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摘 要 篮球比赛现在越来越受到年轻人的喜爱，所以球赛中严谨的计分计时工作便变得非常重要。但在传统的篮球比赛里，都是采用人工计时计分手段，这就带来了很多弊端。首先，我们需要安排专人负责计分和计时，这明显浪费了资源。其次，即使专业人员来记录时间和得分，但是偶尔也会出现错误，这显著影响了游戏时间和得分的准确性，并且这些弊端必然会影响比赛的公平性。从而看来，一个高性能、高稳定的计时计分器对于一场球赛来说还是特别重要的。本文就是主要研究一个功能强大、高稳定性、显示准确的篮球赛计时计分器系统的设计。该设计作为计时计分的工具广泛适用于学校篮球赛中。
关键词 STC89C52RC单片机 篮球比赛 计时计分 系统设计
中图分类号：U463.7 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2021）02-0001-08
随着社会的飞速发展，体育活动成为了人们生活中非常重要的一部分，其中篮球比赛就深受青少年们的喜爱。但是赛场上古老传统的计时计分工具很难准确地记录比赛时间和比分，这给我们造成了很大的不便。为此，我设计了一个基于单片机的篮球赛计时计分系统，它计时准确、系统原料简单、流动性强、按键功能强大，很适用于对篮球赛计时要求高的场合。该设计的系统以单片机STC89C52作为核心控制，七段共阳数码管作显示元件，通过计时计分电路、按键电路、报警电路等作用来驱动蜂鸣器发声。
该系统由几个模块组成，分为计时计分模块、显示模块、按键控制键盘模块和定时报警模块。系统采用模块化设计，让程序结构简单明了，更符合人们的个性化。另外系统所设计的程序具有很高的可读性，易于对它进行调试、修改和编写，对程序进行局部的编写，并不影响其他程序的效果。利用Keil C51软件进行编程调试，将生成的十六进制文件，利用ISP工具下载到单片机中。采用Proteus軟件来进行仿真，检测是否达到预期功能。[1]
该系统主要由单片机STC89C52RC、计时计分电路、时钟电路、按键开关电路和报警电路等硬件电路组成。本设计采用软件编程设计的计时计分电路来控制七段共阳数码管显示的篮球赛计时计分器系统，该系统能够准确计分、计时方便，赛程时间暂停和定时设置，能及时刷新队伍比分，具有显示准确、性能稳定、价格便宜、报警指示、便于携带等优点。
1 篮球赛计时计分器的研究与发展
1.1 篮球赛计时计分器发展过程
篮球是一项很受人们喜爱的体育运动，它是以投篮为中心的对抗性运动。早在100多年前，美国一所基督教训练学校的老师就创立了篮球游戏。他就是詹姆士奈斯密斯博士，为了更好地完善篮球游戏，他制定了13条游戏规则，后来经过慢慢地增加和修改，游戏出场的人数也慢慢减少，直到规定每个队伍只能5个人上场，才演变成现在的篮球运动项目。篮球运动随后就在世界各地流行起来，这时候就需要工具来计时计分，那么篮球赛计时计分器就开始产生。起先，并没有正式准确的计时计分工具，只有普通的计时钟和比分板，这显然不能准确地记录比赛数据。[2]为了解决这个不公平的问题，刚成立的FIBA（国际业余篮球联合会）初略的制定了世界第一份统一的篮球比赛规则，与此同时，篮球计时计分器也渐渐步入了电子时代，慢慢的出现了比赛计时钟与简单的计分电路，还有供暂停篮球比赛时用的计秒表，同时也新加入了参赛队员犯规打球的标志牌。上个世纪80年代，全球经济和科技迅速发展，电子技术也达到了一个全新的高度，这为人们的生活带来了很大的方便。其中智能仪器就最具有代表性，它完全打破了传统的仪器概念。新的智能仪器已经开始应用于生活中，篮球赛计时计分器就应用了这些电子技术，实现了用单片机为控制核心，来准确、稳定的记录篮球比赛。[3]
1.2 篮球赛计时计分器研究目的与意义
经过多年的发展和实践，新的篮球赛计时计分器解决了传统的不稳定、准确度低等一些问题，但是因为造价成本高、技术还不够成熟等原因，它还不能广泛应用于人类生活中。随着时代的进步发展，人们学会了采用单片机控制这个计时计分器系统，搭载着按键和LED显示器，更容易操作和安装，且造价成本低，可以适用于学校篮球赛和计时要求高的小团体篮球活动。
