基于单片机的篮球计分器设计

西北民族大学电气工程学院 王子谦

在当今的体育赛事中，比赛的计分系统对观众和运动员尤为重要，观众可以根据比分的实时显示为自己支持的队伍呐喊助威，运动员更是要靠着计分器来把握比赛的节奏，包括攻防转换、替补换人以及赛间休息等等。因此，为了让比赛进行得更加专业化和流畅化，我们有必要对比赛的计分系统进行改良。

篮球赛事的得分系统是一种记分类型的系统，是根据主客两队在规定时间内的积分比来决定输赢。篮球比赛得分系统由记分器和计时钟等智能电子设备组成。而且，根据目前篮球比赛的专业化和高水准，完备的智能设备体系要与现场实时录制、直播平台等连接，为观众打造全方位的视频带入感。

1 系统硬件设计

1.1 系统整体设计

本次计分系统的设计采用模块化结构，以单片机为核心来连接外围电路和PC机，实现比赛计分器的功能。

1.2 单片机最小系统

单片机最小系统，是指用最少的元器件组成功能齐全的工作系统的单片机。51单片机的最小系统是由单片机、晶振和复位电路组成。图1所示为一个51单片机的最小系统电路图。

图1 51单片机最小系统电路图

第一部分：电源组

40 脚接电源 5V（右上角），20 脚接电源负极（左下角），在单片机里面，负极也可以叫 GND 或者“地”，我们在单片机的应用中，习惯说负极为“地”，上面 GND 就是英文 ground 的缩写，翻译过来就是“地”的意思。

第二部分：晶振电路

11.0592 M 晶振 Y1 与单片机的 18，19 脚并联，因为这两只脚，就是晶振的工作引脚，22p 电容 C2 一端接 18 脚，一端接地，22p 电容 C3 一端接 19 脚，一端接地，两个电容，在 10～30P 中选择可行性较高，主要作用是滤掉晶振部分的高频信号，让晶振工作的稳定性更高。

第三部分：复位电路

10u 电容 C1 正极接电源，负极接最小系统的复位脚，即第 9脚。1K 电阻R17一端接单片机的复位脚，一端接地。就是通过这个10u 和 1k，就可以让单片机一开始供电时候，单片机自动复位，从零开始执行程序，这个就是复位的概念。

第四部分：其它功能组

P3^1 这个脚是存储器使用选择脚，当这个脚接“地”时，那么就是告诉单片机，选择使用外部存储器，当这个脚接“5V”时，说明单片机使用内部存储器。

如果选择外部的存储器，太浪费单片机仅有的资源，所以这一脚永远接电源 5V（如图1所示），使用单片机的内部存储器。

1.3 按键模块设计

按键模块设计中共涉及 5 个按键，分别控制甲、乙两队的加分按钮；时间暂停或继续；时间复位以及全部数据的复位。该 5 个按钮分别与单片机 P2 口的P2.3～P2.7 相连 0。其中按键模块采用按键共阴极设计，由于 stc52 系列单片机的 IO 口在不赋值处理时，默认为高电平，故案件采用共阴极设计时，当按键按下后，该 IO 口被拉低为低电平，单片机即可采集到信号， 并对IO口的信号做出相应的反应。

1.4 显示模块设计

模块显示选用 LCD1602来实现显示器的动态扫描。字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字和符号等的点阵式 LCD。一般的 LCD1602 字符型液晶显示器的内部控制器大部分为 HD44780，能够显示英文字母、阿拉伯数字、日文片假名和一般性符号。1602 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性通过电压来控制其显示面积。如果接通电源，就会有图形显示。

图2 1602液晶显示屏指令说明

图3 总流程图

液晶显示器采用标准的14脚接口，其中Vss为接地电源，VDD接正电源，VO为LCD的对比度调节端子。接正电源时，显示屏对比度最弱，接地时对比度最高。使用时，对比度可通过10k电位器调节。RS是寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平选择指令寄存器。RW是一种读写信号线，可以在高电平下读，也可以在低电平写。当RS和RW均为低电平信号时，可进行写入指令或显示地址操作；当RS为低电平，RF为高电平时，可进行读取忙信号；当RS为高电平，F为低电平时，可进行写入数据操作。E端为使能源，电流端子由高电平变为低电平，LCD模块执行指令。

主要功能如图2所示。

2 系统软件设计

按键模块程序为了更好地使用体验，使用了按键防抖设计，主要实现方法为，先用判断语句判断是否按下，延时5 us后再次判断，如果仍然为按下状态，则用循环语句将其锁死在寻黄状态语句中，当案件被释放之后再继续执行下面的内容。以此达到防止一次按下，无线多次触发相同内容的目的。显示模块由于要做到动态显示，所以首先要设置定时器0工作在模式1状态下，并且赋给一定的初值，以此达到每次溢出都是20 ms的目的。其次每次获得新的数据之后都要重新写入1602的指令并且更新数据。总流程图如图3所示。

3 系统仿真

本设计主要是用proteus软件绘图以及Keil uVision4软件进行编程仿真的。

3.1 用keil软件编写程序

（1）新建工程，为工程选择目标器件。

（2）新建文件，保存为XX.c，将文件添加到工程中：在项目管理窗口中选中文件组，单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“Add File to Group'Source Group 1'”，添加源程序“JP.c”到项目中。

（3）设置工程项目环境。

（4）对工程进行编译连接（检查语法错误，可以生成.hex文件），调试运行源程序，建立出.hex文件。

3.2 用proteus绘制电路图

从proteus库中选取元器件，连线。然后双击单片机，打开后，寻找keil软件生成的.hex文件，并点击确认，仿真程序烧入单片机。仿真图如图4所示。

图4 仿真电路图

结束语：单片机技术是一门智能控制的学科，以后的社会将会是智能化的社会。篮球记分器是一种基于单片机的计时和记分于一体的开发系统。它采用计时器、记分器、24s定时来集成控制。由于单片机性能稳定、可靠性高、易于开发，特别是体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等特点，使得仪器仪表更加数字化、智能化。