篮球比赛场地计时计分系统的设计

袁 芳， 江 伟， 陈 冬， 刘超俊

(东华理工大学核技术应用教育部工程研究中心，； 江西省新能源工艺及装备工程技术研究中心，江西 南昌 330013)

0 引 言

在篮球比赛中，需要对比赛双方的要求进行处理，实现暂停、比分清零、换场比分交换、24 s进攻时间复位、加分、减分、记录暂停次数的功能。对比赛时间、双方的分数、24 s进攻时间、双方的暂停次数以及60 s暂停时间进行记录和显示。

本文设计了以AT89C51单片机为核心元件的篮球比赛场地计时计分系统。分别设计了单片机最小系统、提示音电路、译码电路、4*4矩阵键盘接口电路、共阴数码管显示电路[1-6]。以及主控程序、动态显示子程序、定时中断子程序、按键子程序、延时子程序的软件系统。该系统可靠性强、操作简单、携带方便，完全可以满足篮球比赛的要求[7-10]。

1 系统硬件部分设计

硬件电路由单片机最小系统、按键电路、显示电路、蜂鸣器提示音电路、译码电路组成。系统的硬件框图如图1所示[11-15]。

1.1 单片机控制系统

该系统选用AT89C51单片机为核心控制器，该单片机的控制系统主要包括单片机外围接口电路、复位电路、晶振电路及电源电路，如图2所示。

1.2 提示音电路

在篮球比赛中需要提示音，例如比赛时间到、比赛暂停都需要提示音。提示音电路由蜂鸣器和三极管组成与单片机P2.7相连，因为驱动蜂鸣器的电流要求比较大，而单片机I/O口电流比较小，因此使用三极管来放大驱动，如图3所示。

1.3 译码电路

设计需要16个数码管显示，为节约单片机的I/O口，使用4～16译码器，它由2片3～8译码器组成的。由于74LS138只有3个输入端，因此将第一片的E2，E3作为它的第4个地址输入端(同时令E1=1)，取第二片的E1作为第四个地址输入端(令E2=E3=0)，将四个地址输入端(命名为D0，D1，D2，D3)分别与P3口的低四位连接，16输出端连接数码管的位选端。

当D3=0时第二片译码器不工作而第一片译码器工作，将4个输入信号组成的8个代码译成8个低电平信号，若D3等于0时，第一片译码器停止工作，第二片译码器工作，将4个输入信号组成的这8个代码译成8个Z8～Z15高电平信号，扩展成为一个4线-16线的译码器。同时在Z15端口加一个或门，因为在仿真过程中要给一个0xff进行消隐，但0xff值会点亮第16个数码管，造成乱码，加或门并且通过软件设计就可以在消隐时不会点亮数码管，电路如图4所示。

1.4 键盘接口电路

该系统要人为的控制比较多，因此采用矩阵键盘，八个端口与单片机P1口连接，16个键盘可以实现了比赛所需数据的记录，包括比赛双方分数的记录，比赛时间倒计时，暂停功能，换场比分交换，双方持球时间的复位，两队请求的暂停时间以及暂停的次数等，各个键盘的分布如图5所示。

1.5 数码管显示电路

该系统用于显示的数码管有16个，采用动态显示，在硬件电路方面节省许多器件，提高效率。单片机I/O口的电流比较小不能驱动数码管，使用74HC573驱动数码管，达到最佳效果，位选信号是由4～16译码器输出。

共阴数码管公共端接低电平，段码高电平时才点亮数码管，在编程时，先送出段码，再送位选码，不断循环。数码管显示电路如图6所示。

图6 数码管显示电路

2 系统软件设计

运用单片机中断系统实现时间控制和计数功能，线反转法实现键盘扫描控制，动态显示数码管，单片机I/O口的高低电平实现警报器发出声音。

运用T1和T0两个定时器中断，T0进行有参赛队请求暂停的时候60 s倒计时，T1定时器控制整节比赛总时间的倒计时，键盘控制球队的加分，当有键按下时，有对应的加分动作，整个软件部分采用模块化设计思想，将系统的各功能编成子模块，可以加强软件的可移植性以及可读性。

