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求篮球30秒倒计时器的设计和制作,数字电路课程设计,详细论文

发布网友 发布时间:2022-05-02 03:13

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热心网友 时间:2022-06-27 12:20

  【摘 要】篮球比赛30秒钟规则规定:进攻球队在场上控球时必须在30秒钟内投篮出手(NBA比赛为24秒,全美大学体育联合会比赛中为35秒),因此在比赛时裁判既要看比赛又要看秒表计时,而本文介绍的30秒倒计时器可以解决此问题。

  【关键词】AT89C51单片机、30秒倒计时器、LED

  30秒倒计时器的设计和制作有很多方法,本文介绍的30秒倒计时器以AT89C51单片机作为控制单元,采用两个数码管显示时间,用三个按键分别控制计时器的计时开始、复位和暂停。倒计时器初始状态显示“30”,当裁判员按下计时键,30秒倒计时开始,当计时器时间减到0时,计时器发出声光报警,提示裁判计时时间已到。

  一、电路设计

  30秒倒计时器的电路主要由电源电路、单片机最小系统、按键输入、显示驱动电路、报警电路组成,30秒倒计时器控制电路如图1所示。

  图1 30秒倒计时器电路原理图

  1、按键输入

  “30秒倒计时器”采用了三个按键来完成计数器的启动计数、复位、暂停/继续计数等功能。

  (1)K1键:启动按钮(P3.2)。

  按下K1键,计数器倒计时开始,数码管显示数字从30开始每秒递减计数,当递减到到零时,报警电路发出声、光报警信号。当计数器处于暂停状态时按下K1键将回到计时状态。

  (2)K2键:复位按钮(P3.3)。

  按下K2键,不管计数器工作于什么状态,计数器立即复位到预置值 “30” ,在报警状态时按下K2键还可取消报警。

  (3)K3键:暂停/计时切换按钮(P3.4)。

  当计数器处于计时状态时按下该键计数器暂停计时,数码管显示数字保持不变;当计数器处于暂停状态按下该键计数器将回到计时状态;初始状态时该键无效。

  2、显示驱动电路

  “30秒倒计时器”用两个共阳数码管来显示时间,数码管显示方式为动态显示。显示驱动电路中,数码管的段码引脚通过470欧的电阻接到单片机的P1口,两个片选引脚各通过一个9012连接到正5V电源,由P3.0和P3.1控制。

  4、报警电路

  计时时间减到0,显示数码管显示“00”时,发光二极管D1由P3.5控制发出光报警,同时蜂鸣器由P3.7控制发出声报警。

  二、软件编程思路

  1、全局变量

  “30秒倒计时器”动作流程主要受三个全局变量控制。首先是bit变量“act”,当“act”为“1”时倒计时开始,为“0”时倒计时停止,“act”初值为“0”,可以由按钮操作将其置“1”或清“0”。第二个全局变量是char变量“time”,存放倒计时的时间,当倒计时时间为0时,发出声光报警。变量“time”的初值为30,定时中断服务程序在“act”为1时,每1s对其进行减1操作,减到0时保持为0,按下“复位键”可将“time”复位为30。第三个全局变量是int变量“t”,记录响应定时中断0的次数。根据初始化定义,定时器0以方式1工作,每1ms发出一次中断请求。控制程序只开放了定时器0中断,因此不会有比定时器0中断更高级的中断被允许,所以每次请求都会立刻被响应。响应后在中断服务程序中将全局变量“t”加1记录响应中断次数,每响应1000次即为1秒钟。变量“t”初值为0,在中断服务程序中加1,当“t”为2000时由中断服务程序清0。在按键驱动程序中,按下启动键、复位键、暂停/启动键时将“t”清0,目的是从0ms开始计时。

  2、控制流程

  主程序主要用来检测全局变量“time”当“time”为0时发出“声光报警”。按键驱动、显示驱动和“time”操作都在定时器0中断服务程序中进行。其控制流程如图2所示。

  图2 控制流程图

  三、软件程序设计

  1、数码管驱动程序

  到计时器的两个数码管以动态显示的方式显示计时时间“time”(全局变量),LED1显示“time”的十位,LED2显示“time”的个位。

  (1)定义段码数据口和片选信号

  根据实际电路,在C51中定义段码的数据口为P1,两个片选信号为P3.0和P3.1。定义如下:

  #define an P1

  sbit wei1=P3^0;

  sbit wei2=P3^1;

  (2)定义字形码

  LED显示数字0~9以及全灭的字形码表格放在数组zixing[]中。字形码是固定的表格,定义时加上关键字“code” 表示该表格存放在程序存储器中。

  unsigned char code zixing[]=

  {

  0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff

  };

  (3)定义数码管LED1和LED2的显示变量

  为了增加驱动程序的可移植性,笔者为数码管LED1和LED2定义了显示变量。显示变量就是本驱动程序的对外接口,外部程序只要改变显示变量的值就可改变数码管显示的数值。定义方式如下:

  unsigned char led_str[2]={10,10};

  led_str[0]直接对应数码管LED1, led_str[1]直接对应数码管LED2。本项目中由专门的子程序将全局变量time计算拆分成led_str[0]和led_str[1]。

  void js()

