籃球比賽場地計時計分系統(tǒng)的設計

袁 芳， 江 偉， 陳 冬， 劉超俊

(東華理工大學核技術應用教育部工程研究中心，； 江西省新能源工藝及裝備工程技術研究中心，江西 南昌 330013)

0 引 言

在籃球比賽中，需要對比賽雙方的要求進行處理，實現暫停、比分清零、換場比分交換、24 s進攻時間復位、加分、減分、記錄暫停次數的功能。對比賽時間、雙方的分數、24 s進攻時間、雙方的暫停次數以及60 s暫停時間進行記錄和顯示。

本文設計了以AT89C51單片機為核心元件的籃球比賽場地計時計分系統(tǒng)。分別設計了單片機最小系統(tǒng)、提示音電路、譯碼電路、4*4矩陣鍵盤接口電路、共陰數碼管顯示電路[1-6]。以及主控程序、動態(tài)顯示子程序、定時中斷子程序、按鍵子程序、延時子程序的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)可靠性強、操作簡單、攜帶方便，完全可以滿足籃球比賽的要求[7-10]。

1 系統(tǒng)硬件部分設計

硬件電路由單片機最小系統(tǒng)、按鍵電路、顯示電路、蜂鳴器提示音電路、譯碼電路組成。系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示[11-15]。

1.1 單片機控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)選用AT89C51單片機為核心控制器，該單片機的控制系統(tǒng)主要包括單片機外圍接口電路、復位電路、晶振電路及電源電路，如圖2所示。

1.2 提示音電路

在籃球比賽中需要提示音，例如比賽時間到、比賽暫停都需要提示音。提示音電路由蜂鳴器和三極管組成與單片機P2.7相連，因為驅動蜂鳴器的電流要求比較大，而單片機I/O口電流比較小，因此使用三極管來放大驅動，如圖3所示。

1.3 譯碼電路

設計需要16個數碼管顯示，為節(jié)約單片機的I/O口，使用4～16譯碼器，它由2片3～8譯碼器組成的。由于74LS138只有3個輸入端，因此將第一片的E2，E3作為它的第4個地址輸入端(同時令E1=1)，取第二片的E1作為第四個地址輸入端(令E2=E3=0)，將四個地址輸入端(命名為D0，D1，D2，D3)分別與P3口的低四位連接，16輸出端連接數碼管的位選端。

當D3=0時第二片譯碼器不工作而第一片譯碼器工作，將4個輸入信號組成的8個代碼譯成8個低電平信號，若D3等于0時，第一片譯碼器停止工作，第二片譯碼器工作，將4個輸入信號組成的這8個代碼譯成8個Z8～Z15高電平信號，擴展成為一個4線-16線的譯碼器。同時在Z15端口加一個或門，因為在仿真過程中要給一個0xff進行消隱，但0xff值會點亮第16個數碼管，造成亂碼，加或門并且通過軟件設計就可以在消隱時不會點亮數碼管，電路如圖4所示。

1.4 鍵盤接口電路

該系統(tǒng)要人為的控制比較多，因此采用矩陣鍵盤，八個端口與單片機P1口連接，16個鍵盤可以實現了比賽所需數據的記錄，包括比賽雙方分數的記錄，比賽時間倒計時，暫停功能，換場比分交換，雙方持球時間的復位，兩隊請求的暫停時間以及暫停的次數等，各個鍵盤的分布如圖5所示。

1.5 數碼管顯示電路

該系統(tǒng)用于顯示的數碼管有16個，采用動態(tài)顯示，在硬件電路方面節(jié)省許多器件，提高效率。單片機I/O口的電流比較小不能驅動數碼管，使用74HC573驅動數碼管，達到最佳效果，位選信號是由4～16譯碼器輸出。

共陰數碼管公共端接低電平，段碼高電平時才點亮數碼管，在編程時，先送出段碼，再送位選碼，不斷循環(huán)。數碼管顯示電路如圖6所示。

圖6 數碼管顯示電路

2 系統(tǒng)軟件設計

運用單片機中斷系統(tǒng)實現時間控制和計數功能，線反轉法實現鍵盤掃描控制，動態(tài)顯示數碼管，單片機I/O口的高低電平實現警報器發(fā)出聲音。

運用T1和T0兩個定時器中斷，T0進行有參賽隊請求暫停的時候60 s倒計時，T1定時器控制整節(jié)比賽總時間的倒計時，鍵盤控制球隊的加分，當有鍵按下時，有對應的加分動作，整個軟件部分采用模塊化設計思想，將系統(tǒng)的各功能編成子模塊，可以加強軟件的可移植性以及可讀性。

