基于單片機的籃球計分計時系統設計TOC\o"1-2"\h\u24144摘要 132106引言 1130671.系統方案設計 2118482.系統的硬件設計 2105972.1單片機最小系統 2281612.2LCD1602液晶顯示電路設計 4186932.3聲光提示模塊設計 575212.4鍵盤電路設計 641592.5傳感器 6182423.系統軟件的設計 853963.1主程序流程圖 8117753.2液晶顯示程序的設計 928873.3時間設置模塊程序的設計 11117144.系統調試 11163934.1硬件焊接與調試 11250824.2系統軟件調試 12245825.總結 12摘要：隨著科技的發展，現今市面上有了很多籃球計分計時器，但是大型計分計時器造價昂貴，且計分計時器還是需要裁判操作。因此本文設計了籃球計分計時系統。本文采用了STC89c52單片機。相對于市面上傳統的計分計時器，本設計基于創新添加了傳感器模塊。此模塊使得本設計添加了一個智能的去檢測分數的功能，非常的方便。本設計的造價成本比起其他同類產品非常低而且使用起來非常方便。關鍵詞：STC89c52；LCD1602；籃球；計分計時系統；傳感器引言籃球是一項國際型的體育運動，不僅在奧運會設有籃球比賽而且在國內的各個省市都很會舉行很多籃球賽事。籃球運動在世界的廣泛普及，因此有很多針對籃球比賽的得分類的規則設計出專業的計分計時器。有些大型計分計時器成本比較高，具有屏幕大、展示清晰、功能齊全的優勢。但是大型籃球計分計時器不適用于小型籃球賽。因此市面上生產了許多小型比賽的計分計時器，這些籃球計分計時器雖然彌補了大型籃球計分計時器的不足但是仍然需要裁判在控制臺操作分數。本文通過設計做出一款產品，它叫做智能化的籃球計分計時系統，具有智能識別選手比賽信息，無需人工采集信息的功能。采集的信息輸入到控制芯片，經由芯片處理后輸出，實現了全自動無人工功能。1.系統方案設計系統框圖的簡要概述：四個按鈕鍵盤作為輸入模塊輸入操作信息：投籃規定時間、分數線距離、比賽開始暫停、置零復位等。用紅外傳感器采集選手的距離參數，超聲波距離傳感器采集投籃操作信息參數，然后再把采集到的信息輸入到主控芯片STC89c52上。通過芯片處理，LCD1602顯示所需顯示的信息。如圖1所示：圖1系統框圖2.系統的硬件設計2.1單片機最小系統2.1.1主控芯片因為單片機具有大量的優點，例如高度集成、功能齊全、應用廣泛等，最為優異的是它價格實惠，外形小巧，功能齊全，易于操作等，讓單片機廣為應用，它被發展且迅速推廣，占據了大量的市場。現在單片機已經成為了各類各樣測量和控制的產品的主控芯片，應用于這些產品的系統中。在世界上的每一個關于控制類產品的設計的廠家，都樂于采用單片機作為適合實現它們產品功能的芯片，可以降低成本且功能都穩定實現了。該模塊作為一個單片機最小系統實現核心控制的功能，在當今市場上適用范圍非常廣。STC89c52單片機和AT89c52單片機兩者進行比較：STC的2線模式下的下載的方法被支持，軟件程序可以被更簡單的下載。TXD和RXD兩個接口用來實現程序的下載。添加了P4接口，等于添加了更多的I/O接口，許多的接口使得添加更多模塊也不怕沒有地方連接主控。它擦寫壽命極長。因此本設計選擇了STC89c52單片機，再添加一些關鍵的外圍電路如圖2所示：圖2單片機最小系統2.1.2復位電路上電復位模塊采用了一個22pf的電解電容和一個10K的電阻。它的工作原理是給電容器充電過多，然后電容器就會像短路一樣,REST端從低電平變成了高電平，當電源的電壓數值和電容兩端的電壓數值相等的時候，就會產生電容的充數電電流值變為零的結果，也就會造成類似電容斷開的現象，REST接口的電平被拉低，程序沒有被改變，它將繼續正常的運行。

