摘要：本文的篮球场计时计分系统是以AT89C51型号的单片机为核心制作而成,分别通过四个共阳极LED数码管实现该项目的动态倒计时显示和两个篮球队A队和B队的比分显示,并采用独立式按键实现两个篮球队加分、比赛启动/暂停处理功能。该系统具有设计成本低,使用方便等优点,具有很大的应用价值。

　　关键词：AT89C51单片机；LED数码管；计时计分系统

　　0引言

　　普通篮球场计时计分系统采用人工翻牌计分,由于人工翻牌常常会设计到暂停数、比分积累数等多个方面,一旦出现分歧或错误记录,将会导致比赛无法正常顺利进行,而且人工操作也比较麻烦。因此本文通过51单片机来进行控制,设计了一款新型简易篮球计时计分系统[1],操作方便,能够很好的解决上述问题。

　　1总体方案的设计

　　1.1设计内容

　　通过6个独立按键,实现两个篮球队A队和B队加分功能,分别实现加1分、加2分和加3分；通过单片机的定时功能,实现篮球场比赛的倒计时功能；通过一个独立按键,实现篮球场比赛的启动和暂停功能；通过外接的蜂鸣器报警,实现比赛结束的提示功能。

　　1.2设计方法

　　本项目的设计方法是软件仿真与硬件电路联调,首先根据任务要求设计出篮球场计时计分系统的硬件结构

　　电路图,然后结合电路图在Keil软件中编译生成HEX文件,接着将文件加载到Proteus软件中进行软硬件联调,最后制作出篮球场计时计分系统。

　　1.3设计结构

　　本系统硬件如图1所示,主要包括单片机最小系统、LED数码管显示系统、独立按键系统、报警系统等几大模块[2]。

　　2硬件设计

　　2.1单片机最小系统设计

　　51单片机、晶振电路、复位电路以及扩展部分电路

　　等组成了51单片机的最小系统[3],AT89C51单片机是51系列单片机中最典型的型号,下面我们以该型号单片机举例,先来介绍一下它的最小系统,其电路图如图2所示。

　　第一部分：电源。任何电子器件都需要供电,单

　　片机的供电电源主要分为5V和3.3V两种,本项目选用AT89C51型号的单片机,AT89C51是本设计的核心元件。该单片机需要的电源为+5V,开发板上使用的是USB接口,也是接5V的直流电源。从图2中看出,供电电源即电源正极接在40引脚的位置,通常称为VCC,接地即电源负极接在20引脚的位置,通常称为GND。第二部分：时钟电路。单片机的XTAL1、XTAL2是两个晶振引脚,通过这两个引脚与外部时钟振荡电路相连,时钟振荡电路与晶振引脚的连接又分为外部时钟和内部时钟两种连接方式,时钟电路如同人体的心脏,能够保证单片机的正常工作。第三部分：复位电路。单片机的RST引脚外接复位电路,复位电路由一个复位按键和其他外围电路组成,复位电路主要是为了避免程序由于运行出错或者操作错误处于死锁状态,遇到这些特殊情况,可以按下复位按键就可以重新启动单片机,使系统进入初始状态,以便随时接受各种指令继续进行工作。第四部分：外部扩展电路。单片机的31脚(EA/Vpp)外接扩展电路,通常情况下,该引脚直接接高电平,当单片机复位后,程序从内部程序存储器开始执行。

　　2.2独立按键系统

　　本系统采用独立按键电路,设计了7个独立按键[4],6个独立按键分别连接到单片机的P3.0到P3.5引脚上,用来实现篮球AB队的加分,其中P3.0到P3.2引脚依次连接篮球A队的加1分、2分、3分键,分别记为AK1、AK2、AK3键,P3.3到P3.5引脚依次连接篮球B队的加1分、2分、3分键,分别记为BK1、BK2、BK3键,另外1个独立按键连接在单片机的P3.6引脚上来实现比赛的启动和暂停,第一次按下该按键时,实现计时开始,第二次按下时,实现计时暂停。

　　2.3计时计分显示系统

　　本项目的输出设备分别是倒计时显示系统和计分系统,均采用共阳极的LED型数码管,其中倒计时系统采用全场两节制,每节20min,使用四个LED数码管显示倒计时时间,单片机的P1端口连接四个数码管的段选端,采用放置网络标号的方式,如果两个引脚有相同网络标号,则表示它们是连接在一起的,同样采用网络标号的方法,将单片机的P2.4到P2.7引脚依次连接在四个数码管的位选端。本项目还设计了一个计分系统,分别用两个数码管动态显示AB两个篮球队的当前比分,同样采用相同网络标号的连接方式,将单片机的P0端口连接四个数码管的段选端,位选端分别连接到单片机的P2.0、P2.1、P2.2和P2.3口引脚上。

