單片機籃球計時器設計和實現(xiàn) 機電一體化專業(yè)

題目 單片機籃球計時器 引言跟著經濟的發(fā)展，中國國民的物質生活漸漸豐富，對精神物質生活的追求也在慢慢增高，都渴望擁有良好身心健康。 人們通過運動來鍛煉自身，特別是自從21世紀中國多位球員以及華裔進入NBA，中國便刮起了籃球風，青少年對籃球運動的熱情也是日益高漲。故此，本篇設計，基于中國籃球比賽的具體規(guī)則，設計出可以應用于日?；@球比賽的計時器。對于該計時器而言，其實際操作相對簡單，并且具備相對較高的實際精度，完全適用于青少年的日?；@球活動?，F(xiàn)如今，國內籃球運動的普遍提高以及青少年籃球運動的發(fā)展。 對我們大專的大學生來說，這課題比較合適現(xiàn)在階段的我們去設計。關鍵詞：單片機；籃球計時器；1 概述1.1籃球計時器的歷史在20世紀50年代初期，NBA風靡一時，然而，由于此類比賽存在新型的進攻時限規(guī)則，造成一系列弊端。例如：如果某個球隊，在球賽初期，就一路領先，則在下半場中，僅需故意拖延時間，就很有可能成為贏家，從而大大降低了籃球比賽具備的趣味性。對于NBA比賽而言，由于其并不存在相應的攻擊時限制約，故此，對于已經超過時限的相關球隊而言，只需要不停傳球，持續(xù)控球，就能免受相應的處罰。在此情況下，假設某特定球隊，故意拖延時間，則對于處在弱勢的另外一支球隊而言，其僅僅只能通過犯規(guī)的方式，讓對方獲得罰球的機會，才能重新奪得球權?；谏鲜鲆?guī)則，此類比賽很容易陷入遙遙無期的境地。不僅實際比賽節(jié)奏相對較慢，與此同時，伴隨著相對粗暴的多樣化犯規(guī)行為，長此以往，這種比賽方式，已經不被大多數(shù)球迷認同。直到1954年10月30日，位于紐約羅切斯特，全球NBA比賽，開始首次實行24秒計時的新型計時方式，大大提高得分并增加了比賽的觀賞性，效果不錯。24秒進攻時限規(guī)則效果立竿見影。雖然自全球NBA比賽推行之日起，就開始持續(xù)調整相應的籃球規(guī)則，然而，極少獲得相對理想的成效。故此，實行24秒進攻時限，已經成為全球NBA比賽最大的規(guī)則性突破。1.2設計背景籃球雖然在國內有一百多年的發(fā)展，然而直到姚明加盟了火箭，才將大眾對籃球的喜愛轉變?yōu)槭群??；@球比賽在國內越來越受人們關注，同時被更多的青少年所熱愛，這個設計除具有賽程時間的計時、調整和暫停與比賽計分的功能，還擁有24s倒計時的功能，而且價格低廉，掌握方便且方便于攜帶，適合學生和小團體作為賽程計時計分器材。從另一方面說，這個設計便利了人們比賽時的積分實時工作，在有些意義上增進了籃球賽的展開，不僅有利于開展籃球這項活動，還利于加強中國人的體質，另外參與籃球運動的人越多，更利于籃球運動員的選拔，對我國的籃球運動職業(yè)化也起到促進作用.另外，此計時器經由一定的改良與修改，即便去掉24秒計時功效后，也可應用于其余的球類運動。1.3設計意義自MCU出現(xiàn)以來，它一直受到具有極高性價比的人們的關注和關注，因此應用非常廣泛，開發(fā)速度也非?？?。 具有極高的發(fā)展力，現(xiàn)已成為工業(yè)控制領域中普遍使用的控制工具，它已經廣泛應用于人類的生活中?；诖祟愊到y(tǒng)，我們可以針對單片機的具體工作原理及其多樣化內部結構，進行更深層次的細致了解。與此同時，針對MCU應用系統(tǒng)在實際設計過程中的具體方法及其相應的步驟，進行更深層次的細致掌握，從而將其應用于未來的社會實踐中來。2系統(tǒng)總體方案及硬件設計2.1 系統(tǒng)總體方案設計分數(shù)顯示定時報警時間設定時間顯示單片機控制系統(tǒng)加分設定開始暫停此計時器采用的設計采用模塊化的設計思想，使設計起來更加的快捷簡便和容易。本籃球計時計分器的重要部分，主要包含輸入模塊及其相應的顯示模塊，與此同時，包含控制系統(tǒng)及其相應的報警模塊。通常情況下，單片機主要基于輸出信號，針對多樣化模塊的實際工作狀態(tài)，進行相應的控制。除此之外，單片機應該持續(xù)針對鍵盤，進行相應的掃描，并且實時接收鍵盤的多樣化輸入控制信號，從而針對相關輸出信號，進行相應的調整。其中，整體系統(tǒng)框架示意圖，詳見上圖所示：142.2 控制系統(tǒng)該系統(tǒng)采用AT85 C52，一種由美國制造的低電壓單片機，是一個CMOS 8位微控制器。單片機內部包含8 kbits可重寫Flash只讀程序存儲器和256位隨機存取數(shù)據(jù)存儲器。