摘 要： 基于MCS-51系列中的STC89C52芯片,，應(yīng)用開關(guān)電源、無線遙控,，采用動態(tài)掃描方式等新型設(shè)計理念開發(fā)出具有主控同步監(jiān)視,、無線控制、聲音提示等功能的智能籃球記分器,。該系統(tǒng)能夠完美地實(shí)現(xiàn)籃球比賽中準(zhǔn)確計時,、記分、24 s倒計時,。
關(guān)鍵詞： 單片機(jī),；無線傳輸；同步監(jiān)視
記分器不但在體育競賽和電視演播現(xiàn)場具有很大的作用,，而且在現(xiàn)代制造業(yè)中也有很重要的作用?，F(xiàn)代電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，各類智能化產(chǎn)品相應(yīng)而出，智能記分器也不例外,。本項(xiàng)目設(shè)計就以數(shù)字電路為核心,，采用單片機(jī)、無線遙控收發(fā),、高亮度的發(fā)光二極管等設(shè)計新型的智能記分器,，其不但符合低功耗、節(jié)約能源的綠色環(huán)保理念,，而且還減輕人工記分的負(fù)擔(dān),，推進(jìn)了智能記分器的發(fā)展與研究。
1 系統(tǒng)設(shè)計
1.1 系統(tǒng)分析
基于應(yīng)用MCS-51系列中的STC89C52芯片,，設(shè)計出籃球記時,、記分、記秒,，聲音提示,，無線遙控系統(tǒng)，同步監(jiān)視,，使其能實(shí)現(xiàn)A/B兩隊比分的加減,，準(zhǔn)確記錄比賽時間，進(jìn)攻24 s,，記分裁判通過無線遙控器進(jìn)行加減分的同時在主控制臺同步監(jiān)視顯示屏上顯示比分的變化,。其控制系統(tǒng)的模塊包含7 bit動態(tài)顯示數(shù)碼記分模塊、4 bit動態(tài)顯示數(shù)碼計時模塊,、A/B兩隊加減分模塊、無線遙控模塊和聲音提示模塊,。在系統(tǒng)硬件各個模塊和軟件的設(shè)計過程中,，還要注意如何使得系統(tǒng)的抗干擾能力提高，設(shè)計出具有低功耗,、可靠,、快速、安全以及低成本,、操作簡單等特點(diǎn)的籃球記分器,。此外還要能長期支持軟件升級。系統(tǒng)設(shè)計方案不僅要完全滿足智能籃球記分器的設(shè)計要求,，還廣泛適用于各類學(xué)校體育館大型比賽[1],。
1.2 方案設(shè)計
(1)電源供電的選擇
方案一：采用傳統(tǒng)的供電方式，通過變壓器降壓,，再經(jīng)過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后給電路進(jìn)行供電,。
若采用該方案，則需要多個電源同時供電才能滿足設(shè)計要求，還需要設(shè)計集成穩(wěn)壓電源電路,，這樣的電路功耗大,、成本較高、電壓不穩(wěn)定,、維護(hù)不方便,、體積龐大、效率低下,。
方案二：采用開關(guān)電源,，用220 V/350 W的開關(guān)電源不僅可以提供穩(wěn)定的工作電壓，而且該模塊已經(jīng)商品化,、統(tǒng)一化,、體積小和便于維護(hù)。
開關(guān)電源小型化,、輕便化有利于籃球記分器的安裝,。另外開關(guān)電源也在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境等方面都具有重要的意義,。
經(jīng)綜合對比分析,，采用方案二更為合理。
(2)顯示方式的選擇
方案一：采用靜態(tài)掃描方式,。采用靜態(tài)顯示方式控制點(diǎn)亮數(shù)碼管,，各數(shù)碼管同時點(diǎn)亮，每位數(shù)碼管應(yīng)顯示數(shù)碼的筆劃數(shù)據(jù)由單片機(jī)I/O口送給鎖存芯片保持?jǐn)?shù)據(jù),。
靜態(tài)掃描顯示原理比較簡單,、編程容易，顯示清晰,，亮度較高,，但要求占用很多接口線并增用不少硬件芯片，成本較高,，驅(qū)動電路復(fù)雜,，而且功耗巨大。
