1、學習情境2 籃球計時計分控制系統的設計任務1 24秒進攻數碼顯示電路籃球是我們大家都很喜歡的一種體育運動，在比賽時，需要記錄兩隊的比分，還要知道每一節還剩多長時間，以及每一次的進攻時間。現在我們利用單片機來設計一個小制作，能實現對籃球比賽時的相關信息進行實時記錄和顯示，我們把這個小制作叫籃球計時計分控制系統。為便于我們的學習，把本系統分為3個任務，分別是：（1）24秒進攻數碼顯示（2）單節時間按鍵處理和數碼顯示電路（3）按鍵計分模塊。最后我們把所有數碼管換成液晶LCD160128，對系統進行簡單顯示方面的改造設計。1.1 任務設計要求和設計原理首先我們先設計籃球控制系統中24秒進攻數碼顯示模塊

2、，本模塊主要包括24秒進攻開始按鍵、暫停案健以及數碼顯示電路，數碼管我們用二位一體的共陽極數碼管，為便于后續電路的擴展，還使用了鎖存芯片74HC573，以及譯碼芯片74HC154。24秒進攻數碼顯示電路主要用于顯示在籃球比賽時實時顯示場上進攻對剩余時間。該電路主要由單片機最小系統和數碼管顯示模塊組成。系統的框圖如下圖所示：8051 單片機時鐘電路 復位電路按鍵輸入電路數碼管顯示電路電源電路圖1-1 系統方框圖1.2 硬件電路設計 硬件電路除單片機最小系統電路之外，電路主要由按鍵電路和數碼顯示電路組成。按鍵電路由2個獨立按鍵組成，分別承擔比賽進攻和暫停功能。數碼管用來顯示當前所剩的進攻時間。當P

3、0口用來作為輸出口時，要接上拉電阻。具體電路如下圖所示：圖1-2 24秒進攻數碼顯示電路 芯片介紹1、74HC15474HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。該譯碼器可接受4位高有效二進制地址輸入，并提供16個互斥的低有效輸出。它的兩個輸入使能門電路可用于譯碼器選通，以消除輸出端上的通常譯碼“假信號”，也可用于譯碼器擴展。該使能門電路包含兩個“邏輯與”輸入，必須置為低以便使能輸出端。任選一個使能輸入端作為數據輸入，74HC154可充當一個1-16的多路分配器。當其余的使能輸入端置低時，地址輸出將會跟隨應用的狀態。  7

4、4154這種單片4 線16 線譯碼器非常適合用于高性能存儲器的譯碼器。當兩個選通輸入G1 和G2 為低時, 它可將4 個二進制編碼的輸入譯成16 個互相獨立的輸出之一。實現解調功能的辦法是：用4 個輸入線寫出輸出線的地址，使得在一個選通輸入為低時數據通過另一個選通輸入。當任何一個選通輸入是高時，所有輸出都為高。只要控制端G1、G2任意一個為高電平，A、B、C、D任意電平輸入都無效。G1、G2必須都為低電平才能操作芯片。引腳說明:1-11 13-17 ：輸出端。（outputs (active LOW)） 12：Gnd電源地 （ground (0 V)） 18-19：使能輸入端、低電平有效 (e

5、nable inputs (active LOW) 20-23地址輸入端 (address inputs) 24：VCC電源正 (positive supply voltage)74LS154 基本特性，其，輸出高電平電流： -0.4mA，輸出低電平電流： 8mA圖1-3 74HC154芯片真值表： 表 1-1 74HC154真值表INPUTS 輸入選定輸出(L)G1G2DCBALLLLLLY0LLLLLHY1LLLLHLY2LLLLHHY3LLLHLLY4LLLHLHY5LLLHHLY6LLLHHHY7LLHLLLY8LLHLLHY9LLHLHLY10LLHLHHY11LLHHLLY12LL

