頁1緒論籃球比賽是一項極具觀賞性的體育項目，它既有對抗又有娛樂，是深受廣大群眾喜愛的運動項目之一。籃球比賽計時系統(tǒng)作為籃球比賽的重要組成部分，在整個籃球比賽過程中起到了至關(guān)重要的作用。在籃球比賽中，運動員投籃得分時需要準(zhǔn)確計時，從而更好地了解運動員的水平；運動員搶籃板得分時需要準(zhǔn)確計時，以便在恰當(dāng)?shù)臅r間完成進(jìn)攻；在隊員罰球得分時需要準(zhǔn)確計時，以便了解球員罰球得分能力；在進(jìn)攻與防守轉(zhuǎn)換過程中需要準(zhǔn)確計時，以便對球員的攻防轉(zhuǎn)換做出正確判斷。因此，為了更好地實現(xiàn)對籃球比賽計時功能，本設(shè)計制作了一種能夠精確顯示時間、且具有多種功能的籃球比賽計時器。在大學(xué)四年生活中，參加了不少學(xué)校和學(xué)院舉辦的籃球賽事，針對球員對比賽工作人員的反應(yīng)，覺得原有的計分和計時設(shè)備可以退伍了，為此想設(shè)計一個籃球計時計分器。本設(shè)計將介紹一個設(shè)計用于籃球比賽的計時器，旨在提供一個方便、準(zhǔn)確和可靠的工具來輔助裁判員管理掌控比賽過程和結(jié)果。設(shè)計目標(biāo)包括提供清晰明了的界面，使裁判員能夠輕松操作計時器；保證計時器的準(zhǔn)確性，避免時間誤差對比賽結(jié)果的影響；具備穩(wěn)定的性能，以確保計時器在長時間使用過程中不出現(xiàn)故障；設(shè)計可擴(kuò)展的功能，比如加上可以記錄分?jǐn)?shù)的功能，為不同籃球賽事提供個性化的計時要求。又因為籃球計分器的使用場景，多數(shù)用于戶外的籃球活動。為其供電的便利性以及貫徹節(jié)能減排的新理念，所以特意增加了一個太陽能供電的接口，在戶外使用的時候，可使用太陽能供電模塊對籃球計分器進(jìn)行一個供電的作用國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀情況如下：我國的籃球計時器設(shè)計與制作在過去幾年中取得了顯著進(jìn)展。隨著科技的不斷進(jìn)步，籃球計時器的功能和性能得到了大幅提升。目前，國內(nèi)已經(jīng)有一些專業(yè)的籃球計時器生產(chǎn)廠家，其產(chǎn)品不僅在國內(nèi)市場占有一定的份額，還出口到海外市場；在籃球計時器設(shè)計與制作方面，國外的發(fā)展相對較早，技術(shù)相對成熟。許多國際知名的體育器材品牌都推出了自己的籃球計時器產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在設(shè)計、功能和性能方面都具有較高的水平。此外，國外的一些科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)也在不斷探索新的技術(shù)和材料，以提高籃球計時器的準(zhǔn)確性和可靠性。總的來說，籃球計時器設(shè)計與制作在國內(nèi)外都取得了長足的發(fā)展，但國內(nèi)外在技術(shù)、市場等方面仍存在一定的差異。未來，隨著科技的不斷進(jìn)步和市場的不斷擴(kuò)大，相信籃球計時器設(shè)計與制作將會迎來更加廣闊的發(fā)展前景。2系統(tǒng)設(shè)計2.1系統(tǒng)方案的選擇方案一：以單片機(jī)AT89C52為核心，利用其定時器/計數(shù)器控制計時，用LED數(shù)碼管顯示比賽剩余時間或進(jìn)攻方24秒進(jìn)攻時間。該方案電路簡單，編程方便，成本較低REF_Ref16801\w\h[1]。方案二：以FPGA為核心，利用CPLD編程靈活、集成度高、體積小、可靠性高等優(yōu)點，實現(xiàn)籃球比賽計時控制。該方案計時精度高，功能豐富，可同時控制多個計時器，適用于大型籃球比賽計時控制。方案比較：利用單片機(jī)控制計數(shù)器對籃球比賽進(jìn)行計時，具有精度高、穩(wěn)定性好、功耗低等優(yōu)點。系統(tǒng)設(shè)計簡單、成本低廉，可以通過對計數(shù)器的調(diào)整來實現(xiàn)不同的計時方式。該系統(tǒng)具有多種顯示方式，可以顯示籃球比賽中的時間和比分。設(shè)計在成本較低的情況下，具有較高的使用價值。故使用方案一。2.2系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)主要由STC89C52芯片、供電電路、按鍵電路及數(shù)碼管驅(qū)動電路、數(shù)碼管顯示電路、程序下載電路、蜂鳴器提示電路組成REF_Ref12294\w\h[2]。圖2.1系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)2.3籃球規(guī)則解釋籃球比賽中有許多回表方式：當(dāng)回合開始時進(jìn)攻方擁有24秒的進(jìn)攻時間，正常情況下球員必須在這24秒鐘之內(nèi)完成完整的投籃動作并在籃球出手后進(jìn)攻時間還有剩余或者籃球出手后砸到籃筐，否則按照違例處理。當(dāng)出手后進(jìn)攻時間有剩余的情況下進(jìn)攻方可以拿到籃球繼續(xù)進(jìn)攻直到24秒計時結(jié)束；當(dāng)籃球出手后砸到籃筐時剩余時間超過14秒的情況下不予進(jìn)行操作，當(dāng)籃球出手后砸到籃筐剩余時間小于14秒的情況下將剩余時間回至14秒。