基于單片機的智能籃球記分器的設計
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1.1 系統分析
基于應用MCS-51系列中的STC89C52芯片，設計出籃球記時(shí)、記分、記秒，聲音提示，無(wú)線(xiàn)遙控系統，同步監視，使其能實(shí)現A/B兩隊比分的加減，準確記錄比賽時(shí)間，進(jìn)攻24 s，記分裁判通過(guò)無(wú)線(xiàn)遙控器進(jìn)行加減分的同時(shí)在主控制臺同步監視顯示屏上顯示比分的變化。其控制系統的模塊包含7 bit動(dòng)態(tài)顯示數碼記分模塊、4 bit動(dòng)態(tài)顯示數碼計時(shí)模塊、A/B兩隊加減分模塊、無(wú)線(xiàn)遙控模塊和聲音提示模塊。在系統硬件各個(gè)模塊和軟件的設計過(guò)程中，還要注意如何使得系統的抗干擾能力提高，設計出具有低功耗、可靠、快速、安全以及低成本、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)的籃球記分器。此外還要能長(cháng)期支持軟件升級。系統設計方案不僅要完全滿(mǎn)足智能籃球記分器的設計要求，還廣泛適用于各類(lèi)學(xué)校體育館大型比賽[1]。
1.2 方案設計
(1)電源供電的選擇
方案一：采用傳統的供電方式，通過(guò)變壓器降壓，再經(jīng)過(guò)穩壓電路穩壓后給電路進(jìn)行供電。
若采用該方案，則需要多個(gè)電源同時(shí)供電才能滿(mǎn)足設計要求，還需要設計集成穩壓電源電路，這樣的電路功耗大、成本較高、電壓不穩定、維護不方便、體積龐大、效率低下。
方案二：采用開(kāi)關(guān)電源，用220 V/350 W的開(kāi)關(guān)電源不僅可以提供穩定的工作電壓，而且該模塊已經(jīng)商品化、統一化、體積小和便于維護。
開(kāi)關(guān)電源小型化、輕便化有利于籃球記分器的安裝。另外開(kāi)關(guān)電源也在節約能源、節約資源及保護環(huán)境等方面都具有重要的意義。
經(jīng)綜合對比分析，采用方案二更為合理。
(2)顯示方式的選擇
方案一：采用靜態(tài)掃描方式。采用靜態(tài)顯示方式控制點(diǎn)亮數碼管，各數碼管同時(shí)點(diǎn)亮，每位數碼管應顯示數碼的筆劃數據由單片機I/O口送給鎖存芯片保持數據。
靜態(tài)掃描顯示原理比較簡(jiǎn)單、編程容易，顯示清晰，亮度較高，但要求占用很多接口線(xiàn)并增用不少硬件芯片，成本較高，驅動(dòng)電路復雜，而且功耗巨大。
方案二：采用動(dòng)態(tài)掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，段、位數據從I/O口到顯示模塊以并行方式傳輸；對于每段數碼（a~f）各位的同一數碼段（比如：a段）共用同一個(gè)驅動(dòng)，由單片機給出數據段選通信號，同時(shí)單片機也給出位選信號，這樣每時(shí)每刻就只有一個(gè)數據段信號和一個(gè)位數據信號同時(shí)確定哪位亮并立即顯示出該數碼。每位的位、段數據保持一定時(shí)間(極為短暫約1 ms)，然后再顯示下一個(gè)數碼位的段信息；依次掃描每一個(gè)數碼位（共10 bit），只要一個(gè)掃描周期的時(shí)間比人眼10 ms的滯留時(shí)間短，再加上LED的余輝，給人的印象就是一組穩定的顯示數據，不會(huì )有閃爍現象。而且只要保證電源的容量能點(diǎn)亮最大功率的LED數碼管和廣播即可，這樣就可以節約巨大的電源容量(約是靜態(tài)功率的6/7)[3，4]。
因此，選用動(dòng)態(tài)掃描方式。
(3)接發(fā)收模塊的選擇
方案一：采用紅外線(xiàn)傳輸方式。主控制臺將特定的信號編碼，然后透過(guò)紅外線(xiàn)通信技術(shù)將編碼送出，而設置在顯示屏上的紅外線(xiàn)接收器收到編碼之后，將其進(jìn)行譯碼而得到原來(lái)的信號。
紅外線(xiàn)是一種低成本、高速的無(wú)線(xiàn)傳輸形式，但是其缺點(diǎn)是紅外線(xiàn)傳輸極易受到墻壁的阻礙。如果傳輸的路途中沒(méi)有任何障礙物，則數據的傳輸相當快速且高效，但紅外線(xiàn)不能穿透墻壁或是大型物體，所以，在數據收發(fā)的兩端必須相互對準（即可以看見(jiàn)對方）才能進(jìn)行通信，而體育館有那么多觀(guān)賽人，非常不利，而且容易受到下雨、下雪或是霧氣的干擾。
方案二：采用無(wú)線(xiàn)數據傳輸。早期的發(fā)射機較多使用LC振蕩器，頻率漂移較為嚴重。聲表器件的出現解決了這一問(wèn)題，其頻率穩定性與晶振大體相同，而其基頻可達幾百兆甚至上千兆赫茲。無(wú)需倍頻，與晶振相比電路極其簡(jiǎn)單。由于使用了聲表器件，電路工作非常穩定，即使手抓天線(xiàn)、聲表或電路其他部位，發(fā)射頻率均不會(huì )漂移。
