貴州電子信息職業(yè)技術學院通信工程系 吳政江

微電腦控制簡易球賽計分牌的設計與制作

貴州電子信息職業(yè)技術學院通信工程系 吳政江

球類比賽中裁判需要計分時通常需要計分牌，以便及時、準確、清楚地記錄并顯示比賽雙方的得分，體現(xiàn)比賽的公正性以及渲染比賽的緊張氣氛。傳統(tǒng)的計分牌采用黑板加粉筆方式，計分麻煩且不環(huán)保。用單片機來設計計分牌可謂得心應手。本文介紹一款微電腦控制簡易球賽計分牌的設計與制作。硬件上，它是一個具有數(shù)碼管顯示、按鍵輸入、數(shù)據(jù)運算等比較完整的單片機應用系統(tǒng)。軟件上，采用C語言編程。旨在向廣大單片機愛好者介紹單片機應用系統(tǒng)的基本開發(fā)過程以及C語言程序設計方法。

單片機；計分牌；設計；制作

引言

電子信息類專業(yè)各骨干課程不但有較難理解的理論分析,也有大量的實際應用電路,因而既要學習理論,更要動手實踐,理論性和實踐性均很強。然而,當前職業(yè)學校學生普遍存在文化基礎不牢,接受能力不佳,學習積極性、分析問題與解決問題能力不高的現(xiàn)實情況。因此,長期以來,職業(yè)學校電子信息類專業(yè)各骨干課程理論教學方法枯燥,實驗教學可操作性差,課程設計缺乏創(chuàng)新,結(jié)果大多數(shù)學生對這些課程理論理解不清,實驗走過場,課程設計找槍手,考試弄虛作假。針對這一問題,我們提出了用計算機仿真技術對電子信息類專業(yè)各骨干課程進行教學改革的思想。本文是用Proteus仿真軟件對單片機課程進行教學改革的一個綜合應用。用單片機設計一個簡易球賽計分牌。硬件上,它是一個具有數(shù)碼管顯示、按鍵輸入、數(shù)據(jù)運算等比較完整的單片機應用系統(tǒng)。軟件上,采用C語言編程。

1 電路結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 球賽計分牌功能模塊劃分

(1)人機對話功能模塊。計分牌應能及時輸入比賽雙方得分,故電路要求有人機對話功能。這里用4個按鍵來改變比賽雙方得分,按鍵SW1與SW2用來增加及減少比賽一方(如A方)得分數(shù);按鍵SW3與SW4用來增加及減少比賽另一方(如B方)得分數(shù)。

(2)顯示模塊。采用4只共陽極數(shù)碼管顯示得分情況,最大顯示比分為99∶99,基本能滿足小型比賽要求。其中“∶”由兩只紅色發(fā)光二極管代替,開機時即亮。

(3)單片機模塊。這里采用AT89C51單片機加復位電路與時鐘電路即可,無需外擴存儲器與I/O口。

(4)電源模塊。單片機所需的+5V電源可由220伏的交流市電經(jīng)降壓、整流、濾波與穩(wěn)壓得到。

1.2 硬件電路設計

根據(jù)以上功能模塊劃分,確定球賽計分牌硬件電路[1]如圖1所示(電源電路略去未畫,實際制作時應補上)。對該電路簡要分析如圖1所示。

(1)核心部分是由AT89C51單片機與復位電路以及時鐘電路組成的單片機最小應用系統(tǒng)。

(2)根據(jù)計分牌功能要求,用4個共陽極數(shù)碼管顯示比賽雙方得分,數(shù)字顯示中間分隔符“∶”利用兩只紅色發(fā)光二極管來實現(xiàn)。

(3)Q1、Q2、Q3、Q4為4個共陽極數(shù)碼管驅(qū)動三極管,目的是增強單片機I/O口的電流驅(qū)動能力。

(4)由于本項目涉及到的按鍵數(shù)較少,故采用獨立式鍵盤結(jié)構(gòu)。4只按鍵分別連接單片機的P1.4～P1.7口(實際制作時可任選單片機其他I/O口,但程序應作相應的調(diào)整)。

2 軟件規(guī)劃與設計

根據(jù)硬件電路,設比賽雙方為A與B,按鍵SW1與SW2設為A方得分加、減按鍵;按鍵SW3與SW4設為B方得分加、減按鍵。程序采用模塊化設計,由主函數(shù)及相關子函數(shù)組成。

2.1 主函數(shù)

完成對四個獨立按鍵的無限循環(huán)判斷,并調(diào)動態(tài)掃描函數(shù)顯示比賽雙方得分數(shù)。其流程圖[2]如圖2所示。

2.2 動態(tài)掃描函數(shù)

完成BCD碼轉(zhuǎn)換、動態(tài)數(shù)碼管顯示,同時用于按鍵延時消抖。

圖1 球賽計分牌電路

2.3 5ms延時函數(shù)

完成5ms延時,供動態(tài)掃描函數(shù)調(diào)用。

這里給出C語言參考源程序如下所示。

#include〈reg51.h〉

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit sw1=P1?7; //定義A方增加鍵

sbit sw2=P1?6; //定義A方減少鍵

sbit sw3=P1?5; //定義B方增加鍵

sbit sw4=P1?4; //定義B方減少鍵

uchar duanma[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x 92,0x82,0xF8,0x80,0x90}; //共陽極數(shù)碼管0到9的段碼

uchar weima[4]={0x7f,0xbf,0xdf,0xef}; //共陽極數(shù)管位碼

uchar xianshi[4]={0,0,0,0}; //顯示緩存器

uint jishu=0,affs=0,bffs=0; //定義變量

void dtsm(void); //聲明動態(tài)掃描函數(shù)

