基于AT89S52單片機的電子記分牌設計

鐘 煒，李澤滔

(貴州大學電氣工程學院，貴州 貴陽 550025)

0 引言

單片機的應用是具有高度現實意義的。本次設計通過AT89S52編程控制LED七段數碼管作為電子記分牌的計時記分系統。該系統具有賽程定時設置，賽程時間暫停，及時刷新甲、乙雙方的成績以及賽后成績暫存等功能［1］。它具有價格低廉，性能穩定，操作方便并且易于攜帶等特點。廣泛適合各類學校或者小型團體作為賽程計時記分設備。

1 硬件電路設計

AT89S52作為本設計的核心元件。利用七段共陰極LED作為顯示器件。在本次設計中，共接入3個七段共陰極LED數碼管，其中2個三位一體的七段共陰極LED數碼管用于計錄甲、乙兩隊的分數，顯示器分數范圍可達到0～999分，足夠滿足賽程需要。另外1個四位一體的七段共陰極LED數碼管則用于計錄賽程的時間，其中兩個用于顯示比賽時間分鐘;兩個用于顯示比賽時間的秒鐘。賽程計時采用倒計時方式。比賽前將時間設置好，比賽開始時啟動計時，直至計時倒計時到零為止，此時蜂鳴報警器報警提示比賽結束。根據設計，計時范圍可達0 ～99 min，也完全滿足賽程的需要［2］。

為了配合計時器和記分器校正、調整時間和比分，特定在本設計中設立了8個按鍵。其中4個用于輸入甲、乙兩隊的分數;另外4個則用于完成設置、調整、啟動和暫停賽程時間、比分中場調換等功能。系統框圖如圖1所示。

其中穩壓電源模塊，復位電路，晶振電路等構成了我們AT89S52單片機工作的最小系統，下面就分別介紹這幾個電路模塊［3］。

圖1 系統框圖

1.1 電源電路模塊

在該系統中單片機需要用到+5 V的直流穩壓電源，在我們的生活中一般都是使用220 V的交流電，為了獲得高質量的5 V直流穩壓電源，這就需要我們進行電壓轉化。電源部分的電路如圖2所示。

圖2 系統電源模塊

7805系列集成穩壓器，只有輸入端、輸出端和公共端三個引線端子，可輸出1 A以上的電流，有必要的保護電路，使用起來安全可靠。它輸出固定的正電壓。電壓經過整流、濾波后產生的不穩定直流電壓，從穩壓器的輸入端輸入，在穩壓器的輸出端就可得到穩定的直流電壓輸出。正常工作時，穩壓器輸入、輸出電壓差為2～3 V，電容用來實現頻率補償。圖中C1為0.1 μF可以防止由于輸入引線較長而帶來的電感效應而產生的自激。C2為0.47 μF用來減少由于負載電流瞬時變化而引起的高頻干擾［4］。

1.2 時鐘振蕩電路

時鐘電路在單片機系統中起著非常重要的作用，是保證系統正常工作的基礎。單片機有兩種時鐘產生方式，一種是外部時鐘方式，一種是內部時鐘方式。外部時鐘方式雖然精度高，穩定性好，但是成本高，需要額外提供一個外部震蕩信號。因此本次設計采用內部震蕩方式。設計要使用到AT89S52單片機的時鐘振蕩功能。其中有一個用于構成內部震蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或者陶瓷AT89S52諧振器一起構成自激振蕩器。

1.3 復位電路

單片機在時鐘電路工作以后，在RST端持續給出2個機器周期的高電平就可以完成復位操作，復位分為上電復位和外部復位兩種方式。主要功能是把系統初始化，當程序運行錯誤或者進入死循環的時候，為擺脫困境，可以按復位鍵以重新啟動。

本設計采用上電復位加按鈕方式，通過調整按鈕的狀態，使單片機能夠可靠的上電復位，當需要外部復位時，按下復位按鈕就能達到復位的目的，由于人的動作再快也會保持接通數十毫秒，所以完全能夠滿足單片機復位的要求。

1.4 按鍵電路部分

采用的是非編碼鍵盤中的獨立式鍵盤，設計一共使用9個按鍵，其中4個用于甲乙兩隊的分數，分別是甲隊加分和減分、乙隊加分減分，另外四個用于控制開始、暫停、調節分鐘秒鐘以及調換比賽分數，最后一個是復位按鍵，用于單片機的復位。

