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單片機控制的便攜式籃球計時器設計

作者: 時間:2011-08-19 來源:網絡 收藏

  引言

  本設計利用單片機完成了計時的功能,詳細地介紹了系統硬件與軟件的設計過程,設計由編程控制Led七段數碼管作顯示的籃球計時系統。該系統具有賽程時間設定,計時啟功,暫停,報警,24 s及復位等功能。

  1 系統原理

  籃球比賽計時的準確性和計時的精確度是要求很高的,而單片機在這方面有著出色的表現。該系統采用頻率為12 MHz的芯片,整個系統由按鍵、計時顯示、報警,箭頭方向等部分組成。該系統組成方框圖如圖1所示。

  

單片機控制的便攜式籃球計時器系統框圖

  單片機是該系統電路的核心組成部分,系統的各種功能都是在單片機內通過編程來實現。單片機選用。它的X1(19腳)和X2(18腳)外接12MHz晶振,為單片機提供時鐘信號。晶振的2個引腳分別串一個瓷片電容,電容值為20~50 pF,用于提高晶振頻率的穩(wěn)定性。共接入6個4寸7段共陽極數碼管顯示器,用于賽程的時間和記錄24 s違規(guī)計時顯示。

  2 系統硬件設計

  2.1 定時控制部件設計

  定時控制部件是在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的全部內部和外部控制信號,使各功能元件協調工作,完成指令所規(guī)定的功能。主要任務是產生一個工作時序,其工作需要時鐘電路提供一個工作頻率。

  MCS-51內部有一個用于構成振蕩器的高增益反向放大器,該放大器的輸入端和輸出端分別是XTAL1和XTAL2,在XTAL1和XTAL2上外接時鐘源可構成時鐘電路。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器,與內部反向器構成穩(wěn)定的自激振蕩器,它發(fā)出的脈沖直接送入片內的定時控制部件。

  2.2 系統的復位電路設計

  設計采用的是上電加按鈕電平復位,是上電自動復位與按鈕電平復位的組合。上電復位利用電容充電來實現,即上電瞬間RST/Vpd端的電位與Vcc相同,隨著充電電流的減少,RST/Vpd的電位下降,最后被復位在0 V,按鈕電平復位,當按鈕按下后,電源Vcc通過電阻施加在單片機復位端RST/Vpd上,實現單片機的復位。

  2.3 報警器

  設計采用的是12 V電磁式鐵振膜蜂鳴器作為報警器。當單片機送一個高電平延時一段時間,經過三極管將信號放大后驅動中間繼電器,再由中間繼電器驅動12 V電磁式鐵振膜蜂鳴器,使得電磁線圈產生了一個磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下振動發(fā)聲。

  2.4 譯碼及驅動部分電路

  譯碼及驅動部分由74LS248和ULN2804A兩塊芯片組成,其輸入電壓為12 V。74LS248的輸入端與單片機的I/O口對應相連,ULN2404A的輸出端與數碼管的段選端相連。

  3 籃球軟件設計

  首先在比賽之前,接通電源,系統自動復位,首先設置時間,通過上下撥動“設置時間”的按鈕來設置比賽的時間,本設計已設好12 min和10 min一節(jié)的兩種時間,按下啟動按鈕,面板的計時電路共陽極數碼管計時部分顯示為“12-00”或“10:00”;24 s顯示為“24”。當比賽開始時,按下“運行”按鈕計時器計時部分和24 s部分同時開始運行。

  在比賽過程中可以通過球權按鍵來控制箭頭的指向,從而顯示比賽中擁有球權的隊。若控球方在24 s內未違規(guī),則只需按一下“24 s復位”按鈕即可,當24 s違規(guī)時,該蜂鳴器會發(fā)出2 s的報警聲音。

  當小節(jié)比賽到最后10 min時,計時器向蜂鳴器發(fā)出信號,蜂鳴器報警提示1 s,此時計時器的計時顯示面板由“00-10”變?yōu)椤?0—00”,當24 s顯示面板此時變?yōu)楹撩胗嫊r,這時就進入1/10 s倒計時。

  當比賽結束時蜂鳴器報警提示4 s,計時器面板計時部分顯示為“00-00”,24 s顯示器顯示為“00”。此時本場比賽結束。流程圖如圖2所示。

  

單片機控制的便攜式籃球計時器軟件流程圖

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4 系統調試

  4.1 軟件調試

  利用Keil μVision 3進行仿真調試,根據設計要求運行程序、調試時間、運行的步驟等,最終達調試到設計需要的參數。

  (1)程序編完后,對代碼仔細逐行檢查。檢查代碼的錯誤,建立自己的代碼檢查表,對經常易錯的地方進行檢查。檢查代碼是否符合編程規(guī)范。

  (2)對各個子程序進行仿真測試。仿真測試的方法:用程序測試程序,編制一個調用該子程序的代碼,建立要測試子程序的入口條件,再看看它是否按預期輸出結果。

  (3)如果代碼有修改,再次對代碼進行檢查。

  4.2 硬件調試

  在Proteus Professional 7.1 SP2單片機仿真與電路板設計軟件中繪制電路原理圖,在搭接好基本電路后根據設計要求設置參數,之后將寫好的程序導入仿真硬件電路中,然后運行,觀察仿真現象是否與設計要求的一致。

  主要需要調試的是電路的輸入電壓,計算電路中的電流來設置具體的通過每個元件的允許電流,即Imax,在調試穩(wěn)壓電源的時候需根據計算結果,選擇變壓器的參數,即能夠提供的最大電流、功率。合理選用電容參數的大小以保證穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數。仿真得到的效果和制作出來的實物之間有一定的差距,因為實際電路存在電損耗,所以在搭接硬件電路時必須考慮這些方面的影響。

  5 注意事項

  (1)根據硬件電路原理圖和裝配圖仔細檢查線路的正確性,并檢查元器件安裝是否正確。常要注意的是芯片及開關管的型號、放大器和開關管的極性、電容器的耐壓和極性、電阻的阻值和功率是否與設計圖紙相符,重點檢查系統總線間或總線與其他信號線間是否存在短路。

  (2)檢查焊接點是否牢固,特別要仔細檢查有無漏焊和錯焊;對于靠得很近的相鄰焊點,要注意檢查金屬毛刺和是否短路,必要時可用萬用表進行測量。調試過程有時可能要重復多次。另外,在燒錄程序的時候,一定要注意到AT89系列單片機默認得有芯片加密。

  (3)在制作過程中需考慮電流、電壓、磁場對單片機的影響,做好防護措施,可外接保護電路,從而消除灌流、尖峰電流的等對單片機運行的影響。

  6 結語

  計時器的時間設定操作簡單,功能齊全,體積小,易于方便攜帶等優(yōu)點。能廣泛應用于學校,籃球俱樂部,體育館或者小團體作為賽程的計時。

蜂鳴器相關文章:蜂鳴器原理


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