基于單片機控制的乒乓球訓練系統的設計

摘 要：近年來，基于單片機的開發系統在我們生活中已經屢見不鮮了，單片機的自動控制化我們受益頗多，研究單片機的熱度依舊不減，而生活中的產品也大多利用到單片機，本系統是基于單片機的乒乓球訓練系統，乒乓球是我們的國球，乒乓球的輔助訓練器材在市場上還很少見，所以該項目的研究很有發展前景，本文主要介紹該項目的結構設計、器件的使用以及此項目具體的實現過程。

關鍵詞：51單片機 傳感器 自動控制 譯碼器 編碼器

中圖分類號：TP21 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098x(2011)10(b)-0000-00

單片機（亦稱微控制器）。即這種計算機的最小系統只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控系統的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。現在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統、家用電器等。

隨著國民生產水平的提高，人們的生活水平得到很大提高，已經不再是溫飽問題，而是上升到精神文化生活，養生、健康成為21世紀的主題，本項目以人們的健康喜好為理念，提出并設計一套體育鍛煉輔助設備，基于該點做出的乒乓球訓練輔助系統，主要分為傳感器、單片機控制、顯示三大部分，主要以單片機為核心的控制系統。

1 系統的結構組成

該項目主要由傳感器和高亮度發光二極管部分、數碼管顯示部分以及單片機主控制部分3部分組成，傳感器和高亮度發光二極管部分是將乒乓球案劃分九個區域（是根據一般訓練的要求設定的），每個區域都是由高亮度發光燈和壓電傳感器及周圍接口電路等組成，通過單片機系統控制隨機點亮1/9的發光區，此時當乒乓球應敲擊亮燈的區域，如能準確的擊中亮燈區則顯示擊中，否則不中，每個區均是如此。數碼管顯示部分是由兩個LG5641AH數碼管組和兩個74LS373組成，一組顯示發出信號的總數，另一組顯示擊中信號的次數。單片機主控制部分是選用AT89C51芯片及相關接口電路，如單片機的最小控制系統，單片機與傳感器部分的接口，單片機與數碼顯示部分的接口等。

數碼顯示部分的設計

本項目里數碼顯示部分主要用到的器件有74LS373兩個、數碼管LG5641AH兩組。這一部分需要注意的是74LS373的各引腳的排布，也可以選用74LS573兩者只是引腳排布不同，其他無大的差別，當三態允許控制端OE為低電平時，O0—O7為正常邏輯狀態，可用來驅動負載或總線，所以OE需接低電平。LE為鎖存允許端，總線通過控制該端來選擇哪個芯片工作。

傳感器部分電路

該項目中的傳感器是選擇簡單的壓電片，成本很低，在總造價上很低的主要原因是傳感器成本低，因為本項目對信號的要求比較低，只需高低電平信號就可以，所以壓電片就可以滿足，壓電式傳感器的工作原理是基于某些介質材料(石英晶體和壓電陶瓷）的壓電效應。 是雙向傳感器，壓電效應表達式：Q=dF (d-壓電系數；F-外作用力)。

在使用壓電傳感器時要注意，質量塊用高比重的金屬塊，對壓電元件施加預載荷，當外力作用時， 它將產生彈性變形， 將力傳遞到石英晶片上。兩片石英晶體采用并聯方式，一根引線連接兩壓電片中間的金屬片上，另一端直接與上、下蓋相接。利用其縱向壓電效應， 實現力—電轉換，電信號通過接頭輸出，可測動態力。

由于輸出信號比較微弱，需要對信號進行放大處理，該傳感器輸出信號最大幅值為200mv，所以放大十倍即可。

本項目選用的放大器件為LM324，以下是放大倍數的計算：

Au=uo/ui=-Rf/R1=-2.2M/220k=-10

2 單片機的控制電路設計和實現

本項目中選用的主芯片是AT89C51，控制系統產生隨機數，控制數碼管的動態顯示，以及對傳感器信號的采集，單片機的使用使我們生活便捷，使很多事物智能化，像我們的大腦控制和指示去做什么。單片機系統設計主要包括以下幾個方面的內容：控制系統總體方案設計，包括系統的要求、控制方案的選擇，以及工藝參數的測量范圍等；選擇各參數檢測元件及變送器；建立數學模型及確定控制算法；選擇單片機，并決定是自行設計還是購買成套設備；系統硬件設計〔1〕，包括接口電路，邏輯電路及操作面板；系統軟件設計，包括管理、監控程序以及應用程序的設計，應用系統設計包含有硬件設計與軟件設計兩部分〔2〕；系統的調試與試驗。

單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統。盡管它的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內存、內部和外部總線系統，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現在最強大的單片機系統甚至可以將聲音、圖像、網絡、復雜的輸入輸出系統集成在一塊芯片上。

3 結語

目前單片機滲透到我們生活的各個領域：大到導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，小到程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。所以本項目基于單片機的開發讓我從根本上了解和掌握了單片機的使用，并且將其智能特點應用于人們的生活當中，為人們帶來方便，如其能被推廣到市面上會有很好的發展前景。

參考文獻

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