基于MCS-51單片機的電子體育記分牌的設計

李維強

（陜西國際商貿學院 體育教研室，陜西 咸陽 712046）

基于MCS-51單片機的電子體育記分牌的設計

李維強

（陜西國際商貿學院 體育教研室，陜西 咸陽 712046）

為了提高體育比賽記分的規范化，以及比分、記時、犯規數等的顯示效果，增加數據顯示的及時性與準確性。因此，文章在MCS-51單片機的技術基礎上，結合體育賽事中各種需要顯示的比賽數據信息，對相關設計意圖，進行技術上與經濟上的可行性分析。并從硬件設計與軟件設計兩個方面，對設計過程進行探討。最后，通過例舉某籃球場的體育記分牌設計方法，為相關行業工作人員提供參考與借鑒。

MCS-51單片機；電子體育記分牌；設計

在體育賽事中，需要通過電子體育記分牌，對各種計時、計分信息進行準確、及時的顯示，以及顯示比賽雙方的賽程暫停時間倒數、成績寄存等功能。而通過MCS-51單片機，則能完美實現上述功能。同時，基于MCS-51單片機所設計出的電子記分牌，具有成本低、便攜性高、使用壽命長以及顯示穩定等特點，在一些小型體育場地，有著廣泛的運用[1]。文中即對此類電子體育記分牌的設計過程進行分析，分析如下。

1 MCS-51單片機概述

MCS-51單片機，由Intel公司在1980年推出。相比過去的MCS-48以及Z80、INTEL8085的CPU相比，這種類型的單片機，在運行速度與指令下達等方面，具有明顯的優勢。通過將CPU與隨機、只讀存儲器以及各種定時器和中斷系統等進行集成，從而獲得完善的小型計算機系統。MCS-51單片機，由8951、8031以及8751與8051 4個機種所構成一個系列，具有較高的應用性。

2 體育記分牌設計中MCS-51單片機的應用

2.1 體育記分牌的設計要點

傳統的體育記分，由于依靠人工記錄，面對大規模的體育賽事，一旦疏忽則容易造成計分準、計分遺漏等問題[2]。同時，人工記錄難以根據賽事變化，進行及時記錄。對比賽情況無法做到準確、及時的反應。而隨著科學技術的進步，對于體育計分，則完全可以通過智能技術與自動化技術，取代人工記錄的形式。為了彌補上述人工記分所容易產生的問題，因此，電子體育記分牌的設計，應以記分準確性、記分及時性為原則進行設計。

2.2 體育記分牌的硬件設計

為了確保體育記分牌能夠對體育比賽的分數變化，做到及時、準確的反應。并且保證分值的顯示效果，因此，因從硬件與軟件兩方面入手，進行設計。首先應對硬件系統進行構建。

體育記分牌，首先應具有分數顯示的功能，因此應包含數碼管顯示系統、電源系統。同時，為了達到智能記分的目的，還需要包含紅外線輸入系統。最后則通過MCS-51單片機對整體系統中各個部分進行控制，在設計中應以體育記分牌的有效應用，作為設計目標與最終標準[2-4]。

為了確保電子體育記分牌的硬件系統，能夠良好構建。所以對設計方法與思路，做出示意如圖1所示。硬件系統，在進行設計之前，需要對其中所涉及到的相關設備的型號，進行確定。而后在按照設計圖示的連接方法，對各個物理設備，進行連接調試。

圖1 電子體育記分牌硬件設計示意

根據圖1所示設計，該系統控制部分由單片機負責，通過數碼管，進行顯像。通過指示系統，對場上比賽情況進行分析與追蹤記錄。通過紅外線將顯示信息輸入。系統連接電源，并通過遙控器，對記分牌的數據顯示，進行控制。

將比賽比分最大值，設置為199分。如果存在最大值比分的情況下，則顯示系統，需要設置數碼管數量為6。對于雙方各自比分，因為最高值為99分，所以數碼管數量應為4個。此外，體育賽事中，還存在犯規情況的顯示，而犯規次數通常不會超過各位數，因此犯規的最大值，設置為9，則需要數碼管2個。

圖1所示設計中，數碼管均選擇4寸，以8 V作為工作電流。而8 V的工作電流，導致數碼管無法直接受到MCS-51單片機的控制，因此，需要加設驅動器進行指令中轉。寄存器，選擇TPIC2B567，這種寄存器適用于電流量中等，而電壓較高的情況下，能夠最大吸收電流為170 MA，對記分牌的設計，具有極高的適用性。

