基于STC12C5A60S2的篮球比赛计时器的设计.doc

1、目录第一章 绪论.21.1设计选题的发展情况及背景.21.2.设计的目的及意义.31.3 单片机概述31.3.1 单片机简介.41.3.2 单片机的特点.51.3.3 单片机的发展趋势.51.4 本次设计要求.7第二章 系统电路设计2.1 系统总体框架结构.82.2 系统硬件电路设计.8 2.2.1 振荡电路设计.8 2.2.2 复位电路.9 2.2.3 显示电路.9 2.2.4 按键电路10第三章 系统软件设计3.1 系统软件程序框图103.2 系统程序流程图及解释11 3.2.1 系统主程序.11 3.2.2 系统中断子程序.12第四章 实验结果和分析4.1 实验使用的仪器设备 4.1.1

2、 最小系统板.13 4.1.2 单片机原理图.13 4.1.3 stc12c5a60s2单片机.144.2 测试结果分析 4.2.1 定时器初值计算15 4.2.2 keil编译及导入程序16 4.2.3 操作步骤及实物图16 结束语 .17参考文献18第一章 绪论目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟是采用数

3、字电路实现对时,分,秒。数字显示的计时装置,广泛用于比赛,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。单片机数字时钟是以单片机为核心，在它的基础上设计出来的数字时钟数字钟。在日常生活中最常见，应用也最广泛。近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自

4、动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。1.1设计选题的发展情况及背景如今篮球比赛在中国越来越受到人们的关注，尤其是被更多的青少年所喜爱。篮球比赛计时记分器是对比赛过程中所产生的时间、比分等数据进行快速采集记录、加工处理、传递利用的工具。根据不同运动项目的不同比赛规则要求，体育比赛的计时计分系统包括测量类、评分类、命中类、制胜类、得分类等多种类型。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时系统是一种得分类型的系统。篮球比赛的计时

5、系统由计时器等多种电子设备组成，同时，根据目前高水平篮球比赛要求，完善的篮球比赛计时系统设备应能够与现场成绩处理，现场大屏幕，电视转播车等多种设备相联，以便实现高比赛现场感，表演娱乐观众等功能目标。而且其造价低廉、操作方便且便于携带，适合于学校和小团体作为比赛赛程的计时计分工具。从另一方面说，本设计方便了人们在比赛时的计时计分工作，在某种程度上也促进了篮球赛的开展，既有利于发展篮球这项体育运动，又有利于增强人们的体质。另外参与篮球运动的人多了，也有利于篮球运动员的选拔，对我们国家的篮球事业也具有促进作用。最初的篮球比赛是1892年1月美国马萨诸塞州菲尔的基督教青年会训练学校教师詹姆士奈斯密斯博

6、士所创造的。伴随着篮球的出现，篮球计时记分器也应运而生了。起初并没有正规的计时记分器，只是简单的比赛计时钟和记录板。1932年，刚诞生的国际篮联以美国大学使用篮球规则为基础，制定了第一份世界统一的竞赛规则，同时篮球计时记分器也开始进入了电子时代，开始出现比赛计时钟和简单电路搭成的计分电路。20世纪70年代以来，单片机以其极高的性价比受到人们的重视与关注，由于其集成度高，功能性强，通用性好，特别是它具有体积小，重量轻，能耗低，价格便宜，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特的优点，使单片机迅速得到了推广应用，目前已经成为测量控制应用系统中的优选机种和新电子产品的关键部位。世界各大电气厂家，测控技

7、术企业，机电行业，竞相把单片机应用于产品更新，作为实现数字化，智能化的核心部件。1.2.设计的目的及意义在电子技术飞速发展的今天，电子产品的人性化和智能化已经非常成熟，其发展前景仍然不可估量。如今的人们需求的是一种能给自己带来方便的电子产品，当然最好是人性化和智能化的，如何能做到智能化呢？单片机的引入就是一个很好的例子。单片机又称单片微型计算机，也称为微控制器，是微型计算机的一个重要分支，单片机是20世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是集CPU，RAM，ROM，I/O接口和中断系统于同一硅片上的器件。单片机的诞生标志着计算机正式形成了通过计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。目

