張曉祥 石爽 潘金平 紀(jì)祥龍 蔣峰峰

【摘 要】文章設(shè)計(jì)一款體積小、易攜帶、操作方法簡(jiǎn)單、顯示清晰準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定且成本低廉，適合于各種中小型計(jì)分類比賽的計(jì)分顯示器。該計(jì)分顯示器的設(shè)計(jì)大體上包括以下幾個(gè)模塊：分?jǐn)?shù)實(shí)時(shí)加減模塊、倒計(jì)時(shí)模塊、LED顯示系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);計(jì)分;LED顯示

【中圖分類號(hào)】TN873 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）12-0057-02

乒乓球比賽記分顯示器是適用于各類大中小型乒乓球比賽中用的記錄并顯示比賽比分的裝置，目前該裝置主要有以下幾種：{1}傳統(tǒng)比賽記分牌，成本低廉但需專人操作，已不能滿足目前的現(xiàn)實(shí)需要。{2}電子計(jì)分裝置主要應(yīng)用于大型比賽中，為了滿足現(xiàn)場(chǎng)效果，所以其尺寸、操作方式等一般都需要找廠家定制，這就造成了其成本過高。{3}移動(dòng)式乒乓球計(jì)分裝置是安裝在手機(jī)上供乒乓球比賽的記分程序，它不僅設(shè)計(jì)得非常人性化，同時(shí)也可以與會(huì)場(chǎng)的大屏幕電子記分牌相連接，能做到比賽的實(shí)時(shí)同步。就目前來看，移動(dòng)式計(jì)分系統(tǒng)將是未來的發(fā)展主流。

1 方案設(shè)計(jì)

本項(xiàng)設(shè)計(jì)采用的最小單片機(jī)系統(tǒng)為AT89S51單片機(jī)，該類單片機(jī)在使用時(shí)一定要包括單片機(jī)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路復(fù)位電路電源。本系統(tǒng)使用的是12 MHz，它為本系統(tǒng)的時(shí)鐘，設(shè)計(jì)中添加了電阻，其主要目的是保證P0端口的正常運(yùn)行。我們以4個(gè)為一組，把8個(gè)顯示器分為2組用以統(tǒng)計(jì)個(gè)人得分，包括參賽運(yùn)動(dòng)員選手姓名（開頭第一個(gè)英文字母表示，如有雷同則可添加采用選手姓名最后一個(gè)字的英文大寫字母）、比賽分?jǐn)?shù)（雙位位數(shù)表示00～99分）、比賽獲勝局?jǐn)?shù)（單位數(shù)表示）和倒計(jì)時(shí)顯示器（結(jié)束30 s倒計(jì)時(shí)）。采用16個(gè)按鍵鍵入方式;S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16按下S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8可以控制比賽分?jǐn)?shù)的實(shí)時(shí)加減，按下S9按鈕為雙方選手換位，S10按鈕為時(shí)間的開始和暫停，S0是復(fù)位鍵，比賽結(jié)束時(shí)按下復(fù)位鍵即置零，可將該裝置恢復(fù)至初始狀態(tài)，S11、S12、S13、S14、S15、S16是可以根據(jù)后期用戶的自身需要另行添加其他功能模塊的功能按鍵。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)及比賽時(shí)間結(jié)束時(shí)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)蜂鳴報(bào)警器，發(fā)出蜂鳴聲，以提示和報(bào)警。

系統(tǒng)主控電路圖如圖1所示，其中主要控制模塊有電源控制電路、按鍵控制電路、晶振電路、復(fù)位電路、LED顯示模塊控制電路、時(shí)鐘電路、蜂鳴報(bào)警器等。

1.1 電源供給設(shè)計(jì)方案

為使電源控制模塊能夠穩(wěn)定有效地工作，就一定要有可靠且穩(wěn)定的電源。如果采用獨(dú)立的電源供電，雖然電源的選擇上會(huì)有更多的選擇項(xiàng)，但是這樣也導(dǎo)致電源供給線路更加復(fù)雜，長(zhǎng)期使用會(huì)增加電路電平的負(fù)載壓力，最終將會(huì)影響到整體裝置的正常工作。所以本項(xiàng)設(shè)計(jì)的電源控制電路是采用最小單片機(jī)系統(tǒng)控制模塊。本方案最大的特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、能耗較低且成本不高;缺點(diǎn)是輸出功率不高。

1.2 顯示界面方案

該顯示方案要求具有2組對(duì)立4個(gè)顯示功能?；谏鲜鲈?，本項(xiàng)設(shè)計(jì)考慮完全采用LED顯示。該方案最大的特點(diǎn)是在實(shí)現(xiàn)其基本功能的同時(shí)其操作也不復(fù)雜，能夠全面地滿足本項(xiàng)裝置所顯示的阿拉伯?dāng)?shù)字和英文字母符號(hào)。

1.3 矩陣鍵盤輸入方案

4×4行列式矩陣鍵盤通過8聯(lián)撥動(dòng)撥碼開關(guān)與單片機(jī)的P3.0～P3.7八個(gè)端口相連接，P3.4～P3.7四個(gè)端口在其中作為列線，P3.0～P3.3四個(gè)端口在其中作為行線。本項(xiàng)設(shè)計(jì)的矩陣鍵盤通過以上方式分別實(shí)現(xiàn)16個(gè)按鍵的功能。其中S0為復(fù)位鍵，按下后即可恢復(fù)至最初狀態(tài)，S1、S2按鈕為A選手個(gè)位數(shù)加1減1，S3、S4按鈕為A選手十位數(shù)加1減1，S5、S6按鈕為B選手個(gè)位數(shù)加1減1，S7、S8按鈕為B選手十位數(shù)加1減1，S9按鈕為雙方選手換位，S10按鈕為時(shí)間的開始和暫停。

