基于單片機控制的籃球比賽計時、計分系統設計與仿真

王 碩 文勝福 王 浩 崔漢漢

(重慶郵電大學 重慶 400065)

引言

據統計，籃球已經成為第二大球類運動，僅次于足球，并且有逐年上升的趨勢。同時籃球比賽也是奧運會中的熱門賽事，包括世錦賽，亞錦賽等各大賽事中都有籃球的存在。而計時、計分是籃球比賽不可或缺的一部分，但是籃球規則也很多元化，不同級別的籃球比賽對于計分、計時器的要求也并不相同。并且在許多露天比賽，有時會出現雨天、高溫天氣等極端天氣情況。針對上述問題，本文設計了一種一種廉價、普適性強、適用各種環境的高性價比的籃球計時、計分系統，本系統將有很大的市場和不錯的應用前景。

一、設計概述

本系統采用8位數碼管顯示單節次比賽時間、暫停休息限制時間、一方球隊運球限制時間、比賽節次和雙方隊伍比賽分數。在籃球比賽計時、計分系統運行的過程中，依據對定時器的設置，實現對比賽時間以及一方球隊運球時間的記錄，并通過按鍵的控制，實現對籃球比賽分數的記錄與比賽時間的調整，通過數碼管顯示函數，實現對記錄數據的可視化。

當一方球隊運球時間達到24秒時，比賽運行時間將停止，蜂鳴器工作，提示球隊轉換攻守關系，按下具有外部中斷的按鍵時，單節次比賽運行時間繼續，一方球隊運球時間清零。當一節比賽結束后，單節次比賽時間為零，蜂鳴器將工作，提示球隊該節次比賽結束，數碼管顯示的比賽節次自動加一，球隊換場地，需要將顯示的數據交換位置，按下具有外部中斷的按鍵時，一方球隊運球時間清零，此時定時器已停止工作。當按下比賽暫停按鍵時，定時器停止工作，數碼管顯示暫停休息時間99秒，99秒遞減為零時，蜂鳴器將工作，提示球隊休息時間結束，再次按下比賽暫停按鍵時，定時器繼續工作。

二、硬件設計

(一)AT89C51芯片

本文采用AT89C51單片機作為主控制器。AT89C51 提供以下標準功能：4k字節Flash閃速存儲器，256字節片內數據存儲器(00H -7FH為片內RAM，80H-FFH為特殊功能寄存器SFR)，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位[1]。

(二)四位一體LED數碼管

圖1 四位一體數碼的模型圖與引腳分布圖

根據顯示精度的要求，本文采用如圖1所示的四位一體數碼管顯示。通過AT89C51芯片以及鎖存器對段選和位選進行控制，實現動態顯示[2]。

三、軟件設計

軟件設計和仿真流程如圖2所示:

圖2 設計流程圖

基于上述流程圖，運用仿真軟件Proteus畫出如圖3所示的仿真電路圖：

圖3 系統仿真圖

其中通過管腳安排確定最終的實驗電路，基于實驗電路運用Keil編程平臺對實驗設計進行編程[3]，將編程所得的hex文件，導入到仿真軟件Proteus的電路圖中實現對籃球比賽計時、計分系統的仿真，通過仿真驗證編程設計。

四、設計總結

本實驗實現了籃球計時、計分系統的設計、編程與仿真，實驗設計方面較全面的考慮了實際比賽規則，是系統具有一定的糾錯性、提示性與可控性。實驗編程方面在Keil平臺進行編寫，采用多文件函數結合的形式，簡化主函數的復雜性，采用switch語句，編寫按鍵控制語句；運用段選片選數組結合的方式，兩個顯示8位LED數碼管；運用外部中斷控制24s運球控制數據，并且修改一些標志位數據。實驗仿真階段采用仿真軟件Proteus，在其仿真平臺上運行籃球計時、計分系統。

但是該系統還存在兩個缺點，其一是在仿真軟件Proteus上運行時，2個LED數碼管顯示的數據存在跳閃現象。其二由于定時器中斷中的程序較長，存在計時誤差通過計時時間與實際時間對比，時間較久時該誤差積累較大，對籃球的計時環節造成誤差，所以針對精確的籃球計時、計分系統需要具有更加精確時鐘單元的芯片