8、前单片机已渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。单片机已在广阔的计算机应用领域中表现得淋漓尽致。因此，单片机已成为电子类工作者必须掌握的专业技术之一。单片机就是一个微型中央处理器，通过编程即能完成很多智能化的工作，因此它的出现给电子技术智能化和微型化起到了很大的推动作用。随着人们生活水平的提高，社会经济的发展，人们开始考虑精神生活的享受，并开始注重身体素质的提高。开始举办一些小型的篮球比赛。这就需要裁判有一个公正的判罚，以保证比赛的顺利进行。这就需要有一个专门计时的工具。所以我就设计了一个篮球比赛计时器。设计简单，耗费少，容易制作。可用于街头篮球比赛和校园篮球比赛。花

9、很少的钱就可以得到一个实用的篮球比赛计时器。1.3单片机概述单片机全称单片微型计算机，又称为微控制器或嵌入式控制器。它是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机，通常内还有CPU、ROM、RAM、并行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日益广泛的应用.1.3.1单片机简介单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力（如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU），随机存取数据存储器（RAM），

10、只读程序存储器（ROM），输入输出电路（I/O口），可能还包括定时计数器，串行通信（SCI），显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路（PWM），模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块音芯片上，构成一个最小然而完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。由此来看，单片机有着微处理器所不具备的功能，它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。不同的单片机有着不同的硬件特征和软件特征，即它们的技术特征均不尽相同，硬件特征取决于单片机芯片的内部结构，用户要使用某种单片机，必须了解该型产品是否满足需要的功能

11、和应用系统所要求的特性指标。这里的技术特征包括功能特性、控制特性和电气特性等等，这些信息需要从生产厂商的技术手册中得到。软件特征是指指令系统特性和开发支持环境，指令特性即我们熟悉的单片机的寻址方式，数据处理和逻辑处理方式，输入输出特性及对电源的要求等等。开发支持的环境包括指令的兼容及可移植性，支持软件（包含可支持开发应用程序的软件资源）及硬件资源。要利用某型号单片机开发自己的应用系统，掌握其结构特征和技术特征是必须的。单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，可以软件控制来实现，并能够实现智能化，现在单片机控制范畴无所不在，例如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控

12、制和专用控制装置等等，单片机的应用领域越来越广泛。1.3.2 单片机的特点单片机与通用微机相比，在结构，指令设置上均用独到之处，其主要特点如下：单片机的存储器ROM和RAM是严格区分的，ROM称为程序存储器，只存放程序，固定常数以及数据表格，RAM则为数据存储器，用作工作区以及存放用户数据，这样的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中，有较大的程序存储空间，把开发成功的程序固化在ROM中，而把少量的随机数据存放在RAM中，这样小容量的数据存储器能以高速RAM形成集成在单片机内，以加速单片机的执行速度，但单片机内的RAM是作为数据存储器用，而不是当作高速缓冲存储器（CACHE）使用。采用面向控制的

13、指令系统，为满足控制的需要，单片机有更强的逻辑控制能力，特别是具有很强的位处理能力。单片机的I/O引脚通常是多功能的，由于单片机芯片上引脚数目有限，为了解决实际引脚和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。单片机的外部扩展能力强，在内部的各种功能部分不能满足应用需求时，均可在外部进行扩展（如扩展ROM，RAM，I/O接口，定时器/计数器，中断系统等），与许多通用的微机接口芯片兼容，给应用系统设计带来极大的方便和灵活性.1.3.3 单片机的应用领域单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制领域，

14、大致可分如下几个范畴：1.在智能仪器仪表上的应用：单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计、示波器、各种分析仪）。2.在工业控制中的应用：用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理、电梯的智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。3.在家用电器中的应用：可以这样说，

15、现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子称量设备，五花八门，无所不在。4.在计算机网络和通信领域中的应用：现代的单片机普遍具备通信接口，可以方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制。5.单片机在医用设备领域中的应用：单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼叫机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。单片机应用领域汇总：用图象传感器测量线才系统。卫星电视的串口模拟SPI、I2C的应用，如雷达录取的数据传送。直接与AD芯片配合进行

16、各种数据传感器配合。利用单片机与PC机的232通讯进行控制，单片机为控制对象。通过IC卡、单片机、PC机构成的各种收费系统。通过单片机控制各种步进电机完成工控任务系统通过单片机控制各种电慈设备完成工控任务系统（如程控交换系统）。可应用在电机的变频技术上的控制领域中。各种测量工具如水位尺，它在水文上的应用很普及。大型指针钟控制器，主要根据时间控制电机带动指针。电子配料控制仪，基于小型生产的自动或半自动控制，如控制上料、搅拌等。用定时器和捕获功能进行某一系统的检测。可提供报警、控制等。如水位控制、温度控制，全自动洗衣机等。电子称重计。教学用仪器、医疗仪器。由单片机构成的霓虹灯控制器。在刚的热处理中