當(dāng)進(jìn)攻方持球時造成防守方普通犯規(guī)時：進(jìn)攻時間大于14秒時只需按下暫停鍵等待裁判商議及可（此節(jié)犯規(guī)數(shù)未滿的情況下）；當(dāng)進(jìn)攻時間小于14秒時造成防守方普通犯規(guī)需將時間回至14秒并等待裁判商議即可。當(dāng)進(jìn)攻方造成防守方普通違例情況時只需按下暫停鍵并等待裁判商議（類似于腳踢球違例）。當(dāng)比賽每節(jié)的剩余時間小于24秒時，不需要再將進(jìn)攻時間調(diào)至24秒，14秒也是如此。進(jìn)攻方必須在開球后八秒之前將球和人一起過半場，否則判為違例。當(dāng)球員在三分線之內(nèi)被造成投籃犯規(guī)球進(jìn)時加罰一次，球未進(jìn)時則罰籃兩次。當(dāng)在三分線之外被造成投籃犯規(guī)時，球進(jìn)加罰一次，球未進(jìn)罰籃三次。造成技術(shù)犯規(guī)時則需要進(jìn)行一次罰籃，球權(quán)歸屬由裁判現(xiàn)場決定。（例如當(dāng)NBA防守三秒違例時則由進(jìn)攻方一罰一擲）在NBA比賽中持球手可以在任何正常時間叫出暫停，F(xiàn)IBA則只能在死球狀態(tài)下進(jìn)行暫停。籃球比賽的時間規(guī)則因不同的聯(lián)賽而有所不同。以國際籃聯(lián)（FIBA）為例，一場籃球比賽通常由四節(jié)組成，每節(jié)十分鐘。上下半場之間休息十五分鐘，節(jié)與節(jié)之間休息兩分鐘。如果比賽在第四節(jié)結(jié)束時比分相等，將需要進(jìn)行加時賽，每個加時賽持續(xù)五分鐘，直到分出勝負(fù)（中國職業(yè)籃球聯(lián)賽與FIBA規(guī)則一致）。美國職業(yè)籃球聯(lián)賽（NBA）的比賽規(guī)則與FIBA類似，也是四節(jié)，每節(jié)十二分鐘。3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1硬件的主控芯片STC89C52單片機(jī)是一款功能強(qiáng)大的微控制器，集成了微處理器、RAM、ROM、多組I/O口、串行通信接口以及中斷系統(tǒng)等關(guān)鍵組件，為嵌入式應(yīng)用開發(fā)提供了廣泛的可能性。這款單片機(jī)擁有四組I/O口（P0～P3），每組I/O口都具備多個引腳，方便與外部設(shè)備進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)傳輸。特別值得一提的是，P3口不僅可以用作普通的輸入輸出端口，還具備特殊功能，包括作為中斷源和串行通信的接口，大大增強(qiáng)了其應(yīng)用靈活性。STC89C52單片機(jī)的中斷系統(tǒng)是其一大亮點。它配備了五個中斷源，其中P3.2和P3.3為外部中斷引腳，用戶可以根據(jù)需求選擇電平觸發(fā)或邊沿觸發(fā)方式。而P3.4和P3.5則用作內(nèi)部定時器中斷，為定時和計數(shù)操作提供了方便。此外，串行中斷的引入，使得單片機(jī)能夠輕松實現(xiàn)與其他設(shè)備之間的串行通信。在存儲方面，STC89C52單片機(jī)配備了高速的RAM和穩(wěn)定的ROM。RAM用于存儲臨時數(shù)據(jù)和變量，讀寫速度快但斷電后數(shù)據(jù)會丟失；而ROM則用于存儲固定數(shù)據(jù)和程序代碼，雖然寫入周期稍慢但數(shù)據(jù)在斷電后依然保持。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，ROM的類型也經(jīng)歷了從EEPROM到EEPROM再到FLASH的演變，使得數(shù)據(jù)的擦寫更加便捷。STC89C52單片機(jī)以其小巧的體積、高度的集成性和便捷的制作方式受到廣大開發(fā)者的青睞。它提供了貼片式和雙列直插式兩種封裝形式，共計40個引腳，便于與其他電路元件進(jìn)行連接。同時，其高可靠性、穩(wěn)定的工作電壓（+5V）以及易于擴(kuò)展的RAM和ROM特性，使得電路制作成本得以有效控制。由于STC89C52單片機(jī)功能豐富且性能穩(wěn)定，它在多個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。無論是實時工控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)還是電器產(chǎn)品，STC89C52單片機(jī)都能發(fā)揮出色的控制作用，實現(xiàn)各種智能化和自動化的功能?？傊?，STC89C52單片機(jī)是一款功能全面、性能卓越的微控制器，適用于各種嵌入式應(yīng)用場景。開發(fā)者可以根據(jù)具體的設(shè)計需求選擇合適的芯片，并結(jié)合其他電路元件和外圍設(shè)備，構(gòu)建出功能強(qiáng)大的嵌入式系統(tǒng)REF_Ref15827\w\h[3]。3.2單片機(jī)的結(jié)構(gòu)單片機(jī)的內(nèi)部程序存儲器主要可劃分為三種類型：只讀存儲器（ROM）型、電可擦除可編程只讀存儲器（EEPROM）型和閃存（FlashMemory）型。其中，ROM型單片機(jī)內(nèi)置了通過工程掩模編程的ROM存儲器，這種存儲器在程序?qū)懭牒缶哂胁豢尚薷男?，呈現(xiàn)出固定性的特點。這種設(shè)計確保了程序的穩(wěn)定性和可靠性，適用于那些不需要頻繁更改程序的場合。EEPROM型單片機(jī)則裝備了EEPROM程序存儲器，其存儲內(nèi)容可通過紫外線照射進(jìn)行擦除，如常見的8751型號。