方案二：采用動態(tài)掃描方式進(jìn)行顯示時,，段,、位數(shù)據(jù)從I/O口到顯示模塊以并行方式傳輸；對于每段數(shù)碼（a~f）各位的同一數(shù)碼段（比如：a段）共用同一個驅(qū)動,，由單片機(jī)給出數(shù)據(jù)段選通信號,，同時單片機(jī)也給出位選信號，這樣每時每刻就只有一個數(shù)據(jù)段信號和一個位數(shù)據(jù)信號同時確定哪位亮并立即顯示出該數(shù)碼,。每位的位,、段數(shù)據(jù)保持一定時間(極為短暫約1 ms),，然后再顯示下一個數(shù)碼位的段信息；依次掃描每一個數(shù)碼位（共10 bit）,，只要一個掃描周期的時間比人眼10 ms的滯留時間短,，再加上LED的余輝，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù),，不會有閃爍現(xiàn)象,。而且只要保證電源的容量能點(diǎn)亮最大功率的LED數(shù)碼管和廣播即可，這樣就可以節(jié)約巨大的電源容量(約是靜態(tài)功率的6/7)[3,，4],。
因此，選用動態(tài)掃描方式,。
(3)接發(fā)收模塊的選擇
方案一：采用紅外線傳輸方式,。主控制臺將特定的信號編碼，然后透過紅外線通信技術(shù)將編碼送出,，而設(shè)置在顯示屏上的紅外線接收器收到編碼之后,，將其進(jìn)行譯碼而得到原來的信號。
紅外線是一種低成本,、高速的無線傳輸形式,，但是其缺點(diǎn)是紅外線傳輸極易受到墻壁的阻礙。如果傳輸?shù)穆吠局袥]有任何障礙物,，則數(shù)據(jù)的傳輸相當(dāng)快速且高效,，但紅外線不能穿透墻壁或是大型物體，所以,，在數(shù)據(jù)收發(fā)的兩端必須相互對準(zhǔn)（即可以看見對方）才能進(jìn)行通信,，而體育館有那么多觀賽人，非常不利,，而且容易受到下雨,、下雪或是霧氣的干擾。
方案二：采用無線數(shù)據(jù)傳輸,。早期的發(fā)射機(jī)較多使用LC振蕩器，頻率漂移較為嚴(yán)重,。聲表器件的出現(xiàn)解決了這一問題,，其頻率穩(wěn)定性與晶振大體相同，而其基頻可達(dá)幾百兆甚至上千兆赫茲,。無需倍頻,，與晶振相比電路極其簡單。由于使用了聲表器件,，電路工作非常穩(wěn)定,，即使手抓天線、聲表或電路其他部位，發(fā)射頻率均不會漂移,。
選用PT2262/2272芯片[2],，通過編解碼芯片PT2262、PT2272組成無線收發(fā)電路,。由于該電路具有體積小,、功耗低、功能強(qiáng),、成本低,、外部元器件少，RC振蕩電阻,，工作電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn),，選用PT2262-M6非鎖存加315M無線模塊輸出。
2 硬件設(shè)計
2.1 主控制臺主板
如圖1所示,，主控臺電路基于單片機(jī)STC80C52為控制核心,，單片機(jī)P1.0～P1.3口作為籃球記分器監(jiān)視器的位控制口，將控制信號通過74LS154譯碼器連接數(shù)碼顯示管,，將單片機(jī)輸出的編碼進(jìn)行4-16譯碼,，從而控制數(shù)碼顯示管顯示位；P1.4～P1.7口連接至發(fā)射模塊（PT2262）芯片,，將鍵盤輸入的信息通過單片機(jī)傳輸?shù)?262數(shù)據(jù)位中進(jìn)行編碼,；P0口作為鍵盤端口，將鍵盤矩陣的信息輸入至單片機(jī)處理,。P2.0～P2.6為段數(shù)據(jù)口,；I/O連接至74LS245，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器,，可雙向傳輸數(shù)據(jù),。通過74LS245用來驅(qū)動數(shù)碼管。
2.2 顯示屏主板
顯示屏主板控制電路框圖如圖2所示,，以單片機(jī)STC89C52為控制核心,，P0.0～P0.3口連接至PT2272解碼芯片的輸出口，將無線傳輸過來的信息經(jīng)過PT2272解碼后輸入至顯示屏中的控制單片機(jī),。P1.0～P1.3口作為籃球記分器位顯示控制口,，將控制信號通過74LS154譯碼器譯碼選擇位選。
