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基于单片机控制的便携式篮球计时器设计

• 摘要：随着篮球运动的普及，为了解决偏远贫困山区篮球比赛和小团体外出比赛的计时问题，利用AT89C51芯片控制能力强，设计灵活，以及编程语言易于修改等优点，采用软件设计和硬件设计相结合，设计了该便携式篮球计时器，利用Keil μVision 3运行程序、调试时间、运行步骤，将写好的程序导入仿真硬件电路中，查看是否与设计要求一致。该设计具有性能稳定，功耗低，价格便宜，易于携带等特点。
  关键词：便携式计时器；篮球赛；计时器；AT89C51
  
  0 引言
  本设计利用单片机AT89C51完成了计时的功能，详细地介绍了系统硬件与软件的设计过程，设计由AT89C51编程控制Led七段数码管作显示的篮球计时系统。该系统具有赛程时间设定，计时启功，暂停，报警，24 s及复位等功能。
  
  1 系统原理
  篮球比赛计时的准确性和计时的精确度是要求很高的，而单片机在这方面有着出色的表现。该系统采用频率为12 MHz的芯片，整个系统由按键、计时显示、报警，箭头方向等部分组成。该系统组成方框图如图1所示。

  

  
  单片机是该系统电路的核心组成部分，系统的各种功能都是在单片机内通过编程来实现。单片机选用AT89C51。它的X1(19脚)和X2(18脚)外接12MHz晶振，为单片机提供时钟信号。晶振的2个引脚分别串一个瓷片电感器的原理电容，电容值为20～50 pF，用于提高晶振频率的稳定性。共接入6个4寸7段共阳极数码管显示器，用于赛程的时间和记录24 s违规计时显示。
  2 系统硬件设计
  2．1 定时控制部件设计
  定时控制部件是在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部和外部控制信号，使各功能元件协调工作，完成指令所规定的功能。主要任务是产生一个工作时序，其工作需要时钟电路提供一个工作频率。
  MC功率电感器S-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该放大器的输入端和输出端分别是XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接时钟源可构成时钟电路。在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷谐振器，与内部反向器构成稳定的自激振荡器，它发出的脉冲直接送入片内的定时控制部件。
  2．2 系统的模压电感复位电路设计
  设计采用的是上电加按钮电平复位，是上电自动复位与按钮电平复位的组合。上电复位利用电容充电来实现，即上电瞬间RST／Vpd端的电位与Vcc相同，随着充电电流的减少，RST／Vpd的塑封电感器电位下降，最后被复位在0 V，按钮电平复位，当按钮按下后，电源Vcc通过电阻施加在单片机复位端RST／Vpd上，实现单片机的复位。
  2．3 报警器
  设计采用的是12 V电磁式铁振膜蜂鸣器作为报警器。当单片机送一个高电平延时一段时间，经过三极管将信号放大后驱动中间继电器，再由中间继电器驱动12 V电磁式铁振膜蜂鸣器，使得电磁线圈产生了一个磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下振动发声。
  2．4 译码及驱动部分电路
  译码及驱动部分由74LS248和ULN2804A两块芯片组成，其输入电压为12 V。74LS248的输入端与单片机的I／O口对应相连，ULN2404A的输出端与数码管的段选端相连。
  
  3 篮球计时器软件设计
  首先在比赛之前，接通电源，系统自动复位，首先设置时间，通过上下拨动“设置时间”的按钮来设置比赛的时间，本设计已设好12 min和10 min一节的两种时间，按下启动按钮，计时器面板的计时电路共阳极数码管计时部分显示为“12-00”或“10：00”；24工字电感器 s计时器显示为“24”。当比赛开始时，按下“运行”按钮计时器计时部分和24 s部分同时开始运行。
  在比赛过程中可以通过球权按键来控制箭头的指向，从而显示比赛中拥有球权的队。若控球方在24 s内未违规，则只需按一下“24 s复位”按钮即可，当24 s违规时，该蜂鸣器会发出2 s的报警声音。
  当小节比赛到最后10 min时，计时器向蜂鸣器发出信号，蜂鸣器报警提示1 s，此时计时器的计时显示面板由“00-10”变为“10—00”，当24 s显示面板此时变为毫秒计时，这时就进入1／10 s倒计时。
  当比赛结束时蜂鸣器报警提示4 s，计时器面板计时部分显示为“00-00”，24 s显示器显示为“00”。此时本场比赛结束。流程图如图2所示。

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