而FlashMemory型單片機(jī)則采用了FlashMemory作為程序存儲器，其內(nèi)部內(nèi)容既可以寫入也可以擦除，例如Atmel公司的89C52型號。單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。圖3.1單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)的核心構(gòu)造涵蓋了一個8位的中央處理單元、布爾邏輯處理功能、內(nèi)置振蕩電路、以及128字節(jié)的內(nèi)部存儲區(qū)。此外，它還配備了4千字節(jié)的程序存儲空間，可以訪問范圍達(dá)64千字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器。單片機(jī)內(nèi)部集成了21個特定用途的寄存器，并設(shè)有4個8位的輸入輸出端口，便于與外部設(shè)備通信。在通信方面，它還包括一個全雙工串行接口，支持高效的數(shù)據(jù)傳輸。定時功能由兩個16位的定時器提供，確保精確的時間控制。在中斷處理方面，單片機(jī)支持5個中斷源和兩個中斷優(yōu)先級，確保系統(tǒng)響應(yīng)的及時性和靈活性。指令集方面，它包含了111條指令，足以滿足大多數(shù)基礎(chǔ)控制需求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，單片機(jī)采用了單總線結(jié)構(gòu)，簡化了內(nèi)部布線和數(shù)據(jù)傳輸過程REF_Ref23177\w\h[4]。STC89C52的引腳圖如圖3.2所示。圖3.2STC89C52的引腳圖3.3單片機(jī)最小系統(tǒng)1、單片機(jī)最小系統(tǒng)的基本概念單片機(jī)最小系統(tǒng)，本質(zhì)上是一個精簡而高效的硬件電路集成體系，它僅包含單片機(jī)正常運作所必需的核心組件。這個系統(tǒng)是單片機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)架構(gòu)，通常由單片機(jī)芯片、晶體振蕩器、復(fù)位電路及若干基礎(chǔ)電氣元件組成，旨在向單片機(jī)提供時鐘信號、復(fù)位功能及與外部設(shè)備的接口等關(guān)鍵服務(wù)。2、單片機(jī)最小系統(tǒng)的核心構(gòu)成元素作為整個系統(tǒng)的核心，單片機(jī)芯片在最小系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。目前市場上有多種類型的單片機(jī)芯片可供選擇，如AVR、STM、PIC等，它們各具特色，適用于不同的應(yīng)用場景。晶體振蕩器則是單片機(jī)最小系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，它作為內(nèi)部計時器和外部同步的時鐘信號發(fā)生器，為單片機(jī)芯片提供精準(zhǔn)且穩(wěn)定的時鐘信號，確保程序的正確執(zhí)行。復(fù)位電路的作用在于，當(dāng)單片機(jī)上電或遇到異常情況時，對單片機(jī)芯片進(jìn)行復(fù)位操作，從而保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，系統(tǒng)中還包括一些基礎(chǔ)的電氣元器件，如電容、電阻、發(fā)光二極管、按鍵等，它們用于控制外部設(shè)備的輸入與輸出，實現(xiàn)與外部世界的交互REF_Ref10668\w\h[5]。3、單片機(jī)最小系統(tǒng)的工作原理概述單片機(jī)最小系統(tǒng)的工作原理主要涉及復(fù)位、配置和循環(huán)三個基本環(huán)節(jié)。在復(fù)位階段，系統(tǒng)會對內(nèi)部寄存器和狀態(tài)變量進(jìn)行初始化，確保它們處于正確的初始狀態(tài)。隨后，根據(jù)實際需求配置內(nèi)部外設(shè)的時鐘、定時器、ADC、DAC以及I/O口等。完成配置后，系統(tǒng)進(jìn)入主循環(huán)，按照程序順序循環(huán)執(zhí)行各項任務(wù)，實現(xiàn)各種預(yù)定功能。在此過程中，晶體振蕩器為單片機(jī)提供計時功能，確保程序按照規(guī)定的時間運行。同時，通過I/O口與外部設(shè)備進(jìn)行通信，實現(xiàn)對設(shè)備的精確控制。4、單片機(jī)最小系統(tǒng)的特性分析單片機(jī)最小系統(tǒng)具有一系列顯著特點。首先，其成本相對較低，適合廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)和小型設(shè)備中。其次，硬件部分簡單可靠，主要由電阻、電容、晶振等基礎(chǔ)元件組成，降低了故障率并提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，該系統(tǒng)還具有較強(qiáng)的兼容性，可適用于不同類型的單片機(jī)芯片。晶振作為時鐘信號源，為單片機(jī)提供了穩(wěn)定的運行環(huán)境，進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單片機(jī)最小系統(tǒng)具備出色的可擴(kuò)展性能，能夠根據(jù)實際應(yīng)用需求進(jìn)行靈活的功能拓展，從而支持更多外部設(shè)備和功能的集成。