基于單片機的籃球計分器設計

西北民族大學電氣工程學院 王子謙

在當今的體育賽事中，比賽的計分系統對觀眾和運動員尤為重要，觀眾可以根據比分的實時顯示為自己支持的隊伍吶喊助威，運動員更是要靠著計分器來把握比賽的節奏，包括攻防轉換、替補換人以及賽間休息等等。因此，為了讓比賽進行得更加專業化和流暢化，我們有必要對比賽的計分系統進行改良。

籃球賽事的得分系統是一種記分類型的系統，是根據主客兩隊在規定時間內的積分比來決定輸贏。籃球比賽得分系統由記分器和計時鐘等智能電子設備組成。而且，根據目前籃球比賽的專業化和高水準，完備的智能設備體系要與現場實時錄制、直播平臺等連接，為觀眾打造全方位的視頻帶入感。

1 系統硬件設計

1.1 系統整體設計

本次計分系統的設計采用模塊化結構，以單片機為核心來連接外圍電路和PC機，實現比賽計分器的功能。

1.2 單片機最小系統

單片機最小系統，是指用最少的元器件組成功能齊全的工作系統的單片機。51單片機的最小系統是由單片機、晶振和復位電路組成。圖1所示為一個51單片機的最小系統電路圖。

圖1 51單片機最小系統電路圖

第一部分：電源組

40 腳接電源 5V（右上角），20 腳接電源負極（左下角），在單片機里面，負極也可以叫 GND 或者“地”，我們在單片機的應用中，習慣說負極為“地”，上面 GND 就是英文 ground 的縮寫，翻譯過來就是“地”的意思。

第二部分：晶振電路

11.0592 M 晶振 Y1 與單片機的 18，19 腳并聯，因為這兩只腳，就是晶振的工作引腳，22p 電容 C2 一端接 18 腳，一端接地，22p 電容 C3 一端接 19 腳，一端接地，兩個電容，在 10～30P 中選擇可行性較高，主要作用是濾掉晶振部分的高頻信號，讓晶振工作的穩定性更高。

第三部分：復位電路

10u 電容 C1 正極接電源，負極接最小系統的復位腳，即第 9腳。1K 電阻R17一端接單片機的復位腳，一端接地。就是通過這個10u 和 1k，就可以讓單片機一開始供電時候，單片機自動復位，從零開始執行程序，這個就是復位的概念。

第四部分：其它功能組

P3^1 這個腳是存儲器使用選擇腳，當這個腳接“地”時，那么就是告訴單片機，選擇使用外部存儲器，當這個腳接“5V”時，說明單片機使用內部存儲器。

如果選擇外部的存儲器，太浪費單片機僅有的資源，所以這一腳永遠接電源 5V（如圖1所示），使用單片機的內部存儲器。

1.3 按鍵模塊設計

按鍵模塊設計中共涉及 5 個按鍵，分別控制甲、乙兩隊的加分按鈕；時間暫停或繼續；時間復位以及全部數據的復位。該 5 個按鈕分別與單片機 P2 口的P2.3～P2.7 相連 0。其中按鍵模塊采用按鍵共陰極設計，由于 stc52 系列單片機的 IO 口在不賦值處理時，默認為高電平，故案件采用共陰極設計時，當按鍵按下后，該 IO 口被拉低為低電平，單片機即可采集到信號， 并對IO口的信號做出相應的反應。

1.4 顯示模塊設計

模塊顯示選用 LCD1602來實現顯示器的動態掃描。字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數字和符號等的點陣式 LCD。一般的 LCD1602 字符型液晶顯示器的內部控制器大部分為 HD44780，能夠顯示英文字母、阿拉伯數字、日文片假名和一般性符號。1602 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性通過電壓來控制其顯示面積。如果接通電源，就會有圖形顯示。

圖2 1602液晶顯示屏指令說明

圖3 總流程圖

液晶顯示器采用標準的14腳接口，其中Vss為接地電源，VDD接正電源，VO為LCD的對比度調節端子。接正電源時，顯示屏對比度最弱，接地時對比度最高。使用時，對比度可通過10k電位器調節。RS是寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器，低電平選擇指令寄存器。RW是一種讀寫信號線，可以在高電平下讀，也可以在低電平寫。當RS和RW均為低電平信號時，可進行寫入指令或顯示地址操作；當RS為低電平，RF為高電平時，可進行讀取忙信號；當RS為高電平，F為低電平時，可進行寫入數據操作。E端為使能源，電流端子由高電平變為低電平，LCD模塊執行指令。

主要功能如圖2所示。

2 系統軟件設計

按鍵模塊程序為了更好地使用體驗，使用了按鍵防抖設計，主要實現方法為，先用判斷語句判斷是否按下，延時5 us后再次判斷，如果仍然為按下狀態，則用循環語句將其鎖死在尋黃狀態語句中，當案件被釋放之后再繼續執行下面的內容。以此達到防止一次按下，無線多次觸發相同內容的目的。顯示模塊由于要做到動態顯示，所以首先要設置定時器0工作在模式1狀態下，并且賦給一定的初值，以此達到每次溢出都是20 ms的目的。其次每次獲得新的數據之后都要重新寫入1602的指令并且更新數據。總流程圖如圖3所示。

3 系統仿真

本設計主要是用proteus軟件繪圖以及Keil uVision4軟件進行編程仿真的。

3.1 用keil軟件編寫程序

（1）新建工程，為工程選擇目標器件。

（2）新建文件，保存為XX.c，將文件添加到工程中：在項目管理窗口中選中文件組，單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中選擇“Add File to Group'Source Group 1'”，添加源程序“JP.c”到項目中。

（3）設置工程項目環境。

（4）對工程進行編譯連接（檢查語法錯誤，可以生成.hex文件），調試運行源程序，建立出.hex文件。

3.2 用proteus繪制電路圖

從proteus庫中選取元器件，連線。然后雙擊單片機，打開后，尋找keil軟件生成的.hex文件，并點擊確認，仿真程序燒入單片機。仿真圖如圖4所示。

圖4 仿真電路圖

結束語：單片機技術是一門智能控制的學科，以后的社會將會是智能化的社會。籃球記分器是一種基于單片機的計時和記分于一體的開發系統。它采用計時器、記分器、24s定時來集成控制。由于單片機性能穩定、可靠性高、易于開發，特別是體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等特點，使得儀器儀表更加數字化、智能化。