2.1 主程序設計

主程序的設計內容主要對定時器的初值進行初始化，開啟中斷，調用子程序，具體流程圖如圖7所示。

2.2 動態(tài)顯示子程序設計

籃球比賽所有要顯示的數據放到一個變量數組s[ ]內，數組內存放了11個數據，分別代表的意義是：時間min，時間sec，A隊分數，B隊分數，24 s進攻時間，60 s暫停倒計時，A隊暫停次數，B隊暫停次數，A隊分數百位，B隊分數百位，臨時數據.其中最后一個數據只是換場時比分交換的臨時數據，不做顯示在乒乓球比賽程序里把所有的數據放到數組p[]里，顯示的原理與籃球顯示相同。

數碼管的段選端連接至74HC573鎖存器的8個引腳上，74HC573引腳LE接至P2.7口，只有當P2.7=1時，數碼管才接受到單片機傳出的數據，否則鎖存器不會工作，4～16線譯碼器的16個引腳分別連接16個數碼管的公共端作位選，4個輸入點連接P3口的低四位，每次只點亮1個數碼管，位選碼從0000～1111無限循環(huán)，將數據全部正常的顯示出來，具體流程如圖8所示。

2.3 定時中斷子程序設計

中斷是該軟件系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)，是軟件的核心部分，此次軟件設計使用了T0和T1兩個定時器中斷。該系統(tǒng)運用了定時器工作方式1。定時器的功能是由程序編寫確定的，在使用定時器前都要初始化，在主程序或在中斷子程序都要進行初始化，使其按用戶自己定好的方式工作。定時器中斷流程圖如圖9和圖10所示，其中s[0]表示比賽倒計時min，s[1]表示比賽倒計時s，s[4]表示24 s進攻時間倒計時，s[5]表示60 s倒計時。

圖9 定時器1中斷流程圖圖10 定時器0中斷流程圖

2.4 按鍵子程序處理設計

按鍵功能設計中，使用了4*4矩陣鍵盤，采用線反轉法要比逐行掃描法快，但使用線反轉法時，行、列上都接上拉電阻。16個按鍵有著不同的功能，分別如下：1：比分清零；2：時間復位；3：換場比分交換；4：24 s復位；5：A隊加1分；6：A隊加2分；7：A隊加3分；8：A隊減1分；9：B隊加1分；10：B隊加2分；11：B隊加3分；12：B隊減1分；13：A隊請求暫停；14：B隊請求暫停；15：暫停 ；16：開始。具體流程圖如圖11所示。

2.5 延時子程序

延時過程使用兩個局部變量i，j其中j的值已經固定好為110；i的值需要用戶輸進去，j的值為110的意義就在于用戶確定延時的方便，當需要延時1 ms時，只需要調用延時函數delay可以達到要求。圖12就是延時子程序流程圖。

3 系統(tǒng)調試

比賽設計可以直接在Proteus軟件里進行仿真，通過與Keil 建立協(xié)同仿真單步調試，程序的的每一步都可以在Proteus上體現出來。仿真前首先在Proteus軟件里畫好硬件圖，確定沒有錯誤，其次編寫C代碼，編譯無誤產生HEX文件，加載到單片機中進行仿真，顯示的是籃球比賽數據，如圖13所示。由圖可知，比賽時間還剩九分鐘，比分是13∶12，暫停的次數分別是三次和一次，進攻時間還剩13 s。最后，制作籃球比賽場地計時計分器的實物，能實現相同的設計功能。

4 結 語

本文設計了比賽場地計時計分系統(tǒng)，該系統(tǒng)的硬件部分由單片機最小系統(tǒng)、蜂鳴器提示音電路、按鍵電路、顯示電路、譯碼電路組成。該系統(tǒng)的軟件部分由主程序、動態(tài)顯示子程序、定時中斷子程序、按鍵子程序、延時子程序組成。

圖11 按鍵處理流程圖圖12 延時子程序流程圖

圖13 籃球比賽運行圖

仿真和實物實驗驗證了該電路的正確性和可靠性，而且該系統(tǒng)還具有結構簡單、價格低廉的優(yōu)點，具有廣闊的市場應用前景。

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