此外，其緊湊的體積、靈活的設(shè)計和合理的成本控制，使得單片機(jī)最小系統(tǒng)在各種實際應(yīng)用場景中均能夠展現(xiàn)出卓越的性能表現(xiàn)[6]。這種系統(tǒng)的靈活性和高效性，使其在眾多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用和認(rèn)可。4硬件電路設(shè)計4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)MCU的控制電路核心由STC89C52芯片構(gòu)成，輔以時鐘電路和復(fù)位電路，共同形成單片機(jī)工作的最小系統(tǒng)。這個最小系統(tǒng)指的是能夠支撐單片機(jī)正常執(zhí)行基礎(chǔ)程序的最簡化環(huán)境，比如控制一顆LED燈閃爍的簡易系統(tǒng)。在單片機(jī)最小系統(tǒng)中，時鐘電路扮演著至關(guān)重要的角色，它負(fù)責(zé)輸出一個頻率和幅度都保持穩(wěn)定的脈沖序列。單片機(jī)正是依賴這些脈沖來協(xié)調(diào)其內(nèi)部各個電路模塊，實現(xiàn)同步工作。復(fù)位電路則負(fù)責(zé)從外部對單片機(jī)進(jìn)行重啟操作。這一輔助電路在單片機(jī)上電初始化或調(diào)試過程中發(fā)揮著重要作用。常見的復(fù)位電路設(shè)計中，常使用電容和電阻構(gòu)建RC充放電回路。當(dāng)系統(tǒng)上電或進(jìn)行調(diào)試時，復(fù)位電路會在單片機(jī)復(fù)位端產(chǎn)生一個持續(xù)數(shù)十毫秒的復(fù)位電平REF_Ref16336\w\h[7]。此外，當(dāng)操作員按下特定按鍵時，也會觸發(fā)復(fù)位機(jī)制。在時鐘電路中，使用的晶振頻率為11.0592Hz，它為整個電路提供了穩(wěn)定的時鐘信號。一旦單片機(jī)燒錄了程序，這個最小系統(tǒng)就能正常運作，執(zhí)行預(yù)設(shè)的功能。通過這樣精心的設(shè)計，單片機(jī)最小系統(tǒng)不僅滿足了基本的功能需求，還確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖4.1所示。圖4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖4.2程序下載電路程序下載電路，該部分通過串口通信模式與單片機(jī)相連，電腦編寫的單片機(jī)控制程序經(jīng)過編譯無誤后生成.hex文件，然后可以通過下載軟件將該文件下載至單片機(jī)上，單片機(jī)與下載口的通信方式為串口通信，在硬件電路焊接完成后，通過軟件來調(diào)試單片機(jī)工作的電路功能時，該模塊與電腦連接，可以隨時進(jìn)行一個程序的調(diào)試工作，當(dāng)各個模塊的功能函數(shù)更新完成后，都可以通過該該部分與單片機(jī)硬件電路進(jìn)行一個聯(lián)合調(diào)試的工作REF_Ref16421\w\h[8]，然后當(dāng)各個模塊的功能組合完成后，通過該串口將最終程序下載至單片機(jī)電路，電路就可以正常的工作了。如圖4.2所示。圖4.2程序下載電路4.3數(shù)碼管顯示電路在數(shù)字系統(tǒng)中，LED數(shù)碼管作為一種重要的輸出設(shè)備，常用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)、運算結(jié)果等信息，是實現(xiàn)人機(jī)對話的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。LED數(shù)碼管，通常也被稱之為LED段式顯示器，其本質(zhì)是一種由多個發(fā)光二極管組合封裝成特定“8”字形狀的裝置。在其內(nèi)部，各引線已經(jīng)預(yù)先連接妥當(dāng)，只需引出對應(yīng)的筆劃段和公共電極即可。數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)主要由七個發(fā)光管按照特定的8字形布局構(gòu)成，而若加上小數(shù)點，則共有八個顯示段，它們分別由a、b、c、d、e、f、g、dp等標(biāo)識字母進(jìn)行區(qū)分。數(shù)碼管的分類具有多種維度。從顯示段數(shù)的角度看，可以細(xì)分為七段、八段、九段、十四段和十六段等多種類型；而從顯示位數(shù)來劃分，則有一位、兩位、三位及多位數(shù)碼管等多種選擇。此外，根據(jù)內(nèi)部發(fā)光二極管單元的連接方式，數(shù)碼管還可分為共陰極和共陽極兩種類型。關(guān)于數(shù)碼管的工作原理的探討，共陽極數(shù)碼管的設(shè)計是將所有發(fā)光二極管的陽極統(tǒng)一連接，形成一個公共陽極。在實際應(yīng)用中，這個公共陽極需與+5V電源相連接。當(dāng)某一特定字段的陰極處于低電平狀態(tài)時，相應(yīng)的字段會發(fā)光；反之，若其處于高電平狀態(tài)，則不會發(fā)光。而共陰極數(shù)碼管則是將所有發(fā)光二極管的陰極連接在一起，形成公共陰極。在實際使用中，這個公共陰極應(yīng)接地。當(dāng)某一字段的陽極處于高電平狀態(tài)時，相應(yīng)字段會發(fā)光；而當(dāng)其處于低電平狀態(tài)時，則不會發(fā)光。