6、HHLHY13LLHHHLY14LLHHHHY15XHXXXXNONEHXXXXXNONE2、74HC57374HC573是八進制3態非反轉透明鎖存器。其特點：（1）三態總線驅動輸出（2）置數全并行存取（3）緩沖控制（4）輸入使能輸入有改善抗擾度的滯后作用。輸入是和標準 CMOS 輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和 LS/ALSTTL 輸出兼容。 當鎖存使能端LE為高時，這些器件的鎖存對于數據是透明的（也就是說輸出同步）。當鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數據會被鎖存。這種電路可以驅動大電容或低阻抗負載，可以直接與系統總線接口并驅動總線，而不需要外接口。特別適用于緩沖寄存器，I/O 通道

7、，雙向總線驅動器和工作寄存器。HC573引腳功能表： 表1-2 HC573引腳功能表引腳號符號名稱及功能1OE3態輸出使能輸入（低電平）2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9D0 to D7數據輸入12,13,14,15,16,17,18,19Q0 to Q73態鎖存輸出11LE鎖存使能輸入10GND接地(0V)20VCC電源電壓真值表： 表1-3 HC573真值表輸入輸出OELEDQ (HC573)HXXZLLXNO CHANGELHLLLHHH1.3 軟件設計 在軟件設計方面，我們主要把功夫放在了24秒進攻開始按鍵處理子程序的設計和數碼顯示模塊的設計，以及產生50毫秒時間的T0中斷程

8、序的設計。而其中的關鍵就是按鍵處理子程序的設計，其具體設計思想為：判斷進攻按鍵是否按下 延時消抖 再次判斷進攻按鍵是否按下 設置進攻按鍵按下標志（k1=1），并且打開定時器T0，如果暫停鍵沒有按下，則立即設置進攻時間變量初值(Attack_time=24)。 判斷時間是否達到了1秒，若是，則進攻時間變量Attack_time自減1(Attack_time-)，且清除1秒時間標志變量flag=0；并設置新的標志位OR_ZERO=1，（OR_ZERO為判斷24秒進攻時間是否完畢的標志位）。 如果進攻時間完畢，則重新設置進攻時間變量的值，同時關掉定時器T0（TR0=0）。具體設計如下：/*-進攻24

9、秒子程序-*/ void Attack_key_event() if(attack_begin=0) /判斷進攻按鍵是否按下 delay(15); /按鍵消抖 if(attack_begin=0) /再次判斷暫停健是否按下。 k1=1; /k1為進攻按鍵按下標志 TR0=1; / 開T0計時 if(k2=0) Attack_time=24; if(k1=1&&flag=1) flag=0; Attack_time-; OR_ZERO=1; if(OR_ZERO=1&&Attack_time=0) OR_ZERO=0; if(flag=1) flag=0;Atta

10、ck_time=24; TR0=0; 數碼顯示模塊的設計相對較簡單。設計時采用了動態顯示技術，編程時主要注意字形碼的輸入和位選碼的輸入。需要考慮硬件電路的連接情況。具體程序如下所示： /*-顯示子程序-*/void Display() int j; Temp_attack_time=Attack_time; attack_sec_shi=Temp_attack_time/10; attack_sec_ge=Temp_attack_time%10; for(j=0;j<20;j+) P2=0x0c; /位選，選中個位數對應的那個數碼管 P0=shumaattack_sec_ge; /段選，

11、把個位數的字形碼送到上面選通的數碼管中 delay(1); P2=0x0d; /位選，選中十位數對應的那個數碼管 P0=shumaattack_sec_shi;/段選，把十位數的字形碼送到上面選通的數碼管中 delay(1); 本設計的時間由定時器T0產生，我們先制造出50ms的脈沖，對其進行計數，計20次，剛好時間就是1秒。具體程序設計如下： /*-T0中斷服務程序-*/void T0_int()interrupt 1 / 使用定時器T0,方式1，定時1s TH0 = -50000/256; / 設置定時器初值（定時50ms） TL0 = -50000%256; count1+; if(co

12、unt1=20) / 循環20次 count1=0; flag=1; 有籃球比賽，就會有暫停，暫停時，比賽時的比分和24秒進攻時間，以及單節比賽剩余時間，都應當保持下來，所以就有專門的按鍵來實現這些功能。一般情況下，我們只要把定時器關掉了，時間也就不會低見了。程序設計時還要考慮到，暫停后還要繼續進行比賽，時間應當從暫停的時間開始遞減。具體程序設計如下：/*-暫停子程序-*/ void Pause_key_event() if(attack_pause=0) delay(30); /按鍵消抖 if(attack_pause=0) /再次判斷暫停健是否按下。 k2=1; /k2為暫停按鍵按下標志位

