基于單片機的籃球比賽計時記分器硬件設計與實現

樊飛轉 付向艷 李帥 陜西服裝工程學院

關鍵字：單片機 籃球比賽 計時記分器

一、單片機最小系統設計

（一）復位電路設計

本次基于單片機設計的籃球計時計分器，同樣也將采用51 單片機中的ATC89C51 來控制整個系統的運行，該單片機具有超強的抗干擾能力、功耗也較低，且具備掉電保護功能。本次復位電路將使用按鍵復位結合上電復位相設計而成。當單片機系統出現數據問題、或者需要把系統的當前狀態恢復為初始狀態時等，都需要利用復位按鍵通過復位電路來實現系統復位。

（二）晶振電路

單片機的晶振電路一般由，位于單片機內部的震蕩電路中的反相器，以及在外部連接晶振和電容、電阻等組成。反相器的特點是當輸入電平為低時，則輸出的為高電平，反之輸入為高電平時，則輸出為低電平。晶振對電容也具有要求，實際應用中，晶振所接電容的有效值不能比當前的晶振負載電容還大（不能超出晶振的負載能力）。

根據資料查找和對本次系統的計算，將采用兩個22PF 的電容C2 和C3，以及一個11.0592MHz 的晶振，與單片機系統的兩個反相器X1、X2 進行連接，完成本次單片機控制系統的晶振電路設計。之所以本次的晶振采用了11.0592MHz，是為了讓系統的運行過程中得到一個更為精準的通信頻率。

二、顯示模塊設計

基于單片機設計的籃球計時計分器設計中，良好的人機交互顯示界面的設計是必不可少的，本次使用的人機交互顯示界面為LCD液晶顯示模塊中的LCD12864。該顯示模塊自帶有20 個控制端口，本次液晶屏的電路設計主要用到兩組電源端口、電位調節控制端口，以及與單片機之間的SPI 通信控制端口。如上電路圖所示，兩組電源控制端口分別接到正5 伏和地，電位調節控制端口VO 接一個10K的電位器，SPI 通信控制端口RS、RW、E 分別連接到處理器的P27、P26、P25 控制IO口。PSB、RST-L 接到處理器的P24、P23 控制IO口。

三、紅外傳感器模塊設計

紅外傳感器是積紅外發射二極管與紅外接收管一體的紅外光電傳感器。紅外收發二極管對管體積小，因此安裝非常的方便和靈活，且低功耗，只需較小的電流便能驅動工作。一個用來主場自動實現計分，另一個用來客場自動實現計分。紅外光電傳感器的電源控制端口分別接到正5 伏電源和地，主場紅外光電傳感器的電平信號輸出端口E 接處理器的P00 控制IO 口，客場紅外光電傳感器信號輸出端口E 接處理器P01 控制IO 口。當紅外光電傳感器前每晃動一次，計數值就會自動加一分并在液晶屏上顯示。

四、按鍵控制模塊設計

基于單片機設計的籃球計時計分器設計中，需要用到按鍵來完成相關的控制。需求的設置按鍵不多，且功能相對簡單，此時選擇獨立按鍵作為設置按鍵更為合適，因為獨立按鍵電路簡單，軟件程序對按鍵的掃描識別也容易。由于本次所需要的設置按鍵較多，為了減輕對處理器控制IO 的占用，將采用4*4 矩陣按鍵來完成相應的功能設置。

本次基于單片機設計的籃球計時計分器實物中的SW3 按鍵為主隊犯規控制按鍵，SW4 為客隊犯規控制按鍵，主客隊的犯規次數最多為6 次。SW6 為主隊暫停控制按鍵，SW5 為客隊暫停控制按鍵，主客隊的暫停次數最多為2 次。SW9 為開始和暫停控制按鍵（系統暫停時，不會進行計時計分，且藍色燈會變亮）。SW10 為比賽節數控制按鍵。SW7 為回秒控制按鍵， SW8 為復位控制按鍵。SW11-SW14為主隊加減分控制按鍵（分別為+1、+2、+3、-1），SW15-SW18 為客隊加減分控制按鍵（分別為+1、+2、+3、-1）。

五、響應模塊設計

本次利用一個三級管電路來驅動蜂鳴器工作，將蜂鳴器的負極接到三極管上，正極則連正5 伏，處理器通過控制P32 IO 口，控制三極管驅動蜂鳴器發出響聲。LED 燈則通過處理器上的P34 IO 口來完成控制，電阻R6 和R4 為限流電阻。觸發蜂鳴器發出響聲和點亮LED，都是通過處理器上的控制IO 口輸出的高低電平來完成的，當檢測到有按鍵按下時，P32 、P34 IO 就會輸出一個低電平，從而使蜂鳴器發出響聲，同時點亮LED。

六、結束語

硬件設計是一個系統骨架，有了強勁的骨架才能實現強大的功能。本章主要從硬件的總體設計到各元器件，最后到系統電路的設計和各元件的電路設計對系統的硬件設計進行研究和說明。