宋紅毅,謝宏波

（1.榆林學(xué)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(jī)的乒乓球訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)

宋紅毅1,謝宏波2

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

根據(jù)乒乓球訓(xùn)練輔助器材匱乏的實(shí)際需求出發(fā)，該課題設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的乒乓球訓(xùn)練系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由AT89C51單片機(jī)、數(shù)碼管顯示、壓力傳感器等組成。

單片機(jī)；乒乓球訓(xùn)練系統(tǒng)；壓力傳感器

0 引言

單片機(jī)是一種微型計(jì)算機(jī)，它是由中央處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、輸入/輸出等組成，將其集成到一塊芯片上，使單片機(jī)具備了計(jì)算、控制等功能。單片機(jī)具有價(jià)格便宜、體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，基于單片機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)已被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。它的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如智能IC卡、儀表、導(dǎo)航等。

該課題設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以有效的輔助乒乓球的訓(xùn)練工作。很多掌握不好乒乓球力度、角度等問題的運(yùn)動(dòng)員通常會(huì)運(yùn)用對(duì)墻擊球的訓(xùn)練方法來(lái)彌補(bǔ)自己的缺陷，但是該方法沒有固定的擊球方位，無(wú)法使訓(xùn)練者達(dá)到最佳的訓(xùn)練效果。該課題設(shè)計(jì)的系統(tǒng)由AT89C51單片機(jī)、數(shù)碼管顯示、壓力傳感器三大部分組成。訓(xùn)練員可以適當(dāng)?shù)脑鰷p與設(shè)計(jì)版之間的距離或者是調(diào)整擊球的力度。訓(xùn)練員通過擊球拍打指定位置的訓(xùn)練方法，有效的訓(xùn)練擊球的準(zhǔn)確性、力度的控制力。

1 系統(tǒng)的組成部分

基于單片機(jī)的乒乓球訓(xùn)練系統(tǒng)主要由壓力傳感器和發(fā)光二極管、數(shù)碼管顯示、AT89C51單片機(jī)組成，其中AT89C51單片機(jī)是該系統(tǒng)的核心部分，AT89C51單片機(jī)是系統(tǒng)的控制部件。根據(jù)制定的訓(xùn)練要求，將乒乓球球臺(tái)劃分為九個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均放置有相同的壓力傳感器及發(fā)光二極管。將發(fā)光二極管和壓力傳感器和相應(yīng)的電路連接組合而成。AT89C51單片機(jī)可以控制幾塊區(qū)域發(fā)光二級(jí)管的亮滅情況，該功能是由功能鍵控制的。當(dāng)單片機(jī)控制某一區(qū)域的發(fā)光二極管的點(diǎn)亮后，球員揮拍將球擊向亮燈區(qū)域，當(dāng)擊中亮燈區(qū)域后，壓力傳感器會(huì)因壓力作用接收到該信號(hào)，并將該信號(hào)做一系列處理后顯示在數(shù)碼管顯示屏上。其中數(shù)碼管模塊由兩個(gè)LG5641AH和兩個(gè)74LS373組成,一組顯示模塊用來(lái)統(tǒng)計(jì)顯示發(fā)出信號(hào)的次數(shù),另一組顯示模塊用來(lái)顯示擊中信號(hào)的次數(shù)，其顯示過程是個(gè)動(dòng)態(tài)過程，這樣的設(shè)計(jì)節(jié)省了硬件資源。該系統(tǒng)電路實(shí)用簡(jiǎn)單，其信號(hào)處理工作是由單片機(jī)AT89C51完成的。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 壓力傳感器模塊

壓力傳感器是將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置，一般它是由彈性、位移敏感元件組構(gòu)成。當(dāng)被測(cè)壓力作用在面積上時(shí)彈性敏感元件會(huì)將其轉(zhuǎn)化為位移或者是應(yīng)變，再由位移敏感元件轉(zhuǎn)化為與壓力成比例關(guān)系的電信號(hào)。該系統(tǒng)采用的是半導(dǎo)體壓力傳感器。在乒乓球球臺(tái)內(nèi)部安裝的半導(dǎo)體壓力傳感器，使其均勻排布在球臺(tái)上，傳感器是根據(jù)非電量轉(zhuǎn)換為電量的工作原理工作的。當(dāng)乒

乓球擊打到球臺(tái)上時(shí)，內(nèi)置的半導(dǎo)體壓力傳感器薄片表面形成半導(dǎo)體變形壓力，外力使薄片變形而產(chǎn)生壓電阻抗效果，從而使阻抗的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。當(dāng)乒乓球擊打到球臺(tái)上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，由于傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)比較小，要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理，方便于對(duì)信號(hào)的處理工作。該系統(tǒng)選擇的放大裝置是LM324放大器。LM324是四運(yùn)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(tài)功率比較小，價(jià)格低廉。LM324中每一組放大運(yùn)算放大器的引出腳都是五個(gè)，由兩個(gè)信號(hào)輸入端、正負(fù)電源端、輸出端。LM324在各種電路中被廣泛應(yīng)用。