13、。 TR0=0; 除此之外，還有延時子程序，可用于按鍵消抖，動態顯示等，為使主程序結構簡單，我們把定時器的初始化，以及一些變量的初值賦予工作全部放在初始化程序里。這兩個程序的具體設計如下所示：/*-延時子程序-*/void delay(uint K) uint i,j; for(i=K;i>0;i-) for(j=120;j>0;j-);/*-初始化子程序-*/ void Initialization() TMOD=0x01; / 中斷初始化 TH0 = -50000/256; / 設置定時器初值（定時50ms） TL0 = -50000%256; EA=1; / 開總中斷 ET0

14、=1; / T0允許 小貼士：常量我們已經學習了 KEIL C51 編譯器所支持的數據類型。而這些數據類型又是怎么用在常量和變量的定義中的呢？又有什么要注意的嗎？常量就是在程序運行過程中不能改變值的量，而變量是可以在程序運行過程中不斷變化的量。 變量的定義可以使用所有 C51 編譯器支持的數據類型，而常量的數據類型只有整型、浮點型、字符型、字符串型和位標量。下面我們來學習常量的定義和用法， 常量的數據類型說明是這樣的 1 整型常量可以表示為十進制如 123,0，89 等。 十六進制則以 0x 開頭如0x34,-0x3B等。長整型就在數字后面加字母 L，如 104L，034L，0xF340 等。

15、 2 浮點型常量可分為十進制和指數表示形式。十進制由數字和小數點組成，如0.888,3345.345,0.0 等，整數或小數部分為 0，可以省略但必須有小數點。指數表示形式為±數字.數字e±數字，中的內容為可選項，其中內容根據具體情況可有可無，但其余部分必須有,如125e3,7e9,-3.0e-3。 3 字符型常量是單引號內的字符，如a,d等，不可以顯示的控制字符，可以在該字符前面加一個反斜杠“”組成專用轉義字符。常用轉義字符表請看表1。 4 字符串型常量由雙引號內的字符組成，如“test”,“OK”等。當引號內的沒有字符時，為空字符串。在使用特殊字符時同樣要使用轉義字符如

16、雙引號。在 C 中字符串常量是做為字符類型數組來處理的，在存儲字符串時系統會在字符串尾部加上o轉義字符以作為該字符串的結束符。字符串常量“A”和字符常量A是不同的，前者在存儲時多占用一個字節的字間。 5 位標量，它的值是一個二進制。表1-4 常用轉義字符表轉義字符含義o空字符(NULL)00H/0n換行符(LF)0AH/10r回車符(CR)0DH/13t水平制表符(HT)09H/9b退格符(BS)08H/8f換頁符(FF)0CH/12單引號27H/39”雙引號22H/34反斜5CH/92常量可用在不必改變值的場合，如固定的數據表，字庫等。常量的定義方式有幾種,下面來加以說明。 #difine

17、False 0x0; /用預定義語句可以定義常量 #difine True 0x1; /這里定義False 為0,True為1 /在程序中用到 False 編譯時自動用 0 替換，同理 True 替換為1 unsigned int code a=100; /這一句用 code 把a定義在程序存儲器中并賦值 const unsigned int c=100; /用const 定義 c 為無符號 int常量并賦值 以上兩句它們的值都保存在程序存儲器中，而程序存儲器在運行中是不允許被修改的，所以如果在這兩句后面用了類似 a=110，a+這樣的賦值語句，編譯時將會出錯。1.4 軟件硬件的仿真調試1、首

