摘要隨著微控制器在各個領域的廣泛應用，許多用微控制器作控制的球賽計時器也應運而生，如用微控制器控制lcd液晶顯示器的計時器，用微控制器控制led七段顯示器的計時器等等。
本次設計的籃球計時系統以at89c51微控制器為核心元件，利用它內部的計數器t0完成比賽的計時，通過七段共陰極led來顯示比分和時間。計時部分採用cd4511（七段bcd碼解碼器）進行硬體解碼；計分部分採用cd4094（8位移位存貯匯流排暫存器）進行序列口擴充套件顯示器介面，並利用74ls21（雙四輸入與門）來實現比分的重新整理功能。報警部分採用蜂鳴器為音響器件。
本系統具有賽事時間設定、賽事時間啟/停設定、24s倒計時控制；比分重新整理控制；報警等功能。且造價低廉、操作簡單、攜帶方便，適合於學校或小團體作為賽程計時工具。
關鍵詞籃球計時系統七段共陰led數碼管 at89c51
目錄1 緒論 1
1.1 選題背景和意義 1
1.2 選題目的 1
2 總體設計方案 2
2.1 系統的構成框圖 2
3 各部分功能介紹 4
3.1 賽程時間設定 4
3.2 賽程時間啟動/停止設定 4
3.3 24s顯示控制 4
3.4 計時顯示 5
3.5 計時結束後報警 5
4 硬體部分的設計 6
4.1 微控制器簡介 6
4.2 微控制器最小系統 7
4.3 計時電路 8
5 軟體設計 11
5.1 程式設計設定及總流程框圖 11
5.2 計時部分模組流程 12
5.3 系統除錯 12
總結 14
參考文獻 15
附錄 16
籃球比賽在中國越來越受到人們的關注，同時也被更多的青少年所喜愛。本設計除了具有賽程時間計時、調整及暫停和比賽計分的功能，還具有24s倒計時的功能。且造價低廉、操作方便且便於攜帶，適合於學校和小團體作為比賽賽程的計時工具。
從另一方面說，本設計方便了人們比賽時的計時工作，在某種程度上也促進了籃球賽的開展，既有利於發展籃球這項體育運動，又有利於增強人們的體質。另外參與籃球運動的人多了，也利於籃球運動員的選拔，對我們國家的籃球事業也具有促進作用。
通過設計過程，培養學生分析解決實際問題的能力，使學生對微控制器工作原理有更加系統和更深層次的認識，提高微控制器系統軟硬體設計能力。同時通過設計練習，使學生初步掌握電子系統的設計步驟和設計方法，提高電子技術理論和技能的綜合應用水平。
基於微控制器的籃球比賽計時系統的構成框圖如圖2-1所示
圖2-1 籃球比賽計時系統構成框圖
本系統採用at89c51作為設計的核心元件，利用七段共陰led數碼管作為顯示器件。其中，計分電路中共接入6個七段共陰led數碼管用於顯示比賽兩隊的分數，每隊3個數碼管，顯示範圍0～999分。比分是通過按鍵來人工控制加分，為了避免人工操作時的失誤錯加分，故增加了兩個用於減分的按鍵。
比分顯示時採用靜態顯示，即6個led數碼管在同一瞬間可以顯示不同的字元。計時電路中共接6個led數碼管，其中4個用於顯示賽程時間，即2個顯示分鐘，2個顯示秒鐘。賽程採用倒計時方式，即比賽前將時間設定好，比賽開始時啟動計時，直至計時到零為止，比賽暫停時停止計時，比賽重新開始時計時繼續，計時範圍0～99分鐘。
另外兩個數碼管用於顯示24秒計時，即採用倒計時，比賽開始啟動計時，計時到零或控球發生改變時重新計時開始由24s倒計時，如此迴圈，直至比賽結束。當有暫停同樣停止計時，重新開始時繼續計時。
最後，設計中還有定時報警系統，即賽程時間結束或24s結束時，立即通過蜂鳴器發出報警聲提示。
通過按鍵k5、k6來設定賽程時間。籃球比賽的一節時間為12分鐘，通過按k5按鍵，使led數碼管1顯示「1」即可。在按k6按鍵，設定比賽時間的個位數，即使數碼管2顯示「2」。
當比賽結束時，如果由於一些特殊原因要增加比賽時間，這時比賽時間的調整同樣由k5、k6按鍵來設定，且方法和上面一樣。但一般情況下只需按下k6來設定即可。因為加賽時間通常只有幾分鐘。
當時間設定好之後，比如每節時間為12分鐘，則數碼管1～4上分別顯示1200，即12表示時間，00表示秒鐘。這時，如果裁判吹響開始哨聲，則立即按下k7按鍵，即比賽開始，計時顯示由1200變為1159、1158……一直到0000時為止，即表示比賽結束。
在比賽過程中，遇到換人。暫停等時按下k7按鍵時間停止計時，數碼管上的數值保持不變。當比賽繼續進行時，應立即按下k7按鍵，繼續進行計時。
24s值在程式中設定，由數碼管5、6來顯示，即數碼管5、6顯示24.比賽開始時按下k7按鍵24s隨賽程時間一起計時，即計時顯示由24變成23、22、21……直到00.然後再由24s開始重新計時。
比賽過程中，當進攻的一方改變時，應立即按下k8按鍵，即使24s重新計時。
計時顯示採用七段共陰led數碼管顯示，其中計分6個數碼管，賽程時間4個數碼管，24秒2個數碼管，數碼管顯示格式分別是：000 000和00 00以及00。
當賽程時間或24s計時結束時，系統會自動發出10s報警聲提示。