17、采用热磁仪测量。各种金属探伤仪器。矿山生产智能监测仪。煤矿的产煤计数器。20.汽车安全系统。21.智能玩具。22.用超声波测量江河水位。23.交流电监测仪。24.消防系统报警监测仪。1.4 本次设计要求n 具有24秒倒计时功能 倒计时到蜂鸣器响起n 具有开始，复位，暂停的功能 设计原理 24秒倒计时器，它包括脉冲发生器，计数器，译码显示电路，报警电路和辅助时序控制等组成。计数器完成24秒计数功能，控制电路负责完成计数器的直接清零、启动技术、暂停连续计数，定时时间到的报警功能等第二章 系统电路设计2.1 系统总体框架结构2.2 系统硬件单元电路设计2.2.1 振荡电路设计因为选择的是频率为12M

18、HZ的晶振，所以时钟周期为1/12000000，而一个机器周期包含12个时钟周期，所以机器周期为12/12000000.2.2.2 复位电路我选择的是10k的电阻，10uf的电容，这种RC组成的上电复位电路简单可靠，对参数的要求也不是很严格，只要电容充电时间大于两个机器周期以上的时间，就能复位了。计算时间可以用t=RC来粗略计算，t的单位是秒，R的单位是欧姆，C的单位是法拉。2.2.3 显示电路LED数码管结构如图： 2.2.4 按键电路第三章 系统软件设计 3.1 系统软件流程图首先编程使数码管，键盘计时器初始化，然后进入键盘中断子程序，控制计时器TR1，当TR1=1时计时开始，TR0=0时

19、计时结束，计时开始进入计时程序，24秒倒计时开始，如果比赛犯规或者暂停，就按下按键使计时器停止计数，比赛开始就按下开始使计时器继续计数.如果需要复位，就打开外部中断，进行复位。当计时器计时结束时，单片机会使报警器报警，比赛结束。3.2 系统程序设计3.2.1 系统主程序main()BUZZER=0;EX0=1; /开启外部中断0的中断允许，开启全局中断允许timer1_init(); CH452_Write(CH452_RESET);/CH452复位命令 CH452_Write(CH452_SYSON2);/开显示键盘 CH452_Write( CH452_BCD | 0X0F );/BCD直

20、接译码,0x05显示占空比5/16，为0则为16/16 CH452_Write( CH452_DIG4 | 2); CH452_Write( CH452_DIG3 | 4); CH452_Write( CH452_DIG2 | CH452_BCD_MINUS); CH452_Write( CH452_DIG1 | 0 ); CH452_Write( CH452_DIG0 | 0 ); while(1);/等待CH452产生按键中断void Init_int0(void) interrupt 0 /外部中断0的中断服务程序key = CH452_Read_Key(); /读按键值，0为返回十六进

21、制数switch(key)case 0:TR1 = 1;break;case 1:TR1 = 0;break;default:;flag = 0;void interrupt_timer1() interrupt 3TH1 = 0XFC;TL1 = 0X67;number+;display();if(!(number%10)num-;if(num = 0)num = 99;elseif(number = 1000)number = 0;temp-; if(temp = 0)num = 0;off();BUZZER = 1;TR1 = 0; 3.2.2 系统中断子程序void Init_int0

22、(void) interrupt 0 /外部中断0的中断服务程序key = CH452_Read_Key(); /读按键值，0为返回十六进制数switch(key)case 0:TR1 = 1;break;case 1:TR1 = 0;break;default:;flag = 0; 第四章 实验结果和分析4.1 实验使用的仪器设备4.1.1最小系统版USB接口CH3401602接口8位数码管CH45244键盘电源开关CPU芯片蜂鸣器I/O接口复位按键开发实验区4.1.2单片机原理图 4.1.3 STC12C5A60S2 单片机 各引脚功能简单介绍如下：VCC：供电电压；GND：接地；P0口：

23、P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个管脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部电位必须被拉高；P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收；P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O

