志,刘桂兰.多功能篮球比赛计时/计分系统设计自动化应用,2011(6):253.|7|李萌.堪于STC89C52的篮球比衙十时计分器设计与实现IJ1.计算机测砥与控机202028260264.81就李君,林达比.蓝牙技术在测控系统中的发展应用研究J数字通信世界.2023(4):92-93.|9)例庭龙.陆酉.基于FPGA的篮球计时计分潺的设计与实现几三修大学学报(自然科学/),201032(6):80-83.UO)谢伟1.种圆形插针蜂鸣器自动化装配设名的研究及设计叨.福建:厦门理工学院2017.W1.谢建芳.基于AT89C51单片机的家庭智能控制系统探讨J.电子制作,2019(9):31-33.I21.irongZJnteIIigentSigna1.GeneratorbasedAT89C51mic11