單片機控制的便攜式籃球計時(shí)器設計

　　引言

　　本設計利用單片機AT89C51完成了計時(shí)的功能，詳細地介紹了系統硬件與軟件的設計過(guò)程，設計由AT89C51編程控制Led七段數碼管作顯示的籃球計時(shí)系統。該系統具有賽程時(shí)間設定，計時(shí)啟功，暫停，報警，24 s及復位等功能。

　　1 系統原理

　　籃球比賽計時(shí)的準確性和計時(shí)的精確度是要求很高的，而單片機在這方面有著(zhù)出色的表現。該系統采用頻率為12 MHz的芯片，整個(gè)系統由按鍵、計時(shí)顯示、報警，箭頭方向等部分組成。該系統組成方框圖如圖1所示。

　　單片機是該系統電路的核心組成部分，系統的各種功能都是在單片機內通過(guò)編程來(lái)實(shí)現。單片機選用AT89C51。它的X1(19腳)和X2(18腳)外接12MHz晶振，為單片機提供時(shí)鐘信號。晶振的2個(gè)引腳分別串一個(gè)瓷片電容，電容值為20～50 pF，用于提高晶振頻率的穩定性。共接入6個(gè)4寸7段共陽(yáng)極數碼管顯示器，用于賽程的時(shí)間和記錄24 s違規計時(shí)顯示。

　　2 系統硬件設計

　　2.1 定時(shí)控制部件設計

　　定時(shí)控制部件是在規定的時(shí)刻發(fā)出各種操作所需的全部?jì)炔亢屯獠靠刂菩盘?，使各功能元件協(xié)調工作，完成指令所規定的功能。主要任務(wù)是產(chǎn)生一個(gè)工作時(shí)序，其工作需要時(shí)鐘電路提供一個(gè)工作頻率。

　　MCS-51內部有一個(gè)用于構成振蕩器的高增益反向放大器，該放大器的輸入端和輸出端分別是XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接時(shí)鐘源可構成時(shí)鐘電路。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，與內部反向器構成穩定的自激振蕩器，它發(fā)出的脈沖直接送入片內的定時(shí)控制部件。

　　2.2 系統的復位電路設計

　　設計采用的是上電加按鈕電平復位，是上電自動(dòng)復位與按鈕電平復位的組合。上電復位利用電容充電來(lái)實(shí)現，即上電瞬間RST/Vpd端的電位與Vcc相同，隨著(zhù)充電電流的減少，RST/Vpd的電位下降，最后被復位在0 V，按鈕電平復位，當按鈕按下后，電源Vcc通過(guò)電阻施加在單片機復位端RST/Vpd上，實(shí)現單片機的復位。

　　2.3 報警器

　　設計采用的是12 V電磁式鐵振膜蜂鳴器作為報警器。當單片機送一個(gè)高電平延時(shí)一段時(shí)間，經(jīng)過(guò)三極管將信號放大后驅動(dòng)中間繼電器，再由中間繼電器驅動(dòng)12 V電磁式鐵振膜蜂鳴器，使得電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生了一個(gè)磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線(xiàn)圈和磁鐵的相互作用下振動(dòng)發(fā)聲。

　　2.4 譯碼及驅動(dòng)部分電路

　　譯碼及驅動(dòng)部分由74LS248和ULN2804A兩塊芯片組成，其輸入電壓為12 V。74LS248的輸入端與單片機的I/O口對應相連，ULN2404A的輸出端與數碼管的段選端相連。

　　3 籃球計時(shí)器軟件設計

　　首先在比賽之前，接通電源，系統自動(dòng)復位，首先設置時(shí)間，通過(guò)上下?lián)軇?dòng)“設置時(shí)間”的按鈕來(lái)設置比賽的時(shí)間，本設計已設好12 min和10 min一節的兩種時(shí)間，按下啟動(dòng)按鈕，計時(shí)器面板的計時(shí)電路共陽(yáng)極數碼管計時(shí)部分顯示為“12-00”或“10：00”;24 s計時(shí)器顯示為“24”。當比賽開(kāi)始時(shí)，按下“運行”按鈕計時(shí)器計時(shí)部分和24 s部分同時(shí)開(kāi)始運行。

