基于51单片机控制的篮球比赛计时、计分系统设计与仿真(含设计图和C语言程序源码)

1. 设计任务：

本次设计用由AT89C51编程控制LED七段数码管作显示的球赛计时计分系统。系统应具有赛程定时设置，赛程时间暂停，及时刷新甲、乙双方的成绩以及赛后成绩暂存等功能。
内容包括：显示、键盘、时钟等内容

2. 设计说明

2.1 需求分析

2.1.1 计分系统：

（1）分为“A队”和“B队”的“3分”，“2分”，“1分”各六个按键输入部分，以及两队比分的LED显示部分。在每次增加分数的同时，“24秒”计时恢复为初始值，“12分钟”计时暂停，等待比赛的继续进行

2.1.2 计时系统：

（1）比赛开始/继续：当“比赛开始/继续”键按下后，“24s”和“12分钟”计时器开始倒计时；
（2）手动24s复位：当“24s复位” 键按下后，“24s”倒计时恢复初始值，“12分钟”倒计时暂停，等待比赛的继续；
（3）比赛暂停：“比赛暂停”键按下后，“24s”倒计时和“12分钟”倒计时均暂停，等待比赛的继续进行；
（4）自动增加比赛节数：当“12分钟”倒计时完成后，判断当前节数是否为最后一节，若不是，则节数自动增加，并“12分钟”和“24s”均恢复默认值，等待下一节比赛的进行。

2.2 原理分析

采用单片机AT89C51作为本设计的核心元件。利用7段共阴LED作为显示器件。在此设计中共接入了6个7段共阴LED显示器，其中2个4位LED显示器用于记录AB队的分数，每队1个4位LED显示器显示范围可达到0～999分，足够满足赛程需要；2个两位LED显示器用来记录赛程时间，其中1个用于显示分钟，1个用于显示秒钟；使用1个2位LED显示器用于显示“24s”倒计时，赛程计时均采用倒计时方式。即比赛前将时间设置好，即12分钟，比赛开始时启动计时，直至计时到零为止。本设计中设立了10个按键，其中6个用于设置两队的比分，1个用于比赛开始/比赛继续，1个用于暂停，1个用于手动增加比赛节数，一个用于恢复“24s”倒计时等功能。

2.3 总体设计

系统主要包括单片机、LED显示电路、按键控制电路、时钟电路及复位电路等组成

2.4 软硬件设计

2.4.1 硬件设计

设计思路：
（1）按键模块设计 :
按键接至P1口和P3口，按键按下时输入是低电平。键的设置如下：“A1”,“A2”，“A3”键是A队加1分、加2分，加3分键盘，B队同理。“比赛开始/比赛继续”是启动键，“比赛暂停”是暂停键。此外，还有两个按键， “24s”复位键，“增加比赛节数”键。
（2） LED显示模块设计 :
显示分为计时和计分显示两个部分，均采用共阴极LED数码管动态扫描显示，由2个四位一体和4个两位一体的共阴极数码管构成。数码管的7个段控端输出经过74HC573驱动器进行电流放大驱动接至P0口。采用动态扫描方式，在足够短的周期内，使各位数码管逐个轮流受控显示。

设计截图：

2.4.2 软件设计

软件设计采用C语言模块设计方法，程序由主程序、T0中断程序、显示程序、外部中断0程序、按键程序、初始函数、计时函数、延时函数组成。

C语言程序代码：

#include
#include

#define uchar unsigned char 
#define uint unsigned int

sbit A8=P2^0;  
sbit A9=P2^1;
sbit A10=P2^2;
sbit A11=P2^3;
sfr P00=0x80;


uchar code wei_1[]={0X01,0X02,0X04,0X08,0X10,0X20,0X40,0X80};
uchar code table[]={0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0X00,0X40};

uchar minute=12;  //分
uchar second=0;   //秒
uchar key_status=0;     //按键状态值
uchar scoreA=0;     //A队得分
uchar scoreB=0;     //B队得分
uchar count1=20;    //记录定时器时间
uchar match=1;      //比赛节数
uchar rule_time=24; //记录24秒规则
uchar rule_flag=0;          //记录24秒规则是否启用


/*
初始化IO口
*/
void IO_init(){
    A8=0;
    A9=0;
}
/*
初始化时间
*/

void time_init(){
    TMOD = 0x01;
    TH0 = (65536-50000)/256;
    TL0 = (65536-50000)%256; 
    EA = 1;
    ET0 = 1;
}
/*
延时函数
*/
void delay_ms(uint z){
  uint i;
    uchar j;
    for(i=0;ifor(j=0;j<100;j++);
    }
}

/*
计时函数
*/
void T0_Time() interrupt 1 using 1{
    if (count1-- == 0) 
    {
        second--;
        rule_time--;
        count1 = 20; 
    }
    TH0 = (65536-50000)/256;
    TL0 = (65536-50000)%256;
}

/*
时间显示函数
*/
void time_display(uchar w2,uchar d2){
    uchar shi1,ge1;
    shi1=d2/10;
    ge1=d2%10;

    P00=wei_1[w2];
    A10=1;
    A10=0;
    P00=table[shi1];;
    A8=1;
    A8=0;
    delay_ms(5);
    P00=0;
    A10=1;
    A10=0;
    A8=1;
    A8=0;