新的电子计时计分器运用了单片机控制系统，这就大大的提高了比赛数据的准确性和公平性。另外篮球赛计时计分器具有比赛进行时间计时、暂停和调整比赛时间、显示比赛成绩这些功能，这些明显节约了很多资源并且更方便让人们使用它。新的计时计分器的到来，给比赛计时计分的工作带来了非常大的便利，更利于开展篮球这项体育运动，随着更多的人越来越喜爱篮球这项运动，这也是对我们国家篮球事业有着明显的促进发展作用。[4]
1.3 篮球赛计时计分器研究现状
随着科学技术的高速发展，各种新型电子产品涌入市场，功能也各不相同，深受消费者们的喜欢。其中篮球赛计时计分器也得到了更新换代，经过这么多年的研究和发展，技术层面已经相当成熟了。计时计分器已经运用到了各大体育馆、学校等场合。虽然电子计时计分器很早就应用在篮球比赛中，但是它所利用的技术支持通常都是模拟电子和数字电子器件，也有是两者混合组成的器件，这些器件的准确性和稳定性仍不能达到新的高度，还是存在一些瑕疵。这些电子技术上的难题仍需要科学家们不断去开发和研究，高稳定性和高准确度计时计分器的实现依然是目前科学研究和生产的课题。
2 篮球赛计时计分器的工作原理
2.1 篮球赛计时计分器的基本原理与组成
根据这次课题所研究的要求，这里介绍一种篮球赛计时计分器所设计的基本原理和方法，即是通过单片机编程控制外围数码管工作的电路，这个电路设计成本很低，使用很广泛，因此很有研究生产的价值。[5-6]该电路采用单片机STC89C52RC作为核心元件，利用一个四位一体数码管显示比赛时间的计时，另外两个共阳的三位一体管来显示两队比赛队伍的分数。两个三位一体数码管能够显示分数范围达0～999分，足够统计赛程比分，四位一体数码管中有两个用于显示分钟，剩下两个显示秒钟。比赛开始前，将时间设置好，比赛一开始就启动计时，直到倒计时走到零为止，这个设计的计时范围是0～99分钟，也能满足实际比赛计时的需求。另外本设计为了校正计分器比分和调整比赛时间的方便，增加了6个按键，4个按键用于输入两个参赛队伍的的分数，另外2个按键用于暂停和启动比赛时间。考虑到篮球赛的实际情况，该设计还添加了定时报警系统，倒计时结束，设计自带的扬声器就会发出警报提示比赛结束。 该设计拥有能够准确记录比赛数据、比赛定时设置、比赛暂停、刷新比分等强大功能。该系统构成可由计时显示模块、计分显示模块、定时报警模块和按键控制模块组成。
2.2 篮球赛计时计分器的特点
与传统的人工计时计分相比，电子计时计分器有其非常优秀的特点，具体表现如下：
（1）能够稳定的、精确地记录比赛数据;
（2）能够定时和暂停赛程时间、并能修改赛程时间;
（3）能够随时刷新两支队伍在赛程中的比分;
（4）当场中交换比赛场地时，能够交换两支队伍的比分位置;
（5）当计时器倒计时为零时，能够发出警报，提示比赛结束;
（6）它的造价成本低，可靠性高，功能齐全，已经应用到了人们的生活中，能适用于各种场所的篮球比赛计分。
2.3 篮球赛计时计分器的功能介绍
本设计能够直观的显示比赛实时比分和时间，随时暂停或启动比赛并可以调整比分。当一节比赛结束时，系统会发出提示声音，交换场地时可以交换两队伍比分的显示位置。这些功能可以作为普通篮球赛的计时计分器。[7]
3 篮球赛计时计分器的总体设计
本文中设计的篮球赛计时计分器由硬件电路和软件调试部分组成。
3.1 系统总体方案设计
这个系统主要包括单片机控制系统、计时计分显示模块、按键控制模块、定时报警模块和供电电源模块。这些模块相互协调工作，就能让这个系统正常运行，从而稳定的显示计时计分功能。该系统框图如上图1所示。
3.2 主要器件的选择
本文设计的是一个成本低、功能齊全的篮球赛电子计时计分器，所以首先选择了价格合理性价比高的器件来作为实验材料。我选择了性能高的单片机STC89C52作为系统核心，两个三位一体数码管来显示比赛分数，一个四位一体数码管来显示比赛时间。另外该系统的供电电源采用了USB电源线和5V直流电源两种供电方式。[8]
3.2.1 核心控制——STC89C52RC
STC89C52RC型单片机是宏晶科技公司研发的一种新型单片机，它具有超强抗干扰能力、运行速度快、高可靠、功耗低等优良特性。它的指令代码直接兼容传统的8051单片机。它的功能特性如下：
（1）有12时钟每机器周期和6时钟每机器周期两种任意选择，而且指令代码完全兼容传统8051;
（2）STC89C52系列单片机工作电压：5.5V～3.8V（5V单片机）。普通的8051工作频率是0～70MHz，而它的工作频率是：0～35MHz，实际的工作频率可以达到42MHz;