24、口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。作为输入时，P2口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号；P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，

25、由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)，也是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口：P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INT0(外部中断0)P3.3INT1(外部中断1)P3.4T0(记时器0外部输入)P3.5T1(记时器1外部输入)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通)同时P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号；RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高平时间；ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间

26、，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效；PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期PSEN两次有效。但在访问内部部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现；EA/VPP：当EA保持低电平时，访问外部ROM；注

27、意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，访问内部ROM。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)；XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入；XTAL2：来自反向振荡器的输出.4.2 测试结果分析4.2.1定时器初值计算定时器每经过一个机器周期定时器加1，51单片机的一个机器周期默认包括12个时钟周期，这次用的定时器0和定时器1都是16位定时器，最高计数能达到65535,因为用的是12M晶振，所以设定1毫秒的定时计算如下：12*（65535-X）/12000000 = 0.001 X = 64615将十进制的X = 64615转换成

28、十六进制得到FC67, 定时器的高低位分别是： TH= FC,TL = 67.4.2.2 keil编译及导入程序4.2.3 操作步骤及实物图将写好的程序输入到计算机记事本上，然后通过keil软件进行编译，通过编译过程修改自己编程时的错误，通过几次修改终于完成了正确的程序。然后将编译的好的C文件通过软件生成Hex文件，最后用数据线将程序导入最小系统板上。打开电源按钮，显示初值24-00，然后按下开始键开始倒计时，按暂停键暂停，复位键进行复位，当倒计时结束报警器响.实物图如下：结束语在本次课程设计中，我通过基于典型单片机STC12C5A60S2的设计和应用，对单片机的工作原理及功能有了更加深刻的了

29、解，并对单片机程序语言设计有了新的、进一步的认识，对一些指令的使用也更加熟悉了。在本次设计的过程中，我也发现很多的问题，给我的感觉就是下手很难，很不顺手，看似很简单的电路，要动手把它给设计出来，却不是一件容易的事，主要原因是我们没有经常去动手设计电路，对画图的一些技巧不够熟悉。另外由于是本学期才学的单片机课程，对单片机系统的知识似懂非懂，虽然课堂上很多知识当时弄明白了，现在要用的时候又想不起来，以致我又不得不用大量的时间去图书馆查阅各种资料和程序命令，在这个模块用去了不少时间，也正是这个原因才使整个过程的时间安排变得不合理。由于设计的计划没有安排好，设计的时间极为仓促，尤其是在硬件调试的过程中

30、出现了很大的问题，硬件电路曾一度无法正常工作。通过此次课程设计，我发现了自己的不足之处，充分意识到了“应该把功夫放在平时”这句话的真谛，我意识到只有跟同伴一起商量、合作，才能提高效率，或许还会收到事半功倍的效果。在以后不论学什么，我都会做到打好基础，并通过不断地练习将其学好、学精，多动手操作，做好以后课程教学安排中的每一个实验，提高自己理论联系实际的能力，着重培养自己的独立思考和设计能力，树立自己可以熟练应用所学知识的信心。虽然这个设计做的不是很完美，但是在设计过程中所学到的和得到的东西却是历次实习都无法比拟的，使我终身受益，相信它不论对我以后的就业还是学习，都会起到很大的促进和帮助作用。课程

31、设计是把所学的知识综合应用的一个过程，是一个学习、实践、探索和创新相结合的过程，虽然在整个设计过程中，我遇到过许多次失败的考验，忧伤过、彷徨过、急躁过，可当自己调整好心态，从跌倒的地方爬起来继续下去，最后取得成功，所得到的不只是成功的喜悦，更是一次锻炼和升华！多亏了我的一帮热心助人的同学和我谆谆善诱的指导老师，正是在他们的支持和鼓励下，我才完成了这次课程设计任务。在此我要特别感谢我们小组同学的大力帮助，更要感谢老师的耐心指导以及她在整个设计过程中针对我组的问题提出的宝贵建议，在此我表示深深的感谢！参考文献1 张鑫.单片微机原理及应用.电子工业出版社 2005.82 张毅刚. 单片微机原理及应用 高等教育出版社 2003.123 薛晓书.单片微机原理及接口技术.西安石油大学 2002.34 黄智伟 朱卫华.单片机与嵌入式系统应用.南华大学 2005.35 付浩 AT89C51单片机高速串行输出口设计.阴师范学院 2004.1