摘 要： 基于MCS-51系列中的STC89C52芯片，應用開關(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)能夠完美地實現(xiàn)籃球比賽中準確計時,、記分、24 s倒計時,。
關(guān)鍵詞： 單片機,；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)品相應而出,，智能記分器也不例外,。本項目設(shè)計就以數(shù)字電路為核心，采用單片機,、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擔，推進了智能記分器的發(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，使其能實現(xiàn)A/B兩隊比分的加減,，準確記錄比賽時間,，進攻24 s，記分裁判通過無線遙控器進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,。
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)顯示方式控制點亮數(shù)碼管,，各數(shù)碼管同時點亮，每位數(shù)碼管應顯示數(shù)碼的筆劃數(shù)據(jù)由單片機I/O口送給鎖存芯片保持數(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)動電路復雜,，而且功耗巨大,。
方案二：采用動態(tài)掃描方式進行顯示時,，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,，由單片機給出數(shù)據(jù)段選通信號，同時單片機也給出位選信號,，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（即可以看見對方）才能進行通信,，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)射機較多使用LC振蕩器,，頻率漂移較為嚴重,。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、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,，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STC80C52為控制核心,，單片機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，將單片機輸出的編碼進行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傳輸?shù)?262數(shù)據(jù)位中進行編碼；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。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,，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，進行串并聯(lián)（每串的LED數(shù)目要嚴格統(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做實驗，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單片機開發(fā)出來的新型智能籃球記分器，實現(xiàn)了智能化,、簡單化,，能夠正常完成各項指令操作，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
[1] 胡建明.MCS-51單片機籃球計分器的設(shè)計[J].科學咨詢,，2009(11)：40,，44.
[2] 徐瑋.51單片機綜合學習系統(tǒng)-無線遙控模塊的應用[J]. 電子制作,，2008，16(6)：29-32.
[3] 胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)[M].北京：清華大學出版社,，2008.
[4] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社,，2005.