（3）芯片上集成了1280字节或512字节RAM;
（4）通用I/O口（35/39个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）;P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O使用时，需加上拉电阻;
（5）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），可通过串口直接下载用户数据。具有EEPROM功能、看门狗（WDT）功能;
（6）共3个十六位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个八位定时器使用。
在各种模式下，整个系统的功耗都非常低。正常工作模式功耗：4mA～7mA。掉电模式：典型功耗
关键词 STC89C52RC单片机 篮球比赛 计时计分 系统设计
中图分类号：U463.7 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2021）02-0001-08
随着社会的飞速发展，体育活动成为了人们生活中非常重要的一部分，其中篮球比赛就深受青少年们的喜爱。但是赛场上古老传统的计时计分工具很难准确地记录比赛时间和比分，这给我们造成了很大的不便。为此，我设计了一个基于单片机的篮球赛计时计分系统，它计时准确、系统原料简单、流动性强、按键功能强大，很适用于对篮球赛计时要求高的场合。该设计的系统以单片机STC89C52作为核心控制，七段共阳数码管作显示元件，通过计时计分电路、按键电路、报警电路等作用来驱动蜂鸣器发声。
该系统由几个模块组成，分为计时计分模块、显示模块、按键控制键盘模块和定时报警模块。系统采用模块化设计，让程序结构简单明了，更符合人们的个性化。另外系统所设计的程序具有很高的可读性，易于对它进行调试、修改和编写，对程序进行局部的编写，并不影响其他程序的效果。利用Keil C51软件进行编程调试，将生成的十六进制文件，利用ISP工具下载到单片机中。采用Proteus軟件来进行仿真，检测是否达到预期功能。[1]
该系统主要由单片机STC89C52RC、计时计分电路、时钟电路、按键开关电路和报警电路等硬件电路组成。本设计采用软件编程设计的计时计分电路来控制七段共阳数码管显示的篮球赛计时计分器系统，该系统能够准确计分、计时方便，赛程时间暂停和定时设置，能及时刷新队伍比分，具有显示准确、性能稳定、价格便宜、报警指示、便于携带等优点。
1 篮球赛计时计分器的研究与发展
1.1 篮球赛计时计分器发展过程
篮球是一项很受人们喜爱的体育运动，它是以投篮为中心的对抗性运动。早在100多年前，美国一所基督教训练学校的老师就创立了篮球游戏。他就是詹姆士奈斯密斯博士，为了更好地完善篮球游戏，他制定了13条游戏规则，后来经过慢慢地增加和修改，游戏出场的人数也慢慢减少，直到规定每个队伍只能5个人上场，才演变成现在的篮球运动项目。篮球运动随后就在世界各地流行起来，这时候就需要工具来计时计分，那么篮球赛计时计分器就开始产生。起先，并没有正式准确的计时计分工具，只有普通的计时钟和比分板，这显然不能准确地记录比赛数据。[2]为了解决这个不公平的问题，刚成立的FIBA（国际业余篮球联合会）初略的制定了世界第一份统一的篮球比赛规则，与此同时，篮球计时计分器也渐渐步入了电子时代，慢慢的出现了比赛计时钟与简单的计分电路，还有供暂停篮球比赛时用的计秒表，同时也新加入了参赛队员犯规打球的标志牌。上个世纪80年代，全球经济和科技迅速发展，电子技术也达到了一个全新的高度，这为人们的生活带来了很大的方便。其中智能仪器就最具有代表性，它完全打破了传统的仪器概念。新的智能仪器已经开始应用于生活中，篮球赛计时计分器就应用了这些电子技术，实现了用单片机为控制核心，来准确、稳定的记录篮球比赛。[3]
1.2 篮球赛计时计分器研究目的与意义
经过多年的发展和实践，新的篮球赛计时计分器解决了传统的不稳定、准确度低等一些问题，但是因为造价成本高、技术还不够成熟等原因，它还不能广泛应用于人类生活中。随着时代的进步发展，人们学会了采用单片机控制这个计时计分器系统，搭载着按键和LED显示器，更容易操作和安装，且造价成本低，可以适用于学校篮球赛和计时要求高的小团体篮球活动。