18、先利用ISIS-Professional軟件設計好硬件電路圖。2、其次，利用KEIL軟件建立工程項目，把用C語言編好的程序通過該軟件平臺進行編譯，直至把C程序修改無錯誤為止，并生成HEX文件。3、在ISIS-Professional軟件平臺下導入由KEIL軟件生成的HEX文件，進行仿真，仔細觀察產生的現象和效果，根據仿真的效果，邊修改邊調試，直到仿真效果與我們對項目的要求一致為止。 1.5 相關知識-MCS-51單片機的中斷系統與定時/計數器MCS-51單片機在內部集成了兩個可編程的定時器/計數器：T0和T1。它們既可以工作于定時模式，也可以工作于外部事件計數模式。所以人們稱之為定時器/計數器

19、。可編程是指其功能，如工作方式、計數長度、定時時間、啟動/停止等均可由指令來改變和設定，從而滿足單片機控制中的準確定時、精確延時、實時檢測以及計數等需要。 定時/計數器0、1 的結構及工作原理定時/計數器的核心是一個加1計數器。當它對外部事件計數時，由于頻率不固定，稱之為計數器;當它對內部固定頻率的機器周期進行計數時，稱為定時器。MCS-51單片機內有2個16位可編程的定時器/計數器，分別為T0和T1。 定時器/計數器結構圖如下圖所示： 圖1-4 MCS-51單片機的定時器/計數器結構圖MCS-51單片機的定時器/計數器實質上是計數長度最長為16位的加1計數器，從圖1-3中可以看出，T0由一個

20、定時器/計數器低8位特殊功能寄存器TL0和一個定時器/計數器高8位特殊功能寄存器TH0組成，T1由TL1和TH1組成。TMOD是定時器/計數器的工作方式寄存器，用于設定定時器/計數器的工作方式和功能；TCON是定時器/計數器的控制寄存器，用于控制T0、T1的啟動/停止以及設置溢出標志。定時器/計數器的加1計數器輸入的計數脈沖有兩個來源，一個是由系統內部的時鐘振蕩器輸出脈沖經12分頻后送來，另一個是由T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來一個脈沖，計數器加1。當加到計數器為全1時，再輸入一個脈沖，就會使計數器回零，且計數器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發出中斷請求。1設置為定時器模

21、式時定時器/計數器設量為定時器模式時，用于對內部機器周期計數（1個機器周期等于12個時鐘周期，即計數頻率為晶振頻率的1/12）。計數值乘以機器周期就是定時時間。 2設置為計數器模式時定時器/計數器設置為計數器模式時，外部事件計數脈沖由T0（P3.4）或T1（P3.5）引腳輸入到計數器。要求被取樣的電平至少要維持一個機器周期，也就是說計數脈沖的周期不能小于兩個機器周期。1.5.2 定時器/計數器的控制1、定時器/計數器控制寄存器TCONTCON的高4 位用于控制定時器/計數器的啟動/停止和作為溢出中斷請求標志。TCON各位的定義如表1-5所示。 表1-5 特殊功能寄存器TCON（1）TR0（TC

22、ON.4）：定時器/計數器T0啟/停控制位。 TR0置1時，定時器/計數器T0開始計數，直到計滿溢出為止它都獨立工作，不占用CPU的時間；TR0置0時，T0停止計數。TR0可通過指令進行置1或清0。所以可通過軟件來控制定時器/計數器的啟動與停止。（2）TF0（TCON.5）：定時器/計數器T0溢出中斷請求標志位。 定時器/計數器T0計數溢出時，由硬件自動置TF0為1。向CPU發出溢出中斷請求，若CPU響應中斷，則TF0由硬件自動清0。T0工作時，CPU可隨時查詢TF0的狀態。所以TF0可用作查詢測試的標志。TF0也可以用軟件置1或清0，與硬件置1或清0的效果相同。（3）TR1（TCON.6）：

23、定時器/計數器T1啟/停控制位，其功能與TR0類同。（4）TF1（TCON.7）：定時器/計數器T1溢出中斷請求標志位，其功能與TF0類同。2、定時器/計數器方式寄存器TMODTMOD用于設置定時器/計數器的工作方式，其低4位用于控制T0，高4位用于控制T1。TMOD各位的定義如表1-6所示。表1-6 特殊功能寄存器TMOD（1）GATE：門控位。GATE0時，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1置1，就可以啟動定時器/計數器；GATA1時，要用軟件使TR0或TR1置1，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時器/計數器。即此時定時器的啟動需要加上或引腳為高電平這一條件。（2）C/：定時