  {

  led_str[1]=time/10%10;

  led_str[0]=time%10;

  }

  (4)数码管驱动程序

  数码管驱动程序“void chushi(char i)”在定时中断服务程序中被调用执行。根据初始化程序的定义,定时中断服务程序每1ms被执行一次。定时中断服务程序中运用全局变量“t”记录进入该服务程序的次数,“t”计满2000由定时中断服务程序清零。

  数码管驱动程序的参数“char i”是用来确定当前点亮的是LED1还是LED2,当参数为“0”时点亮LED1,参数为“1”时点亮LED2。如果我们希望偶数次进入定时中断服务程序时点亮LED1,奇数次进入定时中断服务程序时点亮LED2,我们可以用程序调用语句“chushi(t%2);”轻松实现。

  进入数码管驱动程序后首先调用子函数js(),计算当前的led_str[0]和led_str[1]。接下来将两个数码管全部熄灭以防止余晖的出现。最后点亮需要点亮的数码管并送出字型码。驱动程序代码如下:

  void chushi(char i)

  {

  js(); //计算显示变量

  an=0xff; //去余晖

  wei1=i; wei2=!i; //确定片选

  an=zixing[led_str[i]]; //送字型码

  }

  2、按键驱动程序

  按键驱动程序分为按键识别和按键功能执行两部分。按键功能执行可在按键按下时或按键抬起后执行,文中将其设计在按键抬起后执行。

  (1)定义按键I/O地址

  根据实际电路,三个按键(启动键、复位键、暂停/启动键)分别接在P3口的P3.2,P3.3和P3.4三个引脚上。为了取键值方便还将P3口定义为“iokey”,程序中可作定义如下:

  #define iokey P3

  sbit key1=P3^2;

  sbit key2=P3^3;

  sbit key3=P3^4;

  (2)按键驱动流程

  按键识别的通用流程为:I/O口写“1”→判断有无键按下→延时去抖→确定键值→等待按键抬起→执行按键功能。按键驱动程序中定义了两个静态变量“ts” 和“kv”,分别用来延时去抖和存放键值。

  (3)延时去抖

  静态变量“ts”用来延时去抖。按键驱动程序在定时中断服务程序中每1ms被执行一遍,每检测到有键按下“ts”加1,检测到无键按下“ts”清0。按键连续按下20ms,则连续20次执行按键驱动程序时都检测到有键按下,此时静态变量“ts”累加到20,可确认按键按下有效。

  为防止按键一直按着不放而使“ts”累加到溢出,确认有键按下后可使“ts”的值保持为20,或大于20的某一个值如21。

  (4)取键值

  确认有键按下后即可通过读取按键的I/O口状态来得到键值。为读取P3.2、P3.3和P3.4引脚状态,屏蔽P3口其他引脚的影响,可将读取后的数值按位或上11100011B(0xE3)再送给静态变量“kv”。

  静态变量“kv”存放按键的键值,无键按下或按键抬起后kv的值为0。按下启动键key1时kv=11111011B(0xFB),按下复位键key2时kv=11110111B(0xF7),按下暂停/启动键key3时kv=11101111B(0xEF)。

  (5)执行按键功能

  按键抬起后第一次执行按键驱动程序时,静态变量“kv”任保持着按键按下时最后得到的键值,以该键值作为参数调用按键执行程序“actkey(kv);”即可执行按键功能。调用后kv值立刻清0,确保按一次键执行一次按键功能。驱动程序代码如下:

  void key()

  {

  static unsigned char kv=0;

  static unsigned char ts=0;

  key1=1;key2=1;key3=1;

  if(!(key1&key2&key3))

  {

  ts++;

  if(ts>=20)ts=20; //有键按下

  if(ts==20)

  kv=iokey|0xe3; //取键值

  }

  else

  { //无键按下或按键已抬起

  actkey(kv);

  ts=0;

  kv=0;

  }

  }

  函数actkey(kv)用来根据键值“kv”执行相应操作。当“kv”等于0xFB时代表启动键key1按下,函数actkey(kv)将全局变量act赋值为“1”。当“kv”等于0xF7时代表复位键key2按下,函数actkey(kv)将全局变量“time”复位为“30”。当“kv”等于0xEF时代表暂停/启动键按下,函数actkey(kv)将全局变量act取反。每按一个按钮都有将全局变量“t”清0的操作,目的是每当复位、或启动计时时,进入定时中断的次数都从0开始计算,否则会出现第1秒计时不准确的现象。程序代码如下:

  void actkey(unsigned char k)

  {

  switch(k)

  {

  case 0xfb:act=1;t=0;break;

  case 0xf7:time=30;t=0; break;

  case 0xef:act=~act;t=0; break;

  }

  }

  四、结束语

  本文在编程过程中以面向对象的编程思路封装了两个LED数码管和三个独立按键。当其驱动程序在定时中断服务程序中被调用,编程者只要操作其接口:数组“led_str[2]”和函数“actkey(unsigned char k)”,无需直接对硬件进行编程即可改变功能,增强了软件的通用性和可移植性。
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