球類運動，需要記分牌對球權進行提示。為此，通過二極管的發光，形成針對比賽雙方的箭頭指向標志，從而通過控制二極管的發光與否，向觀眾解釋當前球權的歸屬。球權顯示系統中，以ULN2013芯片進行驅動。

體育記分牌的懸掛位置較高，人工調整并不現實[5]。而通過接線進行修改，設計較為麻煩。因此對計分數據，采用紅外線輸入，遙控控制的方式，進行及時的調整。采用HS0035接收器，對紅外線信號進行接收。這種設計方式，與MCS-51單片機之間，可通過數據線進行連通，增加控制效率。同時，該接收器的紅外線接受與分析能力較強，對各種類型的遙控設備，都具有一定的適用性。

最后，體育記分牌的懸掛位置，通常無法架設交流電線。并且記分牌中的相關設備，耗電量不大，采用電池供電則足以滿足一場甚至多長比賽的比分顯示[6-7]。而將電動車電源，作為低于記分牌的電源，則能最大程度保障記分牌在單次充電后的持續工作時間。電源具有40 V的輸出電壓，為了能將電能作用在記分牌系統中，因此需要安裝電壓轉換器，將其轉換為10 V，為數碼管進行供電[8]。另外，還需要安裝穩壓器，將轉換后的10 V電壓，轉換到5 V，以確保記分牌系統中的其他元件，例如紅外線接受、單片機處理芯片等，能夠正常工作。供電系統的設計，見圖2。

圖2 電路系統設計示意

2.3 軟件系統的設計

為了確保電子體育記分牌，具有良好、穩定的工作狀態，同時降低編程思路的復雜程度，因此記分牌的軟件設計，應采用模塊化思路進行。此外，軟件系統應結合圖1所示的各種物理設備的功用與性質進行設計[9-11]。

系統所顯示的分數，是通過智能檢測以及遙控輸入所獲得。因此，需要對紅外檢測功能，進行模板構建，并與后續各項設計做好聯系[12-14]。其次，對系統中，檢測模塊的其他功能進行分析，并根據這些功能，對比分模塊進行調整，和對總局數與換場數進行調整。此外，還需要對犯規數進行控制。系統模塊的設計，示意如圖3所示。

圖3 系統模塊設計示意

軟件抗干擾設計：單片機系統的操作中，計數器是通過PC實現控制的，所以如果PC程序出現錯誤，將導致整個系統紊亂。為保證程序正常、穩定，設計操作程序時采用單字節指令，保證能夠實現穩定運行。如果程序PC收到來自外界的干擾，將可能導致整個系統紊亂，所以采用監控技術，幫助軟件程序脫離死循環。如果發現超過正常循環時間的程序，則強制改程序返回入口，從新開始運行。

3 基于MCS-51單片機的記分牌應用實例

3.1 設計要求概述

某籃球場地，為規范化比賽流程，對籃球場的計分方式進行改進。由原來的人工記分法，轉變為電子體育牌顯示。要求能夠在電子顯示器中，顯示隊伍名字。并顯示每組比分，與每場倒計時24秒數。同時，需要做到比賽暫停計時，并對雙方犯規次數進行顯示與調整。

3.2 設計思路與設計方法

首先，考慮場地大小和與觀眾席之間的距離，設計記分牌顯示屏的位置和大小。以固定的LED進行顯示，而對犯規次數以及比分與時間倒數等數字，則采用二極管發光顯示。

籃球比賽比分，數目為3位數。犯規次數為個位數。每場次小結數為1位數。對時間的計數，分鐘數與秒數共4位，暫停倒計時，秒數應為2位。結合具體的顯示要求，設置總數為15位。計分過程中，計分員遙控大記分牌具有一定的困難。為了方便計分操作，因此按照大記分牌的形式，設置小記分牌并置于控制臺上。選擇大功率的無線遙控器。將MCS-51的控制引腳，與遙控按鈕輸出端進行匹配。并將遙控按鈕與小型顯示屏聯合，使記分員在小顯示屏上，通過操作相關按鈕，調整大顯示屏上的比分數目顯示[15]。

4 結束語

電子體育記分牌，能有效改進傳統人工計分的各種弊端與漏洞，增加計分顯示的及時性與準確性。而MCS-51單片機技術，能通過集成電路，實現集比分顯示、犯規顯示、賽程時間倒數等相關功能。隨著技術的不斷更新，未來記分牌的設計將會更趨簡單化，顯示質量也會隨之提高。

[1]王陽，姜盼，馬強.基于MCS-51單片機的電子體育記分牌探究[J].電子測試，2014，25（11）:6-7.