24、器/計數器模式選擇位。 C/ 0為定時器模式;C/ =1為計數器模式。（3）M1M0：工作方式設置位。定時器/計數器有4種工作方式，由M1M0進行設置： 表1-7 定時器/計數器4種工作方式M1M0工作方式功 能 說 明00方式013位定時器/計數器01方式116位定時器/計數器10方式28位自動重裝定時器/計數器11方式3T0分成兩個獨立的8位定時器/計數器；T1在該方式下停止計數，在其他方式下可工作，但不能產生溢出中斷請求標志應注意的是，計數器啟動前，應先為它裝入方式控制字以設定其工作方式。由于TMOD只能按字節尋址，不能進行位尋址，所以只能用字節操作指令設置定時器/計數器的工作方式。CP

25、U 復位時，TMOD所有位被清0。 定時器/計數器的工作方式1 方式0當TMOD的D1、D0位M1M0為00時，定時器/計數器工作于方式0，其在該工作方式下的邏輯結構圖如圖1-5所示。圖1-5 定時器/計數器T0工作于方式0時的邏輯結構圖方式0為13位加1計數，由TL0低5位（高3位未用）和TH0的8位組成。TL0的低5位溢出時，向TH0進位，TH0溢出時，置位TCON中的TF0標志，向CPU發出中斷請求。 （1）當C/= 0時，為定時模式從圖1-4可知，C/ = 0時，選擇開關接通的計數脈沖是機器周期脈沖，T0對內部機器周期計數。定時時間由如下公式確定。定時時間 

26、;= 計數值 × 機器周期 = (213計數初值) × 機器周期其中，機器周期 = 時鐘周期 × 12 213是T0在方式0時的最大計數值（計數模值）。在定時器/計數器的應用中，只要根據需要定時的時間值計算出計數初值，送入TH0、TL0 中，便可以實現精確定時，計數初值按如下公式計算。計數初值 = 213  定時時間/機器周期如果晶振頻率為12MHz，則時鐘周期為(1/12)ms，機器周期為1ms，當初值為0時，方式

27、0的最長定時時間為8.192ms。【例1】若單片機使用的晶振頻率為12MHz。請計算采用T0方式0定時2ms所需的定時器初值。解：根據公式，計算如下。計數初值 = 213  定時時間/機器周期 = 213  2ms/1m即TH0應裝入計數初值的高8位為C1H，TL0應裝入計數初值的低5位為10H。（2）當 C/ = 1時，為計數模式從圖1-4可知，C/ = 1時，選擇開關接通的計數脈沖是T0引腳上的外部脈沖，T0對來自外部的輸入脈沖進行計數。當然，如果外部輸入脈沖是規則脈沖，則也可以實現定時。

28、（3）門控位GATE的作用當GATE = 0時，經反相使或門輸出為1，此時僅由TR0控制與門的開啟。當TR0 = 1，與門輸出1時，控制開關接通，計數開始。 當GATE = 1時，由控制或門的輸出，此時與門的開啟由和TR0共同控制。當TR0 = 1且引腳為高電平時，啟動計數功能，TR0 = 0或引腳為低電平時，停止計數。2方式1當M1M0的D1、D0位為01時，定時器/計數器工作于方式1。其電路結構和操作方法與方式0基本相同，它們的差別僅在于計數的位數不同，如圖1-6所示。 圖1-6 定時器/計

29、數器工作于方式1時邏輯結構圖方式1的計數位數是16位，由TL0作為低8位，TH0作為高8位，組成了16位加1計數器。計數模值為216。計數初值的計算公式如下。計數初值 = 216  定時時間/機器周期如果晶振頻率為12MHz，則時鐘周期為1/12ms,機器周期為1ms，方式1的最長定時時間為65.536ms。【例2】若單片機使用的晶振頻率為12MHz。請計算采用T0方式1定時2ms所需的定時器初值。解：根據公式，計算如下。計數初值 = 216  定時時間/機器周期 = 216 