　　2.4 5s报警系统

　　报警系统电路如图3所示,蜂鸣器的正极接在+5V的电源上,负极通过PNP型三极管(也可采用NPN型三极管)再接地[5],三极管的基极串接电阻后接在单片机的P3.7引脚,当比赛时间还剩5s时,单片机P3.7引脚输出高电平,三极管开始导通,通过电路的电流被放大,有源蜂鸣器就响,若P3.7口输出为低电平,这时三极管不导通,电流无法通过,蜂鸣器也不会响。

　　结合上述模块,篮球场计时计分系统硬件电路图如图3所示,篮球比赛的控制过程是：首先启动电源,计时数码管开始倒计时；当按下A队加1、2、3分键(图中AK1、AK2和AK3键),A队分别加1、2、3分,同理按下B队加分键(图中BK1、BK2和BK3键),B队对应加分。第一次按下启动/暂停键(图中QK7键),计时开始,当上半场结束时,报警系统能每隔1s发出一次报警,时长5s,5s后按下暂停键,AB队交换场地,同时比分实现交换。

　　3控制程序的设计

　　程序部分主要由主程序、数码管动态刷新显示子程序、按键加分子程序、定时器TO中断程序、5s报警子程序等模块组成。

　　(1)主程序模块。本设计的主程序主要有系统的初始化、中断、按键加分、报警器报警、交换两队比分及显示调用等。本设计报警器延时是用单片机内部的定时器/计数器实现的,可以做到精确计时,采用独立按键模块实现两队的加分处理,并将比分显示在LED数码管上,半场结束时发出报警,并通过暂停键暂停比赛,将显示屏上两队比分进行互换。
　　(2)定时器TO中断子程序模块。本设计若第一次启动/暂停键被按下,单片机中的定时器0开始计时,用于实现每场20min的倒计时,当再次按下该按键时,定时器0停止计时,比赛暂停。
　　(3)LED数码管显示程序模块。本设计采用的是LED数码管显示模块,分成两部分,当启动按键按下,动态刷新当前的时间,另一部分在接收到按键指令后,调出相应的位选码和段选码,在显示屏上显示两队相应比分。
　　(4)按键加分子程序模块。使用7个独立按键,由于每个按键都是弹性按键,在按下去和松手时都会产生抖动,所以需要在按键检测时加入消抖处理,同时在确定按键按下时,执行该按键所代表的指令,完成一道指令后,马上循环执行下一条指令。
　　(5)报警程序模块。本设计中,当上半场计时结束,蜂鸣器自动以每隔1s发出报警,时长5s,5s后按下暂停键,上半场比赛结束,双方交换场地和比分。

　　4系统的制作

　　控制程序编写完成后为了验证设计的正确性,可以将控制程序通过Keil软件编译生成HEX文件,再将生成的文件加载到Proteus软件中,通过软硬件反复联合调试,直到显示与按键功能实现任务要求,从而完成了简易篮球计时计分系统的仿真测试。实验仿真成功后,再通过Proteus软件将系统原理图转化成PCB板,将相应的元器件布置在PCB板的合适位置,实验成功后,一个简易篮球场计时计分系统制作完成。

　　5创新之处

　　本项目采用51单片机设计,可以使原本复杂的系统变得更加简单,设计成本更低,功能更全。利用51单片机中的定时器功能,可以实现篮球比赛的精确计时；由于篮球场比赛需要亮度比较大的显示,所以在本设计中以七段数码管作为显示器件,同时为了节约I/O接口这里采用了动态扫描的方式；在篮球比赛中需要对两个篮球队进行加分,由于单片机的I/O接口较充足,本设计采用了独立键盘来进行人机交互；在设计报警电路时,利用蜂鸣器作为发声器件来实现系统的报警功能。本项目操作简单,便于携带,广泛应用于各类比赛中。

　　参考文献

　　[1]李萌.基于STC89C52的篮球比赛计时计分器设计与实现[J].计算机测量与控制,2020,28(7):260-264.

　　[2]赵素玲.基于STC89C51单片机的篮球计分器的设计[J].电脑知识与技术,2015,11(33):159-161.

　　[3]王云.51单片机C语言程序设计教程[M].北京:人民邮电出版社,2018.

　　[4]王子谦.基于单片机的篮球计分器设计[J].电子世界,2021(3):125-127.

　　[5]韩爽,张迪.基于STC89C51单片机的防盗报警系统设计[J].计算机测量与控制,2019,27(11):270-274.