/*延時約5毫秒函數(shù)*/

void delay05ms(void)

{

uchar j,k;

for(j=10;j〉0;j--)

for(k=110;k〉0;k--);

}

如圖2所示。

/*主函數(shù)*/

void main(void)

{

while(1) //無限循環(huán)

{

dtsm(); //*******************按鍵判斷**** ********************************

if(sw1==0) //A方加分鍵按下嗎

{

dtsm(); //調(diào)動態(tài)掃描函數(shù)兼作延時消抖

if(sw1==0) //A方加分鍵還按下嗎

圖2 計分牌主函數(shù)流程圖

{

affs++; //A方分數(shù)加1

if(affs==100)affs=99; //最大為99

while(sw1==0)dtsm(); //等待A方加分鍵釋放

}

}

if(sw2==0) //A方減分鍵按下嗎

{

dtsm(); //調(diào)動態(tài)掃描函數(shù)兼作延時消抖

if(sw2==0) //A方減分鍵還按下嗎

{

affs--; //A方分數(shù)減1

if(affs==-1)affs=0; //最小為0

while(sw2==0)dtsm(); //等待A方減分鍵釋放

}}

if(sw3==0) //判斷B方加分鍵

{

dtsm();

if(sw3==0)

{

bffs++;

if(bffs==100)bffs=99;

while(sw3==0)dtsm();

}}

if(sw4==0) //判斷B方減分鍵

{

dtsm();

if(sw4==0)

{

bffs--;

if(bffs==-1)bffs=0;

while(sw4==0)dtsm();

}}}}

/*動態(tài)掃描函數(shù)*/

void dtsm(void)

{

xianshi[0]=duanma[affs/10]; //分離A方分數(shù)十位

xianshi[1]=duanma[affs%10]; //分離A方分數(shù)個位

xianshi[2]=duanma[bffs/10]; //分離B方分數(shù)十位

xianshi[3]=duanma[bffs%10]; //分離B方分數(shù)個位

//*******************動態(tài)掃描**************** *****************

jishu++;

if(jishu==4)jishu=0;

P2=0x00;

P2=weima[jishu]; //送位碼

P0=xianshi[jishu]; //送段碼

delay05ms();

}

本程序采用模塊化設計有利于程序的升級與修改。程序中按鍵“去抖”不用延時子函數(shù)而用動態(tài)掃描函數(shù)代替,可以提高程序效率,避免在調(diào)用延時子函數(shù)時數(shù)碼管亮度下降甚至出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。調(diào)用一次動態(tài)掃描函數(shù)相當于延時約8ms。這是采用動態(tài)數(shù)碼管顯示時的應用技巧之一。

3 系統(tǒng)調(diào)試

(1)啟動Proteus軟件,并用其繪制圖1所示電路原理圖。

(2)啟動Keil軟件。建立工程,輸入上述C語言源程序并編譯調(diào)試生成二進制的目標文件。

(3)將第(2)步生成的二進制目標文件加載到第(1)步所繪電路原理圖的AT89C51單片機中,然后仿真運行。按下SW1～SW4中的任一按鍵,觀察相應的數(shù)碼管顯示是否變化,其變化是否符合要求。

(4)購買元器件,按硬件電路焊好電路板,將參考程序?qū)懭階T89C51單片機,通電。按下SW1～SW4中的任一按鍵,觀察相應的數(shù)碼管顯示是否變化,其變化是否符合要求。調(diào)試完成后,將產(chǎn)品投入實際的球類比賽(如籃球比賽)中使用,看是否能適應實際的現(xiàn)場比賽。

4 結(jié)束語

文中從電路結(jié)構(gòu)與工作原理、軟件規(guī)劃與設計以及系統(tǒng)調(diào)試等三個方面簡要介紹了微電腦控制簡易球賽計分牌的設計與制作。是采用Proteus仿真軟件對單片機原理及應用課程進行教學改革的一個綜合性應用實例。硬件上,它是一個具有數(shù)碼管顯示、按鍵輸入、數(shù)據(jù)運算等比較完整的單片機應用系統(tǒng)。軟件上,采用C語言編程。涉及單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及最小應用系統(tǒng)、獨立式鍵盤結(jié)構(gòu)與設計、LED數(shù)碼管接口技術及其動態(tài)顯示原理以及C語言程序設計等單片機知識。旨在向廣大單片機愛好者介紹單片機應用系統(tǒng)的基本開發(fā)過程以及C語言程序設計方法。

［1］吳政江,張定祥.單片機原理及應用(基于C語言)［M］.北京:化學工業(yè)出版社,2013.

［2］舒?zhèn)ゼt.單片機原理與實訓教程［M］.北京:科學出版社,2008.

2014年貴州省高校人文社會科學研究項目“基于計算機仿真技術的電子信息類骨干課程課改研究”（負責人：吳政江；編號：14ZC261）。

吳政江，貴州電子信息職業(yè)技術學院副教授，主要研究方向：單片機與嵌入式系統(tǒng)、電子信息技術、職業(yè)教育等。