強大的AT89 C52微控制器與市場上的其他微控制器兼容，可用于控制更復雜的系統(tǒng)。2.3輸入模塊在本次設計中，主要將鍵盤控制模塊，細分為五大按鍵。其中，具體仿真電路示意圖，詳見圖3：圖3：按鍵控制相關電路示意圖通常情況下，對于控制模塊而言，其主要通過鍵盤輸入，鍵盤是一組按鍵和按鈕的集合，它是最尋常的單片機輸入設備，是一種常開型的按鈕開關。2.4顯示模塊在此設計中定時時間顯示模塊使用了4合1共陰極數(shù)字管顯示器。 其實際電路示意圖，詳見圖5：圖5：報警模塊相關電路示意圖2.5報警模塊警報檢測器由傳感器和用于檢測信號的信號處理系統(tǒng)組成。但是，對于報警模塊而言，傳感器的實際作用，也是至關重要的。通常情況下，可以將報警模塊細分為兩大重要組成部分。其中，主要包含蜂鳴器，與此同時，包含三級管驅動器。報警模塊的相關電路示意圖，詳見圖63 軟件設計3.1 軟件設計總流程圖【14】在本次設計中，基于軟件部分，主要選擇模塊化設計的具體方式。除此之外，對于程序而言，其主要由主程序及其多樣化延遲子程序共同組成。其中，本次設計的程序流程具體示意圖，詳見下圖：圖6： 程序流程具體示意圖開始初始化工作狀態(tài)計時開始是否到1秒Y定時是否到了？報警分數(shù)調整鍵是否按下？N刷新顯示執(zhí)行相應的操作，調整計分是否有時間調整鍵按下？N執(zhí)行相應的操作，調整時間YN 圖6：程序流程圖3.1 軟件設計總流程圖在本次設計中，基于軟件部分，主要選擇模塊化設計的具體方式。除此之外，對于程序而言，其主要由主程序及其多樣化延遲子程序共同組成?！?4】3.2 定時初值計算在本次設計中，選用晶振頻率的實際數(shù)值為12MHz，則對于機器周期而言，其實際數(shù)值應該為 1微秒。與此同時，在本次程序中，主要選擇定時器T0，將其設置為方式1,通過定時器，進行1次定時的具體時間為0.02s,則如果定位50次，其實際時間應該為1s。除此之外，其實際定時初值應該如下：45536 = B1E0H。并且對于單片機而言，其定時器0的實際賦初值應該如下：TH0 = 0xb1H；且 TL0 = 0xe0H【14】。3.3 程序功能分析在本次設計中，涉及到多樣化程序的設計。其中，主要包含主程序及其相應的延時子程序等相關程序，與此同時，包含數(shù)碼管顯示子程序及其相應的結束報警顯示子程序等多樣化程序?！?4】3.3.1 主程序模塊該程序從主程序執(zhí)行。我們初始化主程序中的每個模塊，并使用while循環(huán)執(zhí)行每個子程序。 例如，按鈕掃描儀可以反復掃描按鈕，這使得它易于實現(xiàn)【14】。3.3.2 延時程序在本程序中，主要設置了可以用于參數(shù)傳輸?shù)哪唱毩⑿匝訒r程序，與此同時，可以被其他多樣化程序塊進行調用，且相對簡潔【14】。3.3.3 中斷服務程序發(fā)生T0中斷時，它將被傳送到執(zhí)行終止服務子程序。 此外，它還使用數(shù)碼管的循環(huán)掃描顯示器，在每次終止時，針對數(shù)碼管，進行相應的掃描，從而提供相對穩(wěn)定的實際顯示輸出【14】。 3.3.4 數(shù)碼管顯示程序對于數(shù)碼管顯示而言，其主要通過動態(tài)顯示模式，加以呈現(xiàn)。與此同時，在進行實際運行的過程中，可以隨時修改具體時間及其相應的分數(shù)，除此之外，當游戲已經完全結束，可以改變?yōu)轱@示字符串“結束”以指示游戲結束，這就會更加實用【14】。是是否是否否是否是是否狀態(tài)初始化 啟動主程序甲加分鍵按下了嗎乙加分鍵按下了嗎分數(shù)位置交換鍵按下了嗎甲加分乙加分交換定時設計鍵按了嗎計時調整了嗎調用定時調整程序計時調整調用顯示程序display（）倒計時是否為0調用報警子程序圖7 主程序流程圖【14】4.1仿真軟件介紹 軟件硬件結合仿真系統(tǒng)用硬件執(zhí)行環(huán)境與軟件執(zhí)行環(huán)境組成，正常軟件環(huán)境和硬件環(huán)境有屬于自身的除錯與控制界面，Keil C51與Proteus的整合調試能夠實現(xiàn)系統(tǒng)的總調，在此系統(tǒng)中，Keil C51用作軟件調試界面，Proteus用作硬件仿真與調試界面。4.1.1 Keil C51 編譯器簡介 Keil C51是美國公司生產的51系列兼容單芯片C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編語言相比。