[2]張昆，王彥輝，潘軍.基于MCS-51單片機的電子體育記分牌[J].硅谷，2010，12（9）:52-52.

[3]梁文華.基于單片機的大型電子記分牌系統設計[J].硅谷，2015，11（1）:24-24.

[4]鐘煒，李澤滔.基于AT89S52單片機的電子記分牌設計[J].現代機械，2015，5（1）:83-86.

[5]張英.MCS-51單片機上實現多串口通訊的技術分析[J].信息系統工程，2013，25（2）:114-115.

[6]馮推順.基于單片機電子籃球記分牌實用設計[J].中國科技博覽，2013，15（25）:257-257.

[7]James；Patterson.可調光LED：應該選擇哪種方案[J].中國電子商情：基礎電子，2011，26（4）:55-58.

[8]楊程凱，唐緒偉.一種多功能籃球記分牌系統的設計[J].電子制作，2013（19）:292-292.

[9]康亞.單片機控制的經濟型電子記分器[J].電子制作，2012，21（10）:27-28.

[10]李生明，楊紅.3寸數碼管記分牌的設計[J].長江工程職業技術學院學報，2010，27（2）:48-51，54.

[11]李明威，孔維成，李悅，等.臺式電子記分牌的設計與實現[J].價值工程，2014，33（33）:41-42.

[12]魏勇，楊蔚華.遙控電子記分牌的設計[J].長江大學學報（自科版）理工卷，2010，7（3）:611-613.

[13]馮肇鈺.在實訓中培養學習專業知識的興趣——籃球電子記分牌實訓[J].科教文匯，2010，8（18）:74，78.

[14]馮進寶.無線遙控電子籃球記分牌的制作[J].電子制作，2013，12（23）:5-6.

[15]張昆，王彥輝，潘軍，等.基于MCS-51單片機的電子體育記分牌[J].硅谷，2010，2（9）:52.

圖2 一階系統開環振動情況

圖3 一階系統閉環振動情況

4結 論

文中介紹了懸臂梁振動的基本情況，建立了懸臂梁的狀態空間方程，設計了基于最優模糊控制的懸臂梁振動控制系統，通過理論分析和Matlab仿真所得到的圖2和圖3中可以看出懸臂梁在一階開環振動時，其懸臂梁的振動衰減速度較慢，通過施加對懸臂梁的控制信號之后，其振動衰減幅度加快，仿真結果表明，使用最優模糊控制系統對懸臂梁的振動起到了良好的抑制作用。

參考文獻：

[1]顧仲權，馬扣根，陳衛東.振動主動控制[M].北京:國防工業出版社，1998.

[2]王宗利，林啟榮.壓電智能梁的狀態相關LQR振動控制[J].上海交通大學學報，2001，35（4）:53-58.

[3]任秀華，丁樺，麥漢超.壓電類智能梁元的力學特性及最優控制[J].強度與環境，2000（1）:56-59.

[4]董維杰，孫寶元，崔玉國，等.基于壓電自感知執行器懸臂梁振動控制[J].大連理工大學學報，2001，41（1）：77-80.

[5]孫煜博，秦建斌.壓電智能懸臂梁最優控制建模與仿真[J].機械工程與自動化，2008（2）：59-61.

[6]魏燕定.壓電懸臂梁振動的模態控制[J].浙江大學學報，2004，38（9）：1180-1184.

Design of electronic sports scoreboard based on the MCS-51 single chip

LI Wei-qiang
（Sports Teaching and Research Section，Shaanxi Institute of International Trade，Xianyang 712046，China）

In order to improve the standardization of the sports scores，as well as the score，time and the number of fouls display effect，increase the timeliness and accuracy of the data showed.Therefore，this paper based on MCS-51 single chip microcomputer technology，combined with sporting events need to display the data information，the related design intent，technical and economic feasibility analysis.And from the two aspects of hardware design and software design，discusses the design process.Finally，an example of a basketball court sports scoreboard design method，and offer reference for related industry workers.

MCS-51 single chip microcomputer；electronic sports scoreboard；design

TN99

A

1674－6236（2016）18-0106-03

2015-11-17 稿件編號：201511163

李維強（1982—），男，陜西咸陽人，講師。研究方向：體育教育。