按鍵手動復位模塊使用：22pf電解電容一個、獨立按鍵一個、10K和1K電阻各一個。該模塊的原理是在最初的時候先進行一個上電復位操作，按鍵按下，VCC接口可以直接和REST接口相接，REST接口電平被拉高變成高電平，就可以實現對該模塊的復位操作，同時電解電容出現短路現象，最后電解電容把電量放出來。當這個按鍵沒有被使用的時候，電解電容充電后，充電電流被電阻使用，REST的電平拉高的狀態維持不變，復位功能依然實現著，僅僅當電容充好了電量，就會出現好似電容開路的現象，REST接口的狀態將從由高電平改變為低電平，該模塊工作維持正常。本設計采用上電復位。為了使其操作簡單，硬件上添加了一個按鍵，功能是控制復位接口。如圖3所示： 圖3復位電路2.1.3時鐘電路設計時鐘電路作為為系統提供時鐘信號的電路，程序一條代碼的執行時間都是很根據時鐘進行的，可見此電路的重要性。在外部接有兩個22pf電容用來起震，無源晶振在這兩個電容的作用下產生震蕩,把產生的晶信號輸入XTAL1和XTAL2這兩個接口。如圖4所示：圖4系統時鐘電路2.1.4電源電路0VAC轉5VDC電源適配器為單片機供電提供幫助。外部的220V的交流電轉換成5V的直流電的電源適配器能夠為系統的供電提供方便。本設計采用USB供電，計算機的USB口恒定輸出5V直流電壓。5V的單片機的系統的供電需要完全能夠被滿足，它具有電源輸出穩定、功耗低、使用方便等優點。如圖5所示：圖5電源電路2.2LCD1602液晶顯示電路設計本文采用LCD1602液晶顯示屏，它支持中文、英文、數字、符號等形式的顯示輸出，它的尺寸也非常符合本設計所需標準。它需要5V的電源，一共16引腳需要連接。2.0mA/5.0V作為芯片能夠正常運轉的電流，通過編程它就可以實現自動化的熄滅屏幕的操作。LCD1602的顯示屏一共可以顯示12個字符，使用兩行顯示信息。本設計所需顯示的信息恰好都能顯示出來。該模塊存儲大量圖形，實現多樣化顯示。本文采用LCD1602液晶屏作為顯示屏。LCD1602顯示模塊的硬件結構非常簡單，費用也相比其他模塊更加實惠，適用范圍非常的大，而且維護起來也很簡單。如圖6所示：圖6液晶顯示模塊2.3聲光提示模塊設計聲光提示模塊的功能是提示觀眾和選手們是否投籃成功。通過控制引腳的電平去控制該模塊的電路，當相應電平拉高或者拉低就會對電路產生對應操作，如導通二極管和三極管。該三極管在電路中起到了一個開通和關斷聲音提示的作用。該模塊在選手投籃成功的時候開始運行，它被用來作為一個比賽進程提示非常合適。如圖7所示：圖7聲光提示模塊2.4鍵盤電路設計獨立按鍵電路作為一個輸入部件，實現輸入功能。獨立按鍵的結構很簡單，操作起來也非常明了，只需按下它就可以。它的一端接口連接GND和另一端接口和單片機的I/O口連接，就實現連接進入電路。當按鍵被按下的時候，就能夠拉低單片機I/O口的電平，電平的改變會導致鍵值的改變。此電路也有一個缺點，就是浪費I/O使用過多，浪費接口資源。不過本設計所需要使用按鍵的地方并不多，因此采用此按鍵就可滿足需要。我的設計采用獨立按鍵，只需要四個按鈕。獨立按鍵的功能足夠，而且使用非常方便。K1用來實現轉換顯示屏到距離和時間參數設置功能，K2用來做比賽暫停按鈕，K3用來做復位按鈕，K4用來設置選手投籃時間的減。如圖8所示：圖8鍵盤模塊2.5傳感器傳感器具有造價便宜，使用方便的優點，作為應用廣泛的實用器件，對我們科技發展非常有幫助，測控產品類市場對它有大量需求。能夠采集所需信息的元器件就是傳感器，經過它的內部的處理可以把所采集的信息轉換為電信號或者其他需求的方式的信息，轉換后的信息就可以被輸出。2.5.1紅外傳感器通過紅外傳感器的名稱可以知道，它使用紅外線作為介質。紅外線傳感器在很多領域都被廣泛的應用。當檢測到信號模塊前方有干擾時，傳感器指示燈綠色二極管亮起，在OUT口輸出恒定低電平信號。在這個模塊有效的檢測的距離為0cm到30cm，這樣的檢測范圍很好地適用于本設計的檢測模塊。35°是它的檢測角度，電位器能夠把檢測距離有效的調節到我們需要的范圍，當順時針扭動電位器的調節旋鈕，測量距離的范圍就被調節增大，反之，測量距離的范圍就會被調節減小。測量距離的關鍵是目標的反射率值和目標的外部形狀。該模塊的電源接口連接電源，GND接地，OUT口與單片機I/O連接。當電源接通,紅色的具有指示作用的二極管被點亮。模塊接口:VCC可接外接電壓為3.3V~5V(模塊可直接接5V、3V單片機)。它可多點采集，使用者可根據設計需要選擇射管陣列的間距和數量。在環境光調節下紅外傳感器模塊也可以良好的使用，該器件具有發射和接收裝置。發射管發射紅外線。從所要求的檢測方向出發，當介質遇到反射物時，可以反射回來，由接收管接收。該傳感器有少干擾、即插即用、操作方便等特點。