    P00=wei_1[w2+1];
    A10=1;
    A10=0;
    P00=table[ge1];
    A8=1;
    A8=0;
    delay_ms(5);
    P00=0;
    A10=1;
    A10=0;
    A8=1;
    A8=0;   
}

/*
分数显示函数
*/
void score_dispaly(uchar w2,uchar d2){
    uchar qian2,shi2,ge2;
    qian2=d2/100;
    shi2=d2%100/10;
    ge2=d2%100%10;

    P00=wei_1[w2];
    A9=1;
    A9=0;
    P00=table[qian2];;
    A8=1;
    A8=0;
    delay_ms(10);
    P00=0;
    A9=1;
    A9=0;
    A8=1;
    A8=0;

    P00=wei_1[w2+1];
    A9=1;
    A9=0;
    P00=table[shi2];
    A8=1;
    A8=0;
    delay_ms(10);
    P00=0;
    A9=1;
    A9=0;
    A8=1;
    A8=0;   

    P00=wei_1[w2+2];
    A9=1;
    A9=0;
    P00=table[ge2];
    A8=1;
    A8=0;
    delay_ms(10);
    P00=0;
    A9=1;
    A9=0;
    A8=1;
    A8=0;
}

/*
键盘输入函数
*/
void key(){
    static uchar key_new = 0, key_l,temp;
    key_status = 0;                  
    P1 = 0x0f;
    if((P1 & 0x0f) != 0x0f)     
    {
        delay_ms(1);            
        if(((P1 & 0x0f) != 0x0f) && (key_new == 1))
        {                       
            key_new = 0;
            /*
            矩阵键盘扫描
            */
            key_l = (P1 | 0xf0);   
            P1 = key_l;
            switch(P1)
            {
                /*
                开始计时/比赛继续   
                */
                case 0x7e:  
                    TR0=1;  
                    rule_flag=1;
                    time_display(6,rule_time);
                    break;      
                /*
                暂停比赛
                */
                case 0x7d:
                    TR0=0;
                    break;  

                /*
                加分，同时24秒清零和总计时器停止计时
                */
                case 0xee: 
                    TR0=0; 
                    scoreA +=3;
                    rule_time=24;   
                    rule_flag=0;
                    break;
                case 0xed: 
                    TR0=0;                  
                    scoreA +=2;
                    rule_time=24;   
                    rule_flag=0;
                    break;
                case 0xeb:  
                    TR0=0; 
                    scoreA +=1;
                    rule_time=24;   
                    rule_flag=0;
                    break;
                case 0xde:  
                    TR0=0; 
                    scoreB +=3;
                    rule_time=24;   
                    rule_flag=0;
                   break;
                case 0xdd:  
                    TR0=0; 
                    scoreB +=2;
                    rule_time=24;   
                    rule_flag=0;
                    break;
                case 0xdb:  
                    TR0=0; 
                    scoreB +=1;
                    rule_time=24;   
                    rule_flag=0;
                    break;
                /*
                增加比赛节数，同时24秒复位和总计时器复位
                */
                case 0xbd:
                    match++;
                    minute=12;
                    second=0;
                    TR0=0; 
                    rule_time=24;   
                    rule_flag=0;
                    break;
                /*
                手动24秒复位
                */
                case 0xbe:
                    if(TR0==1){
                            rule_time=0;   
                            rule_flag=0;
                    }else{
                            rule_flag=0;  
                    }
                    break;
            }   
        }           
    }
    else 
    {
        key_new = 1;
    }
}

void main()
{
    IO_init();
    time_init();
    while(1){
        key();

        if(second==0){
            /*
                判断某节比赛是否结束
            */
            if(minute==0){ 
                /*
                判断是否为最后一节比赛
                */
                if(match<4){
                    /*
                    计时系统恢复为默认值，比赛节数加一
                    */
                    second=60;
                    minute=11;
                    match++;
                    rule_time=24;   
                    rule_flag=0;
                }   
                TR0=0;
            }
            /*
            比赛分钟数减一
            */
            else {  
                second=60;
                minute--;
            }               
        }
        /*
        24秒结束，计时器暂停和24秒复位
        */
        if(rule_time<=0){
            TR0=0;
            rule_time=24;   
        }

        /*
        显示
        */
        time_display(0,minute);
        time_display(2,second);
        time_display(4,match);
        time_display(6,rule_time);
        score_dispaly(1,scoreA);
        score_dispaly(5,scoreB);
    }
}

2.5 方案论证及可行性分析

本设计以单片机AT89C51为核心的控制电路实现了计时计分、计时的功能，设计中，使用大尺寸数码管的制造构思巧妙和软件设计，降低了整个系统的成本，实现了多用途的目的。通过仿真和实物实验验证了该系统的正确性和实用性。系统电路制造简单，显示清晰，成本低廉。

2.6 测试结果与分析

设计采用C语言编程，在Keil C51软件编译环境中，经过编译和连接，生成十六进制的目标代码文件.hex。在硬件上，用Proteus软件绘制出原理图，经过纯电路调试无误后，将生成的目标代码文件加载到Proteus界面的AT89C51中。接着再进行软硬件联合调试，反复调试，直至所有显示及按键功能实现，直至仿真成功。\

运行截图：

2.7 参考文献：

[1] 胡辉. 单片机原理与应用[M].北京：中国水利水电出版社，2007.
[2] 戴佳. 51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].北京：电子工业出版社，2006.

3. 设计文件以及源码下载

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