選用PT2262/2272芯片[2]，通過(guò)編解碼芯片PT2262、PT2272組成無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路。由于該電路具有體積小、功耗低、功能強、成本低、外部元器件少，RC振蕩電阻，工作電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，選用PT2262-M6非鎖存加315M無(wú)線(xiàn)模塊輸出。
2 硬件設計
2.1 主控制臺主板
如圖1所示，主控臺電路基于單片機STC80C52為控制核心，單片機P1.0～P1.3口作為籃球記分器監視器的位控制口，將控制信號通過(guò)74LS154譯碼器連接數碼顯示管，將單片機輸出的編碼進(jìn)行4-16譯碼，從而控制數碼顯示管顯示位；P1.4～P1.7口連接至發(fā)射模塊（PT2262）芯片，將鍵盤(pán)輸入的信息通過(guò)單片機傳輸到2262數據位中進(jìn)行編碼；P0口作為鍵盤(pán)端口，將鍵盤(pán)矩陣的信息輸入至單片機處理。P2.0～P2.6為段數據口；I/O連接至74LS245，它是8路同相三態(tài)雙向總線(xiàn)收發(fā)器，可雙向傳輸數據。通過(guò)74LS245用來(lái)驅動(dòng)數碼管。
2.2 顯示屏主板
顯示屏主板控制電路框圖如圖2所示，以單片機STC89C52為控制核心，P0.0～P0.3口連接至PT2272解碼芯片的輸出口，將無(wú)線(xiàn)傳輸過(guò)來(lái)的信息經(jīng)過(guò)PT2272解碼后輸入至顯示屏中的控制單片機。P1.0～P1.3口作為籃球記分器位顯示控制口，將控制信號通過(guò)74LS154譯碼器譯碼選擇位選。[next]
2.3 鍵盤(pán)模塊
鍵盤(pán)是信息的輸入窗口，基于STC80C51單片機，采用矩陣鍵盤(pán)，采用4條I/O線(xiàn)作為行線(xiàn)，3條I/O線(xiàn)作為列線(xiàn)組成的鍵盤(pán)。在行線(xiàn)和列線(xiàn)的每個(gè)交叉點(diǎn)上設置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤(pán)上按鍵的個(gè)數就為3×4個(gè)。這種行列式鍵盤(pán)結構能有效地提高單片機系統中I/O口的利用率。通過(guò)軟件編程可以消除鍵抖動(dòng)，從而達到更好的信息輸入的作用。
2.4 驅動(dòng)模塊
驅動(dòng)顯示器模塊的功率計算選擇如下(按共陰極，24 V供電)：
2.5 主屏幕
以L(fǎng)ED為基本單元，根據電源電壓和不同顏色LED的耐壓值，進(jìn)行串并聯(lián)（每串的LED數目要嚴格統一，不然會(huì )引起數碼條顏色不均的現象）。
注意：不同批次的LED燈會(huì )有不同的端電壓、電流和發(fā)光顏色，因此盡量選擇同一批次高質(zhì)量的超高亮LED做為基材，可能的話(huà)先買(mǎi)部分LED做實(shí)驗，效果不錯再批量購買(mǎi)。
3 軟件設計
3.1. 主控制臺
主控制臺提供給場(chǎng)地記分裁判使用，作為顯示屏的同步監視器，當接通電源，時(shí)間顯示的7位共陰極的數碼管顯示“00 00 00”時(shí)，按下12 min一鍵置位，即可以顯示“12 00 24 00 00”表示第一節12 min以及24 s倒計時(shí)準備開(kāi)始；按計時(shí)鍵時(shí)，時(shí)間開(kāi)始倒計時(shí)，比賽開(kāi)始并同時(shí)響鈴。
記分顯示：要給A隊或者B隊加分，分別按下不同的記分鍵+1、-1鍵；當比賽出現暫定，比賽時(shí)間與24 s倒計時(shí)同時(shí)暫停并同時(shí)響鈴提示。比賽結束時(shí)，響鈴提示。進(jìn)入第二節比賽、第三節比賽、第四節比賽與此類(lèi)似。
主控制臺同時(shí)將信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸到顯示屏上，顯示屏的信息與主控制臺信息保持實(shí)時(shí)同步。
3.2 顯示屏
顯示屏是提供給觀(guān)眾及球員觀(guān)看的大顯示屏幕，它與主控制臺同步播放比賽戰況。
當接通電源，顯示屏顯示與主控制臺一樣。顯示屏通過(guò)接收無(wú)線(xiàn)傳輸的數據信息，將信息通過(guò)單片機等控制同步顯示給觀(guān)眾及球員。
本次設計是基于STC80C51單片機開(kāi)發(fā)的新型智能籃球記分器，采用指令冗余和按鍵延時(shí)去抖，并添加屏蔽層等抗干擾措施以提高系統穩定性。還應用開(kāi)關(guān)電源作為電源供電，使得系統工作電壓更穩定。在主控制臺使用同步監視器，不僅提高操作效率，而且提高系統準確性。采用動(dòng)態(tài)掃描的方式相對于傳統的鎖存提高了速度，通過(guò)快速掃描方式對數據及時(shí)刷新。因而系統的快速性得到了明顯的提高。
基于STC80C51單片機開(kāi)發(fā)出來(lái)的新型智能籃球記分器，實(shí)現了智能化、簡(jiǎn)單化，能夠正常完成各項指令操作，并且能夠實(shí)現軟件升級。它擁有
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