這兩種連接方式使得數(shù)碼管能夠根據(jù)具體的電平信號進(jìn)行精確顯示。通過這種精心設(shè)計和靈活應(yīng)用，LED數(shù)碼管在數(shù)字系統(tǒng)中發(fā)揮著不可替代的作用，為人們提供了直觀、便捷的信息顯示方式REF_Ref16421\w\h[8]。時間顯示數(shù)碼管如圖4.3所示。圖4.3時間顯示數(shù)碼管LED顯示器的點亮策略主要涵蓋兩種形式：靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。在本次設(shè)計中，特別傾向于采用靜態(tài)顯示模式。靜態(tài)顯示方式的核心理念是，每個顯示器都需要有獨立的、具備記憶功能的輸入輸出端口，以穩(wěn)定地存儲筆劃段字形數(shù)據(jù)。這意味著，一旦單片機(jī)將字形數(shù)據(jù)傳送至接口電路，它將無需再進(jìn)行額外的操作，直到需要更新顯示內(nèi)容時，才會重新發(fā)送新的字形數(shù)據(jù)。這種設(shè)計使得顯示過程更為穩(wěn)定，減少了因頻繁操作而引起的干擾，從而確保了顯示內(nèi)容的清晰和準(zhǔn)確REF_Ref16529\w\h[9]。這種電路設(shè)計的顯著優(yōu)勢在于，它能夠同時展示不同的字符，為信息顯示提供了極大的靈活性。然而，它也存在一定的局限性，即占用的端口資源相對較多。如圖4.3所示，每位LED顯示器都需要獨立占用8根端口線。因此，在數(shù)據(jù)量較大的場景下，這種設(shè)計方式可能并不適用，而是更傾向于采用動態(tài)顯示方式。而本次設(shè)計正是基于這種考慮，選擇了靜態(tài)顯示作為實現(xiàn)方案。各顯示模塊均由數(shù)碼管來顯示，其中，總的比賽時間使用四位七段數(shù)碼管進(jìn)行顯示，雙方的比賽得分使用兩個三位七段數(shù)碼管，分別顯示a隊與b隊的得分，比賽中，每一節(jié)的進(jìn)攻時間使用一個兩位七段數(shù)碼管進(jìn)行顯示，在數(shù)碼管的顯示過程中，所有的數(shù)碼管全部使用同一批IO口進(jìn)行一個段選操作。位選過程中，按順序進(jìn)行。由于數(shù)碼管未選過程中的速度較快，導(dǎo)致我們?nèi)搜蹮o法正常識識別，所以會讓我我們感覺到就是所有的數(shù)碼會是同時點亮的。但實際上，每次只能點亮一個數(shù)碼管，使用位選的方法就可以使數(shù)碼管達(dá)到同時顯示的效果，這種方式的好處在于節(jié)約了IO口的數(shù)量，為單片機(jī)預(yù)留了更多的可以操作的IO口。計分?jǐn)?shù)碼管如圖4.4所示。圖4.4隊伍得分?jǐn)?shù)碼管4.4數(shù)碼管驅(qū)動電路數(shù)碼管工作電路主要用于顯示籃球比賽的雙方比分以及比賽的時間以及進(jìn)攻，每個進(jìn)攻回合的進(jìn)攻24秒或者半場的14秒進(jìn)攻時間。數(shù)碼管驅(qū)動電路的核心原理在于利用三極管作為中間控制元件，通過單片機(jī)對三極管的基極施加低電平信號，進(jìn)而控制數(shù)碼管的工作狀態(tài)。由于單片機(jī)的IO口電流驅(qū)動能力有限，無法直接滿足數(shù)碼管大電流的工作需求，因此需要通過三極管進(jìn)行電流放大和轉(zhuǎn)換。這種設(shè)計確保了數(shù)碼管在單片機(jī)的控制下能夠正常工作，同時避免了直接驅(qū)動可能帶來的電流過大問題。數(shù)碼管驅(qū)動電路如圖4.5所示。圖4.5數(shù)碼管驅(qū)動電路4.5按鍵電路按鍵電路原理是當(dāng)按鍵被按下時，按鍵電路會接通電路，使電流流過按鍵，電流通過按鍵上的金屬接點，將電信號傳遞給其他電路。具體來說，當(dāng)按鍵彈起時，接點之間的電阻很大，電路中的電流幾乎不能流通。而當(dāng)按鍵按下時，接點之間的電阻變得非常小，電流可以流過按鍵。因此，按下按鍵會改變電路中的電阻狀態(tài)。按鍵電路如圖4.6所示。圖4.6按鍵電路按鍵電路通常由按鍵、連線和接點組成。按鍵是一個機(jī)械設(shè)備，可以被按下和彈起。在按鍵內(nèi)部，有兩個金屬接點。當(dāng)按鍵彈起時，這兩個接點不接觸。而當(dāng)按鍵被按下時，兩個接點會接觸，形成一個閉合的電路。按鍵作用如表4.1所示。表4.1按鍵編號作用按鍵1給A隊進(jìn)行加分按鍵2給A隊進(jìn)行減分按鍵3給B隊進(jìn)行加分按鍵4給B隊進(jìn)行減分按鍵5計時器運行或停止按鍵6重置24秒時間按鍵7重置14秒時間暫停狀態(tài)下按AB隊加分和減分可以修改當(dāng)前比賽時間（默認(rèn)每節(jié)比賽時間為12分鐘）。4.6蜂鳴器提示電路蜂鳴器作為電子訊響器的一體化結(jié)構(gòu)，利用直流電源作為能量來源，在各類電子產(chǎn)品中如計算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時器等，發(fā)揮著發(fā)出聲響的關(guān)鍵作用。關(guān)于蜂鳴器的分類，主要可以歸結(jié)為兩種類型：一種是配備內(nèi)置震蕩發(fā)生器的有源蜂鳴器，其工作原理是只需施加電力便能自主產(chǎn)生聲音；而另一種則是無源蜂鳴器，其內(nèi)部并沒有內(nèi)置震蕩發(fā)生器，因此不能直接通過直流信號觸發(fā)其發(fā)聲機(jī)制。相反，這種蜂鳴器需要依賴于特定頻率范圍，如2K～5K赫茲的方波信號來驅(qū)動其發(fā)聲。