2.1 主程序设计

主程序的设计内容主要对定时器的初值进行初始化，开启中断，调用子程序，具体流程图如图7所示。

2.2 动态显示子程序设计

篮球比赛所有要显示的数据放到一个变量数组s[ ]内，数组内存放了11个数据，分别代表的意义是：时间min，时间sec，A队分数，B队分数，24 s进攻时间，60 s暂停倒计时，A队暂停次数，B队暂停次数，A队分数百位，B队分数百位，临时数据.其中最后一个数据只是换场时比分交换的临时数据，不做显示在乒乓球比赛程序里把所有的数据放到数组p[]里，显示的原理与篮球显示相同。

数码管的段选端连接至74HC573锁存器的8个引脚上，74HC573引脚LE接至P2.7口，只有当P2.7=1时，数码管才接受到单片机传出的数据，否则锁存器不会工作，4～16线译码器的16个引脚分别连接16个数码管的公共端作位选，4个输入点连接P3口的低四位，每次只点亮1个数码管，位选码从0000～1111无限循环，将数据全部正常的显示出来，具体流程如图8所示。

2.3 定时中断子程序设计

中断是该软件系统最重要的环节，是软件的核心部分，此次软件设计使用了T0和T1两个定时器中断。该系统运用了定时器工作方式1。定时器的功能是由程序编写确定的，在使用定时器前都要初始化，在主程序或在中断子程序都要进行初始化，使其按用户自己定好的方式工作。定时器中断流程图如图9和图10所示，其中s[0]表示比赛倒计时min，s[1]表示比赛倒计时s，s[4]表示24 s进攻时间倒计时，s[5]表示60 s倒计时。

图9 定时器1中断流程图图10 定时器0中断流程图

2.4 按键子程序处理设计

按键功能设计中，使用了4*4矩阵键盘，采用线反转法要比逐行扫描法快，但使用线反转法时，行、列上都接上拉电阻。16个按键有着不同的功能，分别如下：1：比分清零；2：时间复位；3：换场比分交换；4：24 s复位；5：A队加1分；6：A队加2分；7：A队加3分；8：A队减1分；9：B队加1分；10：B队加2分；11：B队加3分；12：B队减1分；13：A队请求暂停；14：B队请求暂停；15：暂停 ；16：开始。具体流程图如图11所示。

2.5 延时子程序

延时过程使用两个局部变量i，j其中j的值已经固定好为110；i的值需要用户输进去，j的值为110的意义就在于用户确定延时的方便，当需要延时1 ms时，只需要调用延时函数delay可以达到要求。图12就是延时子程序流程图。

3 系统调试

比赛设计可以直接在Proteus软件里进行仿真，通过与Keil 建立协同仿真单步调试，程序的的每一步都可以在Proteus上体现出来。仿真前首先在Proteus软件里画好硬件图，确定没有错误，其次编写C代码，编译无误产生HEX文件，加载到单片机中进行仿真，显示的是篮球比赛数据，如图13所示。由图可知，比赛时间还剩九分钟，比分是13∶12，暂停的次数分别是三次和一次，进攻时间还剩13 s。最后，制作篮球比赛场地计时计分器的实物，能实现相同的设计功能。

4 结 语

本文设计了比赛场地计时计分系统，该系统的硬件部分由单片机最小系统、蜂鸣器提示音电路、按键电路、显示电路、译码电路组成。该系统的软件部分由主程序、动态显示子程序、定时中断子程序、按键子程序、延时子程序组成。

图11 按键处理流程图图12 延时子程序流程图

图13 篮球比赛运行图

仿真和实物实验验证了该电路的正确性和可靠性，而且该系统还具有结构简单、价格低廉的优点，具有广阔的市场应用前景。

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