基于單片機的乒乓球訓練系統設計

宋紅毅,謝宏波

（1.榆林學院,陜西榆林,719000 ；2.北京體科杰科技有限公司,北京,100085）

基于單片機的乒乓球訓練系統設計

宋紅毅1,謝宏波2

（1.榆林學院,陜西榆林,719000 ；2.北京體科杰科技有限公司,北京,100085）

根據乒乓球訓練輔助器材匱乏的實際需求出發，該課題設計了一種基于單片機的乒乓球訓練系統，該系統主要由AT89C51單片機、數碼管顯示、壓力傳感器等組成。

單片機；乒乓球訓練系統；壓力傳感器

0 引言

單片機是一種微型計算機，它是由中央處理器（CPU）、數據存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入/輸出等組成，將其集成到一塊芯片上，使單片機具備了計算、控制等功能。單片機具有價格便宜、體積小、性能穩定等優點，基于單片機的開發系統已被應用于各個領域。它的應用領域非常廣泛，如智能IC卡、儀表、導航等。

該課題設計的系統可以有效的輔助乒乓球的訓練工作。很多掌握不好乒乓球力度、角度等問題的運動員通常會運用對墻擊球的訓練方法來彌補自己的缺陷，但是該方法沒有固定的擊球方位，無法使訓練者達到最佳的訓練效果。該課題設計的系統由AT89C51單片機、數碼管顯示、壓力傳感器三大部分組成。訓練員可以適當的增減與設計版之間的距離或者是調整擊球的力度。訓練員通過擊球拍打指定位置的訓練方法，有效的訓練擊球的準確性、力度的控制力。

1 系統的組成部分

基于單片機的乒乓球訓練系統主要由壓力傳感器和發光二極管、數碼管顯示、AT89C51單片機組成，其中AT89C51單片機是該系統的核心部分，AT89C51單片機是系統的控制部件。根據制定的訓練要求，將乒乓球球臺劃分為九個區域，每個區域均放置有相同的壓力傳感器及發光二極管。將發光二極管和壓力傳感器和相應的電路連接組合而成。AT89C51單片機可以控制幾塊區域發光二級管的亮滅情況，該功能是由功能鍵控制的。當單片機控制某一區域的發光二極管的點亮后，球員揮拍將球擊向亮燈區域，當擊中亮燈區域后，壓力傳感器會因壓力作用接收到該信號，并將該信號做一系列處理后顯示在數碼管顯示屏上。其中數碼管模塊由兩個LG5641AH和兩個74LS373組成,一組顯示模塊用來統計顯示發出信號的次數,另一組顯示模塊用來顯示擊中信號的次數，其顯示過程是個動態過程，這樣的設計節省了硬件資源。該系統電路實用簡單，其信號處理工作是由單片機AT89C51完成的。

2 系統硬件設計

2.1 壓力傳感器模塊

壓力傳感器是將壓力轉換為電信號的裝置，一般它是由彈性、位移敏感元件組構成。當被測壓力作用在面積上時彈性敏感元件會將其轉化為位移或者是應變，再由位移敏感元件轉化為與壓力成比例關系的電信號。該系統采用的是半導體壓力傳感器。在乒乓球球臺內部安裝的半導體壓力傳感器，使其均勻排布在球臺上，傳感器是根據非電量轉換為電量的工作原理工作的。當乒

乓球擊打到球臺上時，內置的半導體壓力傳感器薄片表面形成半導體變形壓力，外力使薄片變形而產生壓電阻抗效果，從而使阻抗的變化轉換成電信號。當乒乓球擊打到球臺上時，會產生電信號，由于傳感器產生的電信號比較小，要對信號進行放大處理，方便于對信號的處理工作。該系統選擇的放大裝置是LM324放大器。LM324是四運算放大器，該四放大器可以在低至3.0V或者高至32V的電源下工作，電源電壓范圍比較寬，并且靜態功率比較小，價格低廉。LM324中每一組放大運算放大器的引出腳都是五個，由兩個信號輸入端、正負電源端、輸出端。LM324在各種電路中被廣泛應用。