通過這兩種不同機(jī)制，蜂鳴器能夠?qū)崿F(xiàn)各自獨特的聲音輸出功能。從價格層面來看，有源蜂鳴器通常較無源蜂鳴器更為昂貴，這主要是因為其內(nèi)部多出的振蕩電路所致。通過了解其驅(qū)動原理，我們可以輕松區(qū)分這兩種蜂鳴器。本次電路采用的是有源蜂鳴器。當(dāng)本設(shè)計24秒倒計時結(jié)束時蜂鳴器會一直響來提醒24秒倒計時結(jié)束，蜂鳴器斷續(xù)響來提醒12分鐘倒計時結(jié)束REF_Ref16601\w\h[10]。蜂鳴器提示電路如圖4.7所示。圖4.7蜂鳴器提示電路4.7電源供電電路供電電路使用type-C接口對電路模塊進(jìn)行供電，當(dāng)外部接入5V的一個電壓，通過type-C接口連接到電路上。此時，按下電源開關(guān)，電壓接入電路，當(dāng)電壓進(jìn)入電路后，會經(jīng)過10μF與100nF兩個電容的進(jìn)行一個濾波，之后會通過SS34肖特基二極管進(jìn)入到電路SS34肖特基二極管的作用，是防止電源反接，當(dāng)電路正常上電時，此時供電電路的指示燈D2會被點亮，D2正常點亮代表單片機(jī)點路正常上電可以正常工作，但那個10K的電阻是用來進(jìn)行一個限流作用，防止供電電流過大損壞。D2為供電指示燈REF_Ref11677\w\h[11]。電源供電電路如圖4.8所示。圖4.8電源供電電路4.8軟件仿真圖為驗證硬件電路設(shè)計與程序是否合理，可以在設(shè)計完電路原理圖后，先使用proteus仿真軟件搭建電路，并將輸出燒錄進(jìn)行一個仿真調(diào)試。仿真電路與實際電路在與不需要特意搭建一個供電電路進(jìn)行供電，數(shù)碼管的驅(qū)動也只需使用非門進(jìn)行控制，不需要使用硬件電路上的三極管驅(qū)動電路，使得電路更加精簡。在電路仿真過程中如果發(fā)現(xiàn)電路某些設(shè)計上存在不合理的地方也可以及時在實際的電路上對該部分進(jìn)行修改，且可以直接在仿真電路上驗證程序是否能正常工作，不需要等待硬件電路板制作完成在調(diào)試程序，大大的縮減了開發(fā)時間。但仿真電路的工作與實際電路還是存在一定的差別，在仿真電路上的程序調(diào)試完成后，在實際的電路可能還是要進(jìn)行一定的修改REF_Ref12000\w\h[12]。仿真圖如圖4.9所示。圖4.9Proteus仿真圖5太陽能供電模塊因為籃球計分器的使用場景，多數(shù)用于戶外的籃球活動。為其供電的便利性以及貫徹節(jié)能減排的新理念，所以特意增加了一個太陽能供電的接口，在戶外使用的時候，可使用太陽能供電模塊對籃球計分器進(jìn)行一個供電的作用，該部分由一個700毫安的太陽能板以及一個鋰電池系統(tǒng)所組成，可通過太陽能光伏板對鋰電池進(jìn)行一個充電的操作，也可通過USB接口轉(zhuǎn)接來對鋰電池進(jìn)行充電，當(dāng)電池充滿電之后就可以使用其對籃球計分器進(jìn)行一個供電的作用。太陽能供電原理圖如圖5.1所示。圖5.1太陽能供電原理圖6軟件的流程圖當(dāng)按下開始鍵時，12分鐘倒計時和24秒倒計時同時開始。當(dāng)在24秒鐘之內(nèi)得分時手動按下24秒重置計時按鍵，當(dāng)在24秒之內(nèi)未得分并且無其他情況時，蜂鳴器響則也需手動按下24秒重置計時按鍵。當(dāng)12分鐘計時結(jié)束時需手動按下12分鐘重置計時按鍵，當(dāng)12分鐘之內(nèi)有死球或其他情況情況需要暫停時間的則手動按下按下時間暫停按鍵。當(dāng)四次12分鐘計時結(jié)束后則比賽結(jié)束。流程圖如圖6.1所示。圖6.1軟件流程圖7系統(tǒng)調(diào)試與分析7.1元器件焊接與測試靜態(tài)調(diào)試就是指在沒有加電、加載的情況下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。（1)首先檢測電路有無短路，短路對元器件的損壞是最嚴(yán)重的。（2)檢測各模塊內(nèi)連接是否正確，模塊內(nèi)各元器件在電路中連接極性是否正確，模塊與模塊之間連接是否正確，有無斷路等情況。（3)檢測單片機(jī)引腳及其外圍電路連接是否正確。個別焊接點出現(xiàn)虛焊節(jié)點斷路等問題。（4）首次常使用單片機(jī)直接驅(qū)動數(shù)碼管，發(fā)現(xiàn)顯示亮度不夠，又重新改造一個三極管驅(qū)動電路。7.2實物功能調(diào)試首先測試時間功能是否準(zhǔn)確，14秒、24秒是否準(zhǔn)確，測試按鍵功能與數(shù)碼管顯示是否正確（當(dāng)按下14秒時數(shù)碼管是否顯示14秒，24秒也是如此）。檢測蜂鳴器是否正常發(fā)出聲響（當(dāng)24秒或者14秒結(jié)束時蜂鳴器應(yīng)立即發(fā)出聲響）。實物圖如圖7.1所示。圖7.1實物圖室外兩組實驗結(jié)果如下：第一組實驗結(jié)果如表7.1所示。表7.1第一組實驗結(jié)果測試項目測試數(shù)據(jù)測試秒數(shù)123456789101424實際秒數(shù)123456789101424測試得分1234567891099100實際得分1234567891099100第二組實驗結(jié)果如表7.2所示。表7.2第二組實驗結(jié)果測試項目測試數(shù)據(jù)測試秒數(shù)123456789101424實際秒數(shù)123456789101323測試得分1234567891099111實際得分1234567891099111經(jīng)過上述兩組室外實驗結(jié)果所示，計分器準(zhǔn)確無誤并能正常穩(wěn)定運行，計時器由于時間的誤差性有些許誤差并在合理范圍之內(nèi)故計時器也能夠穩(wěn)定運行。