2.3 鍵盤模塊
鍵盤是信息的輸入窗口,，基于STC80C51單片機(jī),，采用矩陣鍵盤，采用4條I/O線作為行線,，3條I/O線作為列線組成的鍵盤,。在行線和列線的每個交叉點(diǎn)上設(shè)置一個按鍵,。這樣鍵盤上按鍵的個數(shù)就為3×4個。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口的利用率,。通過軟件編程可以消除鍵抖動,，從而達(dá)到更好的信息輸入的作用。
2.4 驅(qū)動模塊
驅(qū)動顯示器模塊的功率計算選擇如下(按共陰極,，24 V供電)：
2.5 主屏幕
以LED為基本單元,，根據(jù)電源電壓和不同顏色LED的耐壓值，進(jìn)行串并聯(lián)（每串的LED數(shù)目要嚴(yán)格統(tǒng)一,，不然會引起數(shù)碼條顏色不均的現(xiàn)象）,。
注意：不同批次的LED燈會有不同的端電壓、電流和發(fā)光顏色,，因此盡量選擇同一批次高質(zhì)量的超高亮LED做為基材,，可能的話先買部分LED做實(shí)驗(yàn)，效果不錯再批量購買,。
3 軟件設(shè)計
3.1. 主控制臺
主控制臺提供給場地記分裁判使用,，作為顯示屏的同步監(jiān)視器，當(dāng)接通電源,，時間顯示的7位共陰極的數(shù)碼管顯示“00 00 00”時,，按下12 min一鍵置位，即可以顯示“12 00 24 00 00”表示第一節(jié)12 min以及24 s倒計時準(zhǔn)備開始,；按計時鍵時,，時間開始倒計時，比賽開始并同時響鈴,。
記分顯示：要給A隊或者B隊加分,，分別按下不同的記分鍵+1、-1鍵,；當(dāng)比賽出現(xiàn)暫定,，比賽時間與24 s倒計時同時暫停并同時響鈴提示。比賽結(jié)束時,，響鈴提示,。進(jìn)入第二節(jié)比賽、第三節(jié)比賽,、第四節(jié)比賽與此類似,。
主控制臺同時將信息通過無線傳輸?shù)斤@示屏上，顯示屏的信息與主控制臺信息保持實(shí)時同步,。
3.2 顯示屏
顯示屏是提供給觀眾及球員觀看的大顯示屏幕，它與主控制臺同步播放比賽戰(zhàn)況,。
當(dāng)接通電源,，顯示屏顯示與主控制臺一樣,。顯示屏通過接收無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，將信息通過單片機(jī)等控制同步顯示給觀眾及球員,。
本次設(shè)計是基于STC80C51單片機(jī)開發(fā)的新型智能籃球記分器,，采用指令冗余和按鍵延時去抖，并添加屏蔽層等抗干擾措施以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,。還應(yīng)用開關(guān)電源作為電源供電,，使得系統(tǒng)工作電壓更穩(wěn)定。在主控制臺使用同步監(jiān)視器,，不僅提高操作效率,，而且提高系統(tǒng)準(zhǔn)確性。采用動態(tài)掃描的方式相對于傳統(tǒng)的鎖存提高了速度,，通過快速掃描方式對數(shù)據(jù)及時刷新,。因而系統(tǒng)的快速性得到了明顯的提高。
基于STC80C51單片機(jī)開發(fā)出來的新型智能籃球記分器,，實(shí)現(xiàn)了智能化,、簡單化，能夠正常完成各項(xiàng)指令操作,，并且能夠?qū)崿F(xiàn)軟件升級,。它擁有美觀的記分顯示，人性化的設(shè)計,，更增加了低功耗綠色環(huán)保理念,。另一方面，如采用主控同步監(jiān)視,、應(yīng)用開關(guān)電源,、采用動態(tài)掃描方式等創(chuàng)新思路，使得籃球記分器的穩(wěn)定性,、準(zhǔn)確性,、快速性在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上得到了明顯的提高。
參考文獻(xiàn)
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