2.2 A/D轉換模塊

A/D轉換芯片采用的是ADC0809，采集傳感器的電壓信號，將電壓這種模擬信號轉換為數字信號。ADC0809由8通道多路開關、比較器、寄存器、定時電路、譯碼器與地址鎖存、邏輯控制等部分組成。ADC0809將模擬信號轉換為數字信號后，與此同時觸發單片機的啟動轉換過程，轉換后分時讀入A/D輸出的數字信號，這樣可以實行同步采集數據的工作。ADC0809是一種具有8路輸入通道、分辨率為8位的逐次逼近式的A/D模數轉換器。ADC0809可以對8路通道的模擬量信號進行A/D轉換,輸出結果為8位二進制數。它具有100μs的轉換速度、19mV的分辨率。

ADC0809工作時首先要輸入3位地址，使ALE置1，并且將要將地址存入到地址鎖存器中。將存入的地址經過譯碼選通8路模擬輸入到比較器。當遇到START上升沿時將寄存器復位。當下降沿時A/D轉換被啟動，EOC輸出信號置0，此時進行轉換，轉換工作完畢后，EOC置1，并將轉換結果儲存到鎖存器中。當OE的輸入為高電平時，將轉換后的數字信號輸出到數據總線上。將轉換后的數據傳送到單片機中進行處理。

ADC0809與AT89C51單片機相連接，其接口連接原理框圖如圖1所示。設計的連接中，由AT89C51單片機中ALE端的輸出脈沖經過四分頻得到ADC0809的CLOCK（時鐘信號）,另外ADC0809的START啟動信號是由AT89C51單片機中的P27地址線和RD讀寫控制線進行控制的。ADC0809中的A/D轉換結束信號EOC經過反相處理后與單片機的INT1進行連接。AT89C51的P00~P02提供模擬輸入通道地址ADD-A、B、C的譯碼輸入信號。

2.3 數碼管顯示模塊

該課題設計的顯示模塊主要器件有兩個74LS373、兩組LG5641AH數碼管。一個LG5641AH數碼管一個74LS373連接組成一套裝置，一組顯示裝置用來顯示運動員發球的次數，另一套裝置用來顯示擊中信號的次數，其顯示過程是個動態過程。74LS373是一種三臺輸出8D鎖存器。當OE（三態允許控制端）是低電平時，Q0～Q7處于正常邏輯狀態，可以用Q0～Q7的狀態來驅動負載或總線，；OE為高電平時，Q0～Q7 處于高阻態，此時它不能驅動總線、負載。當LE（鎖存允許端 ）為高電平時，Q0～Q7 隨數據D變化；LE 為低電平時，D被鎖存。該系統用74LS373來作為LG5641AH數碼管的輸入，以此來驅動數碼管。LG5641AH有12個管腳，通過驅動顯示結果。

2.4 系統的控制模塊AT89C51單片機

該系統的核心是AT89C51單片機，它是該系統控制的核心部件。AT89C51單片機要控制乒乓球球臺中某一區域二極管的燈點亮，二極管的點亮狀況是隨機控制的；AT89C51單片機還要控制數碼管的顯示模塊，該過程是一個動態顯示過程；另外AT89C51單片機還要采集壓力傳感器采集到的信號。單片機對以上信號進行綜合處理，組成一個基于單片機的乒乓球訓練系統。

3 總結

目前單片機被廣泛應用于各個領域，該系統設計了一種基于單片機的乒乓球訓練系統，該系統具有設計簡單、反應速度快、容易操作、精度高、穩定性好等優點。現如今乒乓球訓練設備非常匱乏，這種開發系統具有很好的應用前景。

薛娓娓.基于單片機的居室安全報警系統設計[J].科技致富向導,2012,30:50.

宋紅毅，男，1973—，陜西綏德，碩士，講師，研究方向：體育教育訓練學

Microcontroller-based system design table tennis training

Song Hongyi1,Xie Hongbo2
(1.Yulin University,Yulin,719000；2.Beijing Science and Technology Co.,Ltd.Body kodje,Beijing,100085)

According to the actual needs of the lack of table tennis training aids departure,the subject of a single-chip design table tennis training system based on the system consists of AT89C51 microcontroller, digital display,pressure sensors and other components.

microcontroller;tennis training system;pressure sensor

圖1 ADC0809與AT89C51單片機的接口原理框圖

項目：榆林學院教改項目 項目編號JG220