1.5 顯示電路部分

采用共陰極數碼管，共陰極接低電平，其他管腳接段驅動電路輸出端。當某段驅動電路的輸出端為高電平時，該端所連接的字符導通并發亮，根據發光字段的不同組合可顯示出各種數字或者字符。同樣，要求段驅動電路能提供額定的導通電壓或者電流，同時根據需要設定響應的限流電阻。本次設計的顯示電路部分采用2個3位一體共陰極數碼管和一個4位一體共陰極數碼管，共8個代碼輸入口和10個位選輸入口。顯示方式采用動態驅動，使各位數碼管逐一輪流點亮，由于掃描速度極快，顯示效果與靜態顯示效果相同［5］。

1.6 蜂鳴報警電路部分

報警部分要求同時比賽結束之后有蜂鳴報警，采用蜂鳴器報警實現。其中蜂鳴器通過一個PNP三極管驅動，R14作為驅動電阻。當比賽時間倒計時結束之后，通過軟件控制在P3.6端口輸出低電平信號，三極管Q1導通，蜂鳴器發出聲音。圖3為本系統的蜂鳴報警電路電路圖。

圖3 報警電路

2 軟件總體設計方案

軟件的編程設計是單片機系統設計的核心部分，也是能否實現預定功能的關鍵。單片機編程常用的語言是C語言和匯編語言，其最終都要轉為Intel HEX格式或二進制格式文檔拷入單片機芯片內。本次設計使用C語言進行編程。

C語言可以進行模塊化程序設計，程序部分由主程序，延時程序，中斷程序，加分程序，減分程序，比分交換程序，時間調整程序，時間暫停程序，報警程序，掃描顯示程序，結束程序等程序構成。程序流程圖如圖4所示。

圖4 系統程序流程圖

在主程序中，可以清晰看到，初始化結束之后，定時器顯示默認值，甲乙分數清零，進入檢測按鍵程序，與此同時，數碼管正常顯示，當時間分鐘設定或者時間秒鐘設定被選擇之后我們設定此時計時中斷，蜂鳴器報警也停止。當達到規定計時時間后，再次進入蜂鳴報警響應，并且交換分數，重新回到定時設定［6］。

3 仿真與PCB展板

3.1 Proteus仿真

Proteus是英國Labcenter公司開發的電路分析與實物仿真軟件。可以分析各種模擬器件和集成電路。在Proteus下完成電路的連接，通過KEIL軟件生成的HEX文檔導入仿真程序單片機中，按下軟件頁面下的開始按鍵開始進行軟件仿真［7］，本次設計的電子記分牌仿真結果如圖5所示。

圖5 電路仿真結果圖

3.2 PCB展板

PCB展板的制作應遵循均勻分布，重心平衡，版面美觀的標準來優化布局。相同結構電路部分盡可能采用對稱布局，同類原件盡可能在X或Y方向上一致，以便于生產和調試［6］。本次設計根據需要制作了電子記分牌實物電路［8］如圖6所示。

圖6 電子記分牌實物展板

4 結論

本文設計的電子記分牌實現的功能包括:時鐘倒計時功能，可以精確到秒;時鐘的數值可以調節同時倒計時具有夠暫停;當時間倒計時結束之后，蜂鳴器自動報警;作為體育賽事的記分牌，能夠記錄兩隊分數，并且具有加減功能;最后在半場比賽結束能夠交換兩隊比分。系統設計包含了8051系列單片機的最小應用系統的構成，同時在此基礎上擴展了一些使用性強的外圍界面。該電子記分牌設計功能相對完善，蜂鳴器聲音大小可調，后期還可將獨立鍵盤擴展為觸摸屏，因此其用途十分廣泛。

［1］ 楊素行.模擬電子技術基礎.清華大學電子教研組，1998:492-518

［2］ 李士平.北京電子報.北京電子報社98合訂本下，1998

［3］ 趙保經.中國集成電路大全.國防工業出版社，1987:9-82

［4］ 童詩白.現代電子學及應用.東南大學出版社，1997:23-34

［5］ 曉喻.電子制作.中國家用電器維修協會，1999:15-18

［6］ 郭天祥.新概念51單片機C語言教程.電子工業出版社，2009:38-125

［7］ 張毅剛.新編MCS-51應用設計.哈爾濱工業大學出版社，2008:380-390

［8］ 霍亮雨.探討數字單片機技術的PCB版.數字化用戶，2013