30、0;2ms/1s = 63536 = F830H 即TH0應裝入計數初值的高8位為F8H，TL0應裝入計數初值的低8位為30H。 采用上述兩種方式定時時，在計數器啟動工作前，就應裝入計數器初值，并通過指令啟動其工作，當定時器/計數器計滿至溢出，回到全0時，自動向CPU發出溢出中斷請求。但若需要定時器/計數器再次定時，就必須在其中斷服務程序中重裝初值。3 方式2當 M1M0為10時，定時器/計數器工作于方式2，其邏輯結構如圖1-7所示。圖1-7 定時器/計數器工作于方式2時的邏輯結構圖方式2為自動重裝初值的8位計數方式。TH0為8位初值寄存器，當TL0計滿

31、溢出時，由硬件電路使TF0置1，向CPU發出中斷請求，并將TH0中的計數初值自動送入TL0。TL0從初值重新進行加1計數。周而復始，直至TR0=0才會停止。計數初值 = 28  定時時間/機器周期 如果晶振頻率為12MHz，則時鐘周期為(1/12)ms，機器周期為1ms，方式2的最長定時時間為0.256ms。 由于工作方式2時，無須在中斷服務程序中重裝初值，所以特別適用于較精確的脈沖信號發生器。但在定時器初始化時，必須將計數初值同時送入TL0和TH0。4 方式3當M1M0為11時，T0被設置為方式3，其邏輯結構如圖1-7所示。定時器T1不能工作在方式3，

32、一旦設定T1為方式3，則T1自動停止工作。從圖1-8可以看出，設置為方式3時，T0分為兩個獨立的8位計數器TL0和TH0。TL0使用T0的所有控制位：C/、GATE、TR0、TF0。當TL0計數溢出時，由硬件電路使TF0置1，向CPU發出中斷請求。TH0則固定為定時方式（不能進行外部脈沖計數），并且借用了T1的控制位TR1、TF1。因此，TH0的啟/停受TR1控制，TH0的溢出將置位TF1。圖1-8 定時器/計數器工作方式3邏輯結構圖編程說明MCS-51單片機的定時器是可編程的，但在進行定時或計數之前要對程序進行初始化，具體步驟如下：（1）確定工作方式字：對TMOD寄存器正確賦值；（2）確定定

33、時初值：計算初值，直接將初值寫入寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1；初值計算： 設計數器的最大值為M，則置入的初值X為： 計數方式：X=M-計數值 定時方式：由(M-X)T=定時值,得X=M-定時值/T T為計數周期，是單片機的機器周期。（模式0 M為213，模式1 M為216，模式2和3 M為28）（3）根據需要，對IE置初值，開放定時器中斷；（4）啟動定時/計數器，對TCON寄存器中的TR0或TR1置位，置位以后，計數器即按規定的工作模式和初值進行計數或開始定時。 附錄：完整程序代碼#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#d

34、efine uint unsigned int/*-數碼管顯示代碼-*/uchar code shuma=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x00;uchar Attack_time,Temp; uint count1; / 時間全局變量sbit attack_begin=P30; / 24秒進攻開始按鍵K1sbit attack_pause=P31; / 24秒進攻暫停按鍵K2bit flag ，OR_ZERO,k1,k2; /定義一些標志位 int Temp_attack_time; uint attack_sec_shi

35、，attack_sec_ge; / 進攻 秒 十位，進攻 秒 個位 /*-子程序聲明-*/ void delay(uint K); /延時子程序 void Display(); / 顯示子程序 void Attack_key_event();/進攻24秒子程序 void Pause_key_event(); / 暫停子程序 void Initialization(); /初始化子程序/*-主程序-*/void main(void) Initialization(); while(1) Display(); / 顯示子程序 Attack_key_event(); / 24秒控制 Pause_key_event(); /*-T0中斷服務程序-*/void T0_int()interrupt 1 / 使用定時器T0,方式1，定時1s TH0 = -50000/256; / 設置定時器初值（定時50ms） TL0 = -50000%256; count1+; if(count1=10) / 循環20次 count1=0; flag=1; /*-延