基于单片机的篮球比赛计时记分器硬件设计与实现

樊飞转 付向艳 李帅 陕西服装工程学院

关键字：单片机 篮球比赛 计时记分器

一、单片机最小系统设计

（一）复位电路设计

本次基于单片机设计的篮球计时计分器，同样也将采用51 单片机中的ATC89C51 来控制整个系统的运行，该单片机具有超强的抗干扰能力、功耗也较低，且具备掉电保护功能。本次复位电路将使用按键复位结合上电复位相设计而成。当单片机系统出现数据问题、或者需要把系统的当前状态恢复为初始状态时等，都需要利用复位按键通过复位电路来实现系统复位。

（二）晶振电路

单片机的晶振电路一般由，位于单片机内部的震荡电路中的反相器，以及在外部连接晶振和电容、电阻等组成。反相器的特点是当输入电平为低时，则输出的为高电平，反之输入为高电平时，则输出为低电平。晶振对电容也具有要求，实际应用中，晶振所接电容的有效值不能比当前的晶振负载电容还大（不能超出晶振的负载能力）。

根据资料查找和对本次系统的计算，将采用两个22PF 的电容C2 和C3，以及一个11.0592MHz 的晶振，与单片机系统的两个反相器X1、X2 进行连接，完成本次单片机控制系统的晶振电路设计。之所以本次的晶振采用了11.0592MHz，是为了让系统的运行过程中得到一个更为精准的通信频率。

二、显示模块设计

基于单片机设计的篮球计时计分器设计中，良好的人机交互显示界面的设计是必不可少的，本次使用的人机交互显示界面为LCD液晶显示模块中的LCD12864。该显示模块自带有20 个控制端口，本次液晶屏的电路设计主要用到两组电源端口、电位调节控制端口，以及与单片机之间的SPI 通信控制端口。如上电路图所示，两组电源控制端口分别接到正5 伏和地，电位调节控制端口VO 接一个10K的电位器，SPI 通信控制端口RS、RW、E 分别连接到处理器的P27、P26、P25 控制IO口。PSB、RST-L 接到处理器的P24、P23 控制IO口。

三、红外传感器模块设计

红外传感器是积红外发射二极管与红外接收管一体的红外光电传感器。红外收发二极管对管体积小，因此安装非常的方便和灵活，且低功耗，只需较小的电流便能驱动工作。一个用来主场自动实现计分，另一个用来客场自动实现计分。红外光电传感器的电源控制端口分别接到正5 伏电源和地，主场红外光电传感器的电平信号输出端口E 接处理器的P00 控制IO 口，客场红外光电传感器信号输出端口E 接处理器P01 控制IO 口。当红外光电传感器前每晃动一次，计数值就会自动加一分并在液晶屏上显示。

四、按键控制模块设计

基于单片机设计的篮球计时计分器设计中，需要用到按键来完成相关的控制。需求的设置按键不多，且功能相对简单，此时选择独立按键作为设置按键更为合适，因为独立按键电路简单，软件程序对按键的扫描识别也容易。由于本次所需要的设置按键较多，为了减轻对处理器控制IO 的占用，将采用4*4 矩阵按键来完成相应的功能设置。

本次基于单片机设计的篮球计时计分器实物中的SW3 按键为主队犯规控制按键，SW4 为客队犯规控制按键，主客队的犯规次数最多为6 次。SW6 为主队暂停控制按键，SW5 为客队暂停控制按键，主客队的暂停次数最多为2 次。SW9 为开始和暂停控制按键（系统暂停时，不会进行计时计分，且蓝色灯会变亮）。SW10 为比赛节数控制按键。SW7 为回秒控制按键， SW8 为复位控制按键。SW11-SW14为主队加减分控制按键（分别为+1、+2、+3、-1），SW15-SW18 为客队加减分控制按键（分别为+1、+2、+3、-1）。

五、响应模块设计

本次利用一个三级管电路来驱动蜂鸣器工作，将蜂鸣器的负极接到三极管上，正极则连正5 伏，处理器通过控制P32 IO 口，控制三极管驱动蜂鸣器发出响声。LED 灯则通过处理器上的P34 IO 口来完成控制，电阻R6 和R4 为限流电阻。触发蜂鸣器发出响声和点亮LED，都是通过处理器上的控制IO 口输出的高低电平来完成的，当检测到有按键按下时，P32 、P34 IO 就会输出一个低电平，从而使蜂鸣器发出响声，同时点亮LED。

六、结束语

硬件设计是一个系统骨架，有了强劲的骨架才能实现强大的功能。本章主要从硬件的总体设计到各元器件，最后到系统电路的设计和各元件的电路设计对系统的硬件设计进行研究和说明。