7.3綜合調(diào)試在設(shè)計完電路原理圖與PCB之后，就可以把PCB投放打板，然后通過仿真軟件搭建一個電路進(jìn)行程序上的調(diào)試，使用Keil軟件進(jìn)行程序的編譯，當(dāng)程序編譯成功后，再仿真軟件上進(jìn)行電路上的驗證，驗證無誤之后，當(dāng)板子到的時候，首先對PCB板進(jìn)行一個焊元器件的焊接工作，元器件焊接完成后，依次檢查各模塊電路的供電情況是否正常，當(dāng)確認(rèn)各模塊元器件均正常時使用串口下載將編譯完成后的.hex文件下載到單片機(jī)上，上電進(jìn)行一個程序的調(diào)試。首先，觀察顯示區(qū)域數(shù)碼管的顯示內(nèi)容是否正常，經(jīng)觀察，數(shù)碼管電路各部分均能顯示程序所要求的正常的參數(shù)，然后通過按鍵各類按鍵的按下確定按鍵功能是否無誤，模擬一次比賽12分鐘的籃球比賽，在此期間可以通過加減按鍵對比分的一個功能的驗證，同時可以驗證24秒與14秒按鍵是否正常。暫停期間，交換按鍵是否正常。當(dāng)各個功能驗證無誤后，本次的綜合調(diào)試工作正式完成?？傇韴D如圖7.2所示。圖7.2總原理圖8總結(jié)隨著籃球運動的普及和賽事的增多，一個準(zhǔn)確、可靠的計時器成為了比賽不可或缺的工具。本次項目旨在設(shè)計并制作一個適用于籃球比賽的計時器，確保比賽時間的精確記錄與展示，為比賽雙方和裁判提供一個清晰、直觀的計時方式。準(zhǔn)確性高：采用單片機(jī)作為核心控制器，能夠提供極高的工作效率和準(zhǔn)確率，確保比賽時間的精確記錄與展示。具有以下優(yōu)點：功能完善：計時器具備開始、暫停、繼續(xù)和重置等基本功能，同時能夠顯示比賽的剩余時間，滿足籃球比賽的各種需求。操作簡便：通過按鍵模塊進(jìn)行操作，界面簡潔明了，方便裁判和比賽雙方使用。穩(wěn)定性好：經(jīng)過多次測試和優(yōu)化，計時器能夠在各種情況下都能正常工作，具有良好的穩(wěn)定性。可擴(kuò)展性強(qiáng)：計時器的設(shè)計方案可以根據(jù)實際需求進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)，如增加網(wǎng)絡(luò)同步功能、支持多場比賽同時計時等，以滿足更多賽事的需求?？傊?，籃球比賽計時器設(shè)計與制作的優(yōu)點在于其準(zhǔn)確性高、功能完善、操作簡便、穩(wěn)定性好以及可擴(kuò)展性強(qiáng)等方面，為籃球比賽提供了便捷、高效的計時解決方案。這次畢業(yè)設(shè)計基本的完成了任務(wù)書的要求，表明了該系統(tǒng)是可行的。但是由于設(shè)計者的設(shè)計經(jīng)驗和知識水平有限，系統(tǒng)還存在許多不足和缺陷。

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附錄A實物圖圖A1實物圖附錄B仿真原理圖圖B1仿真原理圖圖B2總原理圖

附錄C程序#include<reg51.h>#defineLEDDataP0unsignedcharcodeLEDCode[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};intminit,second,count,count1; charmin=12,sec=0;sbitadd1=P1^0; sbitdec1=P1^1; sbitexchange=P1^2; sbitadd2=P1^3; sbitdec2=P1^4; sbitp24_sec=P1^5;sbitp14_sec=P1^6;sbitsecondpoint=P0^7; //依次點亮數(shù)碼管的位sbitled1=P2^7;sbitled2=P2^6;sbitled3=P2^5;sbitled4=P2^4;sbitled5=P2^3;sbitled6=P2^2;sbitled7=P2^1;sbitled8=P2^0;sbitled9=P3^7;sbitled10=P3^6;sbitled11=P3^5;sbitled12=P3^4;sbitalam=P1^7; bitplayon=0; bittimeover=0; bitAorB=0; bithalfsecond=0; unsignedintscoreA; unsignedintscoreB; charsec24=24; voidDelay5ms(void){ unsignedinti; for(i=100;i>0;i--);}voiddisplay(void){//顯示時間分 LEDData=LEDCode[minit/10]; led1=0; Delay5ms(); led1=1; LEDData=LEDCode[minit%10]; led2=0; Delay5ms(); led2=1;//秒點閃動 if(halfsecond==1) LEDData=0x7f; else LEDData=0xff; led2=0; Delay5ms(); led2=1; secondpoint=0;//顯示時間秒 LEDData=LEDCode[second/10]; led3=0; Delay5ms(); led3=1; LEDData=LEDCode[second%10]; led4=0; Delay5ms(); led4=1;//顯示1組的分?jǐn)?shù)百位 