　　在比賽過(guò)程中可以通過(guò)球權按鍵來(lái)控制箭頭的指向，從而顯示比賽中擁有球權的隊。若控球方在24 s內未違規，則只需按一下“24 s復位”按鈕即可，當24 s違規時(shí)，該蜂鳴器會(huì )發(fā)出2 s的報警聲音。

　　當小節比賽到最后10 min時(shí)，計時(shí)器向蜂鳴器發(fā)出信號，蜂鳴器報警提示1 s，此時(shí)計時(shí)器的計時(shí)顯示面板由“00-10”變?yōu)椤?0—00”，當24 s顯示面板此時(shí)變?yōu)楹撩胗嫊r(shí)，這時(shí)就進(jìn)入1/10 s倒計時(shí)。

　　當比賽結束時(shí)蜂鳴器報警提示4 s，計時(shí)器面板計時(shí)部分顯示為“00-00”，24 s顯示器顯示為“00”。此時(shí)本場(chǎng)比賽結束。流程圖如圖2所示。

4 系統調試

　　4.1 軟件調試

　　利用Keil μVision 3進(jìn)行仿真調試，根據設計要求運行程序、調試時(shí)間、運行的步驟等，最終達調試到設計需要的參數。

　　(1)程序編完后，對代碼仔細逐行檢查。檢查代碼的錯誤，建立自己的代碼檢查表，對經(jīng)常易錯的地方進(jìn)行檢查。檢查代碼是否符合編程規范。

　　(2)對各個(gè)子程序進(jìn)行仿真測試。仿真測試的方法：用程序測試程序，編制一個(gè)調用該子程序的代碼，建立要測試子程序的入口條件，再看看它是否按預期輸出結果。

　　(3)如果代碼有修改，再次對代碼進(jìn)行檢查。

　　4.2 硬件調試

　　在Proteus Professional 7.1 SP2單片機仿真與電路板設計軟件中繪制電路原理圖，在搭接好基本電路后根據設計要求設置參數，之后將寫(xiě)好的程序導入仿真硬件電路中，然后運行，觀(guān)察仿真現象是否與設計要求的一致。

　　主要需要調試的是電路的輸入電壓，計算電路中的電流來(lái)設置具體的通過(guò)每個(gè)元件的允許電流，即Imax，在調試穩壓電源的時(shí)候需根據計算結果，選擇變壓器的參數，即能夠提供的最大電流、功率。合理選用電容參數的大小以保證穩壓電路的穩壓系數。仿真得到的效果和制作出來(lái)的實(shí)物之間有一定的差距，因為實(shí)際電路存在電損耗，所以在搭接硬件電路時(shí)必須考慮這些方面的影響。

　　5 注意事項

　　(1)根據硬件電路原理圖和裝配圖仔細檢查線(xiàn)路的正確性，并檢查元器件安裝是否正確。常要注意的是芯片及開(kāi)關(guān)管的型號、放大器和開(kāi)關(guān)管的極性、電容器的耐壓和極性、電阻的阻值和功率是否與設計圖紙相符，重點(diǎn)檢查系統總線(xiàn)間或總線(xiàn)與其他信號線(xiàn)間是否存在短路。

　　(2)檢查焊接點(diǎn)是否牢固，特別要仔細檢查有無(wú)漏焊和錯焊;對于靠得很近的相鄰焊點(diǎn)，要注意檢查金屬毛刺和是否短路，必要時(shí)可用萬(wàn)用表進(jìn)行測量。調試過(guò)程有時(shí)可能要重復多次。另外，在燒錄程序的時(shí)候，一定要注意到AT89系列單片機默認得有芯片加密。

　　(3)在制作過(guò)程中需考慮電流、電壓、磁場(chǎng)對單片機的影響，做好防護措施，可外接保護電路，從而消除灌流、尖峰電流的等對單片機運行的影響。

　　6 結語(yǔ)

　　計時(shí)器的時(shí)間設定操作簡(jiǎn)單，功能齊全，體積小，易于方便攜帶等優(yōu)點(diǎn)。能廣泛應用于學(xué)校，籃球俱樂(lè )部，體育館或者小團體作為賽程的計時(shí)。