硬體部分的設計是整個設計中的乙個重要部分。在進行硬體部分設計時，首先要確定元器件，並且知道這些器件的工作原理和功能。然後才可以進行設計。
本設計的硬體電路包括兩部分：計時電路、計分電路。硬體電部分的設計除了硬體電路的設計，還包括pcb板的繪製。
mcs-51是指由美國intel公司生產的一系列微控制器的總稱，這一系列微控制器包括了很多品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產品，該系列其它微控制器都是在8051的基礎上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習慣於用8051來稱呼mcs51系列微控制器，而8031是前些年在我國最流行的微控制器，所以很多場合會看到8031的名稱。
intel公司將mcs51的核心技術授權給了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051為核心的微控制器，當然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中89c51就是這幾年在我國非常流行的微控制器，它是由美國atmel公司開發生產的。
at8at89c51是乙個低電壓，高效能cmos 8位微控制器，片內含4k bytes的可反覆擦寫的flash唯讀程式儲存器和128 bytes的隨機訪問資料儲存器（ram），器件採用atmel公司的高密度、非易失性儲存技術生產，相容標準mcs-51指令系統，內建功能強大的微型計算機的at89c51提供了高價效比的解決方案。
微控制器最小系統主要由復位電路模組和時鐘電路模組組合而成。其電路圖如圖4-1所示：
圖4-1 最小系統原理圖
復位電路和時鐘電路分別如圖4-2和圖4-3
圖4-2 復位電路
復位電路可以分為上電復位和手動按鍵復位兩種。在系統上電的一瞬間微控制器上電復位，原理是利用電容兩端的電壓不能突變，在一上電的瞬間電容好比短路，所以加在第九腳rst的電平是高電平，雖然時間很短，但是足以讓微控制器系統復位。
手動按鍵復位的原理是，在系統正常工作的過程中可以手動觸動按鍵使微控制器復位。具體原理是，按下s1按鍵，因此5v電壓經過乙個200歐姆的電阻分壓後加到系統的rst上，手動按鍵按下到抬起的過程足以使系統復位。
圖4-3 時鐘電路
對於微控制器系統而言，晶振電路就好比是人的心臟一樣，是乙個跳動的動力**，18,19號引腳接的是11.0592m的晶振。
採用計時晶元，針對計算機系統對計時晶元的要求，各大晶元廠家推出了鍵時鐘/倒計時/正計時各種晶元，可採用自動控制計時晶元，通過觸發控制電路使計時器自動地計時，達到預定時間後晶元重新開始計時（實現倒計時功能）；也可以通過觸發控制電路使計時器不計時，達到預定時間後晶元重新開始計時（實現暫停功能），不需要程式干預。計算機可通過中斷或查詢方式讀取計時器資料，實現計時的暫停的功能，並進行顯示，計時功能的實現就無需占用 cpu 的時間，程式簡單，控制精度高，因此在工業控制系統中多採用這一類專用晶元來實現計時功能。
設計中還用到乙個顯示解碼器cd4511，它是乙個用於驅動共陰極數碼管(led)顯示器的bcd碼—七段解碼器。它具有bcd碼轉換、消隱、和鎖存控制、七段解碼及驅動功能的cmos電路能提供較大的上拉電流，可以直接驅動led顯示器。
cd4511的引腳功能：
圖4-4 cd4511封裝圖
bi：4腳是消隱輸入控制端，當bi=0 時，不管其它輸入端狀態是怎麼樣的，七段數碼管都會處於消隱也就是不顯示的狀態。
le：鎖定控制端，當le=0時，允許解碼輸出。 le=1時解碼器是鎖定保持狀態，解碼器輸出被保持在le=0時的數值。
lt：3腳是測試訊號的輸入端，當bi=1，lt=0 時，解碼輸出全為1，不管輸入 dcba 狀態如何，七段均發亮全部顯示。它主要用來檢測數7段碼管是否有物理損壞。
a1、a2、a3、a4、為8421bcd碼輸入端。
a、b、c、d、e、f、g：為解碼輸出端，輸出為高電平1有效。
電路如圖2-2所示,主要由按鍵開關k5～k9,微控制器at89c51,解碼以及led顯示器構成。
時間的設定操作如下：當調時（十位）開關k5按下時，產生乙個低電平；此時對應調分（十位）控制端p2.0的le輸出高電平，表示此時可以向調分（十位）的cd4511傳送資料，但因為le=1時，cd4511鎖存，cd4511的輸出端a～g不會有輸出。
這時將要顯示資料的**經p1口的p1.0送到cd4511的輸入端a～d端，送完後，將le清零；便可以將要顯示資料的**經cd4511解碼後，送led顯示器顯示。調時按鍵開關每按一次，數字自動加1，直到調到需要設定的時間即可。
調時（個位）k6的操作方法與上一樣。
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