1.4 蜂鳴報(bào)警器設(shè)計(jì)

為了驅(qū)動(dòng)蜂鳴報(bào)警器，本設(shè)計(jì)采用9012的三極管和一個(gè)2.2 K的012三極管。這樣就可以在三極管中使驅(qū)動(dòng)電流放大，從而達(dá)到蜂鳴器報(bào)警器報(bào)警的作用。為了更好地運(yùn)行，可采用高電平狀態(tài)輸出，這時(shí)三極管為導(dǎo)通狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)電流滿足報(bào)警的要求。

2 硬件設(shè)計(jì)

基于單片的乒乓球比賽計(jì)分顯示器設(shè)計(jì)方案的核心是以單片機(jī)為控制樞紐，在設(shè)計(jì)方案中采用模塊化布局，設(shè)計(jì)方案中共分為以下個(gè)功能模塊：ST89S51單片機(jī)控制系統(tǒng)、蜂鳴報(bào)警器模塊、4×4矩陣鍵盤及LED計(jì)分顯示模塊等。ST89S51單片機(jī)作為整個(gè)設(shè)計(jì)方案的中央控制中心，它不僅僅是組織協(xié)調(diào)整體裝置平穩(wěn)運(yùn)行的控制器，還是實(shí)時(shí)比賽數(shù)據(jù)的信息處理中心。它由單片機(jī)內(nèi)振蕩器、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路等組成。系統(tǒng)采用8個(gè)LED小型顯示模塊。

3 記分牌裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 記分牌裝置的具體控制要求

記分牌上一共有8個(gè)LED小型顯示模塊，且4個(gè)模塊為1組，2組分布于上下方位或者平行方位。同時(shí)確保多個(gè)LED之間能夠同步亮滅，而比賽選手姓名欄則要確保常亮不變。顯示獲勝局?jǐn)?shù)、分?jǐn)?shù)和比賽時(shí)間的LED顯示模塊可以隨著比賽的進(jìn)行而改變;如比賽期間多個(gè)LED顯示模塊之間不能保持協(xié)調(diào)工作，則應(yīng)該系統(tǒng)自主關(guān)閉，同時(shí)向主控制系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。系統(tǒng)工作后，首先整個(gè)LED顯示模塊要一起亮閃3 s以檢查是否出現(xiàn)不亮情況;接著開始顯示姓名單個(gè)字母，剩余LED顯示模塊顯示數(shù)值均為零，然后可以通過按動(dòng)S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8按鍵改變分?jǐn)?shù)數(shù)值。按動(dòng)S9交換2組4個(gè)LED顯示模塊的顯示數(shù)值，按動(dòng)S0除了顯示姓名數(shù)碼管外的數(shù)碼管數(shù)值全部歸零。

3.2 記分牌控制系統(tǒng)的程序編制

（1）軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用環(huán)境。本項(xiàng)設(shè)計(jì)方案主要是進(jìn)行各個(gè)模塊之間協(xié)調(diào)，已達(dá)到使電源控制模塊、分?jǐn)?shù)實(shí)時(shí)加減模塊等的初始化，乒乓球比賽中能夠及時(shí)發(fā)送并處理數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)4×4矩陣鍵盤進(jìn)行完整的按鍵系統(tǒng)配對(duì)掃描，在乒乓球比賽過程中等待外部的中斷，以及比賽過程中因比分導(dǎo)致突發(fā)事件的應(yīng)急處理。

（2）軟件設(shè)計(jì)流程。本項(xiàng)乒乓球記分顯示裝置一共有兩種狀態(tài)，一種是通過手動(dòng)按鈕進(jìn)行加分或者減分狀態(tài)，一種是可以通過復(fù)位鍵與交換鍵實(shí)現(xiàn)數(shù)值交換或者清零。然后可以向其輸入代碼。其流程圖如圖2所示。

4 結(jié)語

本文系統(tǒng)地介紹了一種以AT89S51單片機(jī)為基礎(chǔ)的乒乓球比賽分?jǐn)?shù)記錄裝置的設(shè)計(jì)方案。此類計(jì)分裝置的出現(xiàn)將有利于乒乓球比賽事業(yè)的發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張迎新.單片機(jī)初級(jí)教程：?jiǎn)纹瑱C(jī)基礎(chǔ)[M].第2版.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

[2]王忠飛，胥芳.MCS-51單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2013.

[3]周堅(jiān).單片機(jī)輕松入門[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[4]孫育才.MCS-51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用[M].南京：東南大學(xué)出版社，2004.

[5]公孫茂，馬寶匍，孫晨.單片機(jī)入口接口實(shí)例集[M]. 北京：北京航空航天出版社，2002.

[6]陳明熒.8051單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[7]趙亮，侯國(guó)銳.單片機(jī)C語言編程與實(shí)例[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[8]諸昌鈐.LED顯示屏系統(tǒng)原理及工程技術(shù)[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，2000.