2.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊

A/D轉(zhuǎn)換芯片采用的是ADC0809，采集傳感器的電壓信號(hào)，將電壓這種模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。ADC0809由8通道多路開關(guān)、比較器、寄存器、定時(shí)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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，與此同時(shí)觸發(fā)單片機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換過程，轉(zhuǎn)換后分時(shí)讀入A/D輸出的數(shù)字信號(hào)，這樣可以實(shí)行同步采集數(shù)據(jù)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(shù)轉(zhuǎn)換器。ADC0809可以對(duì)8路通道的模擬量信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,輸出結(jié)果為8位二進(jìn)制數(shù)。它具有100μs的轉(zhuǎn)換速度、19mV的分辨率。

ADC0809工作時(shí)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(jīng)過譯碼選通8路模擬輸入到比較器。當(dāng)遇到START上升沿時(shí)將寄存器復(fù)位。當(dāng)下降沿時(shí)A/D轉(zhuǎn)換被啟動(dòng)，EOC輸出信號(hào)置0，此時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換工作完畢后，EOC置1，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果儲(chǔ)存到鎖存器中。當(dāng)OE的輸入為高電平時(shí)，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)輸出到數(shù)據(jù)總線上。將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)中進(jìn)行處理。

ADC0809與AT89C51單片機(jī)相連接，其接口連接原理框圖如圖1所示。設(shè)計(jì)的連接中，由AT89C51單片機(jī)中ALE端的輸出脈沖經(jīng)過四分頻得到ADC0809的CLOCK（時(shí)鐘信號(hào)）,另外ADC0809的START啟動(dòng)信號(hào)是由AT89C51單片機(jī)中的P27地址線和RD讀寫控制線進(jìn)行控制的。ADC0809中的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC經(jīng)過反相處理后與單片機(jī)的INT1進(jìn)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(hào)。

2.3 數(shù)碼管顯示模塊

該課題設(shè)計(jì)的顯示模塊主要器件有兩個(gè)74LS373、兩組LG5641AH數(shù)碼管。一個(gè)LG5641AH數(shù)碼管一個(gè)74LS373連接組成一套裝置，一組顯示裝置用來(lái)顯示運(yùn)動(dòng)員發(fā)球的次數(shù)，另一套裝置用來(lái)顯示擊中信號(hào)的次數(shù)，其顯示過程是個(gè)動(dòng)態(tài)過程。74LS373是一種三臺(tái)輸出8D鎖存器。當(dāng)OE（三態(tài)允許控制端）是低電平時(shí)，Q0～Q7處于正常邏輯狀態(tài)，可以用Q0～Q7的狀態(tài)來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線，；OE為高電平時(shí)，Q0～Q7 處于高阻態(tài)，此時(shí)它不能驅(qū)動(dòng)總線、負(fù)載。當(dāng)LE（鎖存允許端 ）為高電平時(shí)，Q0～Q7 隨數(shù)據(jù)D變化；LE 為低電平時(shí)，D被鎖存。該系統(tǒng)用74LS373來(lái)作為L(zhǎng)G5641AH數(shù)碼管的輸入，以此來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。LG5641AH有12個(gè)管腳，通過驅(qū)動(dòng)顯示結(jié)果。

2.4 系統(tǒng)的控制模塊AT89C51單片機(jī)

該系統(tǒng)的核心是AT89C51單片機(jī)，它是該系統(tǒng)控制的核心部件。AT89C51單片機(jī)要控制乒乓球球臺(tái)中某一區(qū)域二極管的燈點(diǎn)亮，二極管的點(diǎn)亮狀況是隨機(jī)控制的；AT89C51單片機(jī)還要控制數(shù)碼管的顯示模塊，該過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)顯示過程；另外AT89C51單片機(jī)還要采集壓力傳感器采集到的信號(hào)。單片機(jī)對(duì)以上信號(hào)進(jìn)行綜合處理，組成一個(gè)基于單片機(jī)的乒乓球訓(xùn)練系統(tǒng)。

3 總結(jié)

目前單片機(jī)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的乒乓球訓(xùn)練系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、反應(yīng)速度快、容易操作、精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)如今乒乓球訓(xùn)練設(shè)備非常匱乏，這種開發(fā)系統(tǒng)具有很好的應(yīng)用前景。

薛娓娓.基于單片機(jī)的居室安全報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技致富向?qū)?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(xùn)練學(xué)

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(jī)的接口原理框圖

項(xiàng)目：榆林學(xué)院教改項(xiàng)目 項(xiàng)目編號(hào)JG220