if(AorB==0) LEDData=LEDCode[scoreA/100]; else LEDData=LEDCode[scoreB/100]; led5=0; Delay5ms(); led5=1;//顯示1組分?jǐn)?shù)的十位 if(AorB==0) LEDData=LEDCode[(scoreA%100)/10]; else LEDData=LEDCode[(scoreB%100)/10]; led6=0; Delay5ms(); led6=1;//顯示1組分?jǐn)?shù)的個位 if(AorB==0) LEDData=LEDCode[scoreA%10]; else LEDData=LEDCode[scoreB%10]; led7=0; Delay5ms(); led7=1;//顯示2組分?jǐn)?shù)的百位 if(AorB==1) LEDData=LEDCode[scoreA/100]; else LEDData=LEDCode[scoreB/100]; led8=0; Delay5ms(); led8=1;//顯示2組分?jǐn)?shù)的十位 if(AorB==1) LEDData=LEDCode[(scoreA%100)/10]; else LEDData=LEDCode[(scoreB%100)/10]; led9=0; Delay5ms(); led9=1;//顯示2組分?jǐn)?shù)的個位 if(AorB==1) LEDData=LEDCode[scoreA%10]; else LEDData=LEDCode[scoreB%10]; led10=0; Delay5ms(); led10=1;//顯示時間分 LEDData=LEDCode[sec24/10]; led11=0; Delay5ms(); led11=1; LEDData=LEDCode[sec24%10]; led12=0; Delay5ms(); led12=1;}//=========================按鍵檢測程序================================================voidkeyscan(void){ if(playon==0) { if(add1==0) { display(); if(add1==0); { if(minit<99) minit++; else minit=99; min=minit; } do display(); while(add1==0); } if(dec1==0) { display(); if(dec1==0); { if(minit>0) minit--; else minit=0; min=minit; } do display(); while(dec1==0); } if(add2==0) { display(); if(add2==0); { if(second<59) second++; else second=59; sec=second; } do display(); while(add2==0); } if(dec2==0) { display(); if(dec2==0); { if(second>0) second--; else second=0; sec=second; } do display(); while(dec2==0); } if(exchange==0) { display(); if(exchange==0); { TR1=0; alam=1; AorB=~AorB; minit=min; //并將時間預(yù)設(shè)為15：00 second=sec; sec24=24; } do display(); while(exchange==0); } } else { if(add1==0) { display(); if(add1==0); { if(AorB==0) { if(scoreA<999) scoreA++; else scoreA=999; } else { if(scoreB<999) scoreB++; else scoreB=999; } } do display(); while(add1==0); } if(dec1==0) { display(); if(dec1==0); { if(AorB==0) { if(scoreA>0) scoreA--; else scoreA=0; } else { if(scoreB>0) scoreB--; else scoreB=0; } } do display(); while(dec1==0); } if(add2==0) { display(); if(add2==0); { if(AorB==1) { if(scoreA<999) scoreA++; else scoreA=999; } else { if(scoreB<999) scoreB++; else scoreB=999; } } do display(); while(add2==0); } if(dec2==0) { display(); if(dec2==0); { if(AorB==1) { if(scoreA>0) scoreA--; else scoreA=0; } else { if(scoreB>0) scoreB--; else scoreB=0; } } do display(); while(dec2==0); }//minit,second if(p24_sec==0) { display(); if(p24_sec==0) {