因此采用這個模塊去探測選手所占位置的距離最為合適。如圖9所示：圖9紅外傳感器2.5.2超聲波距離傳感器以超高能聲波測距的技術為基礎，為超聲波測距的技術提供技術支持和提升改進。該模塊能夠在各種各樣的場合下有效工作（包括非常艱苦的工作場合）的超聲波測距技術非常方便，而且它采用的技術有智能化調整，這在一定程度上大大提高了采用超聲波的產品的可靠性和性能參數的水平，使得用戶對產品質量問題沒有擔憂。超聲波作為一類機械波，它的頻率比聲波大，換能器在電壓激勵下振動，發出超聲波。出現繞射現象概率低、頻率很高、波長很短等等作為它的顯著優勢，更有良好的方向性、射線可以沿給定方向傳播。超聲波能夠穿透液體和固體等，它有超強的穿透力度，非透明的固體能被超聲波穿透幾十米。當遇到雜物或者分界面的時候的超聲波能夠有明顯的反射，最后就把回波產生出來，可移動的物體的出現將會導致多普勒效應的出現，超聲波能夠作為檢測被應用，它的應用范圍可謂廣泛。如在工業和國防還有生物醫學里等都使用了超聲波作為檢測模塊。它的原理是根據超聲波出發和返回的時間實現產品所需的檢測的時間的功能。這個傳感器能夠有效檢測選手所占位置的信息。它的工作電壓為5V，和單片機的電壓一樣，可直接接入單片機。Trig接口輸入高電平，就可以觸發該模塊去檢查距離。Echo接口輸出高電平，該高電平的寬度蘊含了超聲波一個來回時間的信息。如圖10所示：圖10超聲波模塊3.系統軟件的設計3.1主程序流程圖系統在上電之后先初始化，把初始數值清零。再寫一個死循環，可以對鍵盤進行反復的掃描。當按鍵按下后就能檢測出按鍵的鍵值，最后鍵值的數據信息被接收系統所接收，再通過主控接口去接收傳感器模塊的信息。采集信息完成和處理后可實現：甲、乙的投籃的所需時間的加減的程序，比賽的開始和暫停，選手投籃成功操作分數加的功能和聲光提示模塊啟動的功能，還有復位等功能。如圖11所示：圖11主程序流程圖3.2液晶顯示程序的設計當液晶需要發送指令或者發送數據時，對LCD1602進行忙檢測，直到液晶一次顯示的操作完成后，下一步操作才可以被進行，否則會出現數據讀取的錯誤。在此模塊使用CGRAM的繪圖的功能的時候，用清屏函數去清屏。調用此程序的初始會進行初始化。在屏幕上顯示信息需要使用到的寫指令和寫數據操作，使用了LCD1602模塊的子程序進行。如12、13所示：圖12寫指令流程圖圖13寫數據流程圖3.3時間設置模塊程序的設計使用K1鍵把主屏幕轉換成時間設置屏幕，進行投籃規定時間的設置。再次按下K1即可以返回主屏幕，按下K2鍵可以移動光標，按下K3可以對時間進行加操作，按下K4可以對時間進行減操作。該功能讓每個選手在自己規定的時間內完成投籃動作，可以避免選手的猶豫不決，延誤賽進程。如圖14所示：圖14時間設置操作流程圖4.系統調試4.1硬件焊接與調試根據需要的功能設計電路圖，在設計的時候很容易出現電路連接錯誤的現象，如元件的串并聯混淆。當出現不確定如何連接的情況則需要查閱相應資料，認真耐心連接好每一個模塊。使用AD軟件畫好硬件電路板，在畫板子的時候首先畫元器件的封裝，這個過程需要注意查找封裝資料，才能畫好畫對。在布線的時候，很容易出現短路或者短路的現象，用該軟件相應功能檢測出來，再把每一根出錯的線路處理好。在最后把它交給廠家給電路板打板，在焊接板子的時候容易出現燒壞焊盤的現象，則需要更換板子，非常耗費時間，所以焊接元器件的時候最好小心為上。當LCD1602不顯示，首先去檢查程序沒有錯誤，再去查看硬件接法沒有錯誤，再檢查單片機是否可以正常使用，再查看它的電壓值是否正常，再查看端口設置出錯了沒有。時鐘調試的時候容易出現誤差，晶體振蕩頻率的數值可以用來計算模塊內部定時器的基本參數。一段時間后，檢查秒表的數值后對應的開始去校正它。在檢查時間誤差值后，程序內部定時器的基本參數根據這個值進行改變，從而達到時鐘調整的準確目標。遇到傳感器接觸不靈敏問題，排除焊接問題后查看傳感器手冊，查閱傳感器容易受到什么影響，排除外界干擾后，再次運行實物。實現無干擾環境和焊接正常就解決了傳感器接觸不靈敏問題。4.2系統軟件調試把芯片插入插座，做好的實物和計算機相接。在計算機里查詢設備的串口，檢查串口是否匹配,單片機型號是否對應選擇。再把審核好的的程序使用編程器，去下載下來，傳到STC89c52。在文檔里針對本設計需