C語言在功能上，結構上，可讀性和可維護性方面都具有明顯的優(yōu)勢，因此更易于學習和使用。此公司提供了完整的開發(fā)解決方案，包括C編譯器，宏匯編，庫管理和強大的仿真器調試器。通過集成開發(fā)情況將這些部分都組合在一起。適用于所有的開發(fā)階段。4.1.2 Proteus軟件Proteus軟件是英國公司出版的電子設計自動化工具軟件。它不僅有其它電子設計自動化工具軟件的仿真功能，還有仿真單片機及外圍器件。它是當前比較好的仿真單片機和外圍器件的工具。4.2 PROTEUS軟件仿真原理圖通過相關實際要求，本篇設計，主要基于PROTEUS軟件，對該系統(tǒng)，進行相應的仿真工作。其中，實際仿真原理示意圖，詳見圖4.1：圖4.14.21仿真結果分析綜上所述，本次設計取得了相對良好的實際效果，與此同時，擴展了多樣化實際功能，例如：加速調時及其相應的倒計時等具體功能?；诖?，該計時器已經可以應用于不同規(guī)模的運動場，作用于日?；@球比賽。5 安裝、調試步驟1、基于電路板的具體規(guī)格，針對多樣化集成芯片的實際位置，進行相應的設定，與此同時，針對多樣化多樣化集成芯片及其面板之間的實際接觸狀態(tài)，進行更深層次的細致測試。2、基于89C52型號的觸發(fā)器，針對多樣化節(jié)次控制模塊，進行相應的連接。3、基于移位89C52寄存器，及其多樣化門電路，設計出相應的警報提示模塊。3、基于計數(shù)器89C52，及其多樣化門電路，設計出相應的定時倒計時電路。4、實現(xiàn)系統(tǒng)連接，與此同時，針對綜合性能，進行更深層次的細致測試。6畢業(yè)設計體會不知不覺，已經到了要畢業(yè)的時候，也要開始著手寫論文的時候了，我選的課題是張鳳傳教授的籃球單片機計時器畢業(yè)設計，這次的畢業(yè)設計讓我認識到單片機和籃球的重要關系，還有單片機在日常生活中的重要應用，這次的畢業(yè)設計也讓我懂得很多，他不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了我如何把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。這次畢業(yè)設計是我們專業(yè)知識的綜合應用，是我們步入社會的重要部分，從事職業(yè)工作的必不可少的過程。感覺設計對我們這些大學生來說就是死板的一步一步照葫蘆刻瓢，有時候感覺還挺沒有勁的，但是慢慢做下去才發(fā)現(xiàn)其實一點都不是自己想象的這樣，設計過程中還有許多內容需要靠我們自己理解分析，就比如單片機就有許多的型號，你要選擇性價比高的還要適配的，如何選擇也是門學問。還有就是在word的運用方面還不夠熟練，有些操作還沒有精準把握，經常會因為不熟練而導致文本出現(xiàn)錯誤，由此浪費了很多的時間。最后要感謝張鳳傳教授的指導和教育，他對我們進行了耐心的指導，對我們的問題耐心解答，不斷督促我們完成設計，老師嚴謹細致，一絲不茍的作風會是我學習的榜樣，謝謝老師幫助我們能夠完成這次畢業(yè)設計。參考文獻 1 孫育才.MCS-51系列單片微型計算機及其應用（第四版） M.南京：東南大學出版社，20042 康華光.電子技術基礎-模擬部分（第四版）M.北京：高等教育出版社，19993 康華光.電子技術基礎-數(shù)字部分（第四版）M.北京：高等教育出版社，19994 石來德.機械參數(shù)電測技術M.上海：上海科學技術出版社，19815 曹繼松.測試電路M.上海：上海交通大學出版社，19956 謝自美.電子線路設計實驗測試M.武漢：華中科技大學出版社，20007 馬靖善，秦玉平.C語言程序設計M.北京：清華大學出版社，20058 賴麒文.8051單片機C語言開發(fā)環(huán)境實務與設計 M.北京：科學出版社，20029 徐愛鈞.智能化測量控制儀表原理與設計M.北京：北京航空航天大學出版社，200410蔡振江.單片機原理及應用【M】 北京.電子工業(yè)出版社.2007.2 11劉迎春(傳感器原理設計與應用M，北京:國防科技大學出版社，2005:205-207( 12余成波，胡新宇，趙勇. 傳感器與自動檢測技術M .北京:高等教育出版社，200613 新型單片機AT89C2051及其應用舉例J 1996年 04期 14李朋、李貴河南理工大學單片機課程設計報告，2010年04月05日附件2 系統(tǒng)原理圖附件2 系統(tǒng)原理圖16