新的电子计时计分器运用了单片机控制系统，这就大大的提高了比赛数据的准确性和公平性。另外篮球赛计时计分器具有比赛进行时间计时、暂停和调整比赛时间、显示比赛成绩这些功能，这些明显节约了很多资源并且更方便让人们使用它。新的计时计分器的到来，给比赛计时计分的工作带来了非常大的便利，更利于开展篮球这项体育运动，随着更多的人越来越喜爱篮球这项运动，这也是对我们国家篮球事业有着明显的促进发展作用。[4]
1.3 篮球赛计时计分器研究现状
随着科学技术的高速发展，各种新型电子产品涌入市场，功能也各不相同，深受消费者们的喜欢。其中篮球赛计时计分器也得到了更新换代，经过这么多年的研究和发展，技术层面已经相当成熟了。计时计分器已经运用到了各大体育馆、学校等场合。虽然电子计时计分器很早就应用在篮球比赛中，但是它所利用的技术支持通常都是模拟电子和数字电子器件，也有是两者混合组成的器件，这些器件的准确性和稳定性仍不能达到新的高度，还是存在一些瑕疵。这些电子技术上的难题仍需要科学家们不断去开发和研究，高稳定性和高准确度计时计分器的实现依然是目前科学研究和生产的课题。
2 篮球赛计时计分器的工作原理
2.1 篮球赛计时计分器的基本原理与组成
根据这次课题所研究的要求，这里介绍一种篮球赛计时计分器所设计的基本原理和方法，即是通过单片机编程控制外围数码管工作的电路，这个电路设计成本很低，使用很广泛，因此很有研究生产的价值。[5-6]该电路采用单片机STC89C52RC作为核心元件，利用一个四位一体数码管显示比赛时间的计时，另外两个共阳的三位一体管来显示两队比赛队伍的分数。两个三位一体数码管能够显示分数范围达0～999分，足够统计赛程比分，四位一体数码管中有两个用于显示分钟，剩下两个显示秒钟。比赛开始前，将时间设置好，比赛一开始就启动计时，直到倒计时走到零为止，这个设计的计时范围是0～99分钟，也能满足实际比赛计时的需求。另外本设计为了校正计分器比分和调整比赛时间的方便，增加了6个按键，4个按键用于输入两个参赛队伍的的分数，另外2个按键用于暂停和启动比赛时间。考虑到篮球赛的实际情况，该设计还添加了定时报警系统，倒计时结束，设计自带的扬声器就会发出警报提示比赛结束。 该设计拥有能够准确记录比赛数据、比赛定时设置、比赛暂停、刷新比分等强大功能。该系统构成可由计时显示模块、计分显示模块、定时报警模块和按键控制模块组成。
2.2 篮球赛计时计分器的特点
与传统的人工计时计分相比，电子计时计分器有其非常优秀的特点，具体表现如下：
（1）能够稳定的、精确地记录比赛数据;
（2）能够定时和暂停赛程时间、并能修改赛程时间;
（3）能够随时刷新两支队伍在赛程中的比分;
（4）当场中交换比赛场地时，能够交换两支队伍的比分位置;
（5）当计时器倒计时为零时，能够发出警报，提示比赛结束;
（6）它的造价成本低，可靠性高，功能齐全，已经应用到了人们的生活中，能适用于各种场所的篮球比赛计分。
2.3 篮球赛计时计分器的功能介绍
本设计能够直观的显示比赛实时比分和时间，随时暂停或启动比赛并可以调整比分。当一节比赛结束时，系统会发出提示声音，交换场地时可以交换两队伍比分的显示位置。这些功能可以作为普通篮球赛的计时计分器。[7]
3 篮球赛计时计分器的总体设计
本文中设计的篮球赛计时计分器由硬件电路和软件调试部分组成。
3.1 系统总体方案设计
这个系统主要包括单片机控制系统、计时计分显示模块、按键控制模块、定时报警模块和供电电源模块。这些模块相互协调工作，就能让这个系统正常运行，从而稳定的显示计时计分功能。该系统框图如上图1所示。
3.2 主要器件的选择
本文设计的是一个成本低、功能齊全的篮球赛电子计时计分器，所以首先选择了价格合理性价比高的器件来作为实验材料。我选择了性能高的单片机STC89C52作为系统核心，两个三位一体数码管来显示比赛分数，一个四位一体数码管来显示比赛时间。另外该系统的供电电源采用了USB电源线和5V直流电源两种供电方式。[8]
3.2.1 核心控制——STC89C52RC
STC89C52RC型单片机是宏晶科技公司研发的一种新型单片机，它具有超强抗干扰能力、运行速度快、高可靠、功耗低等优良特性。它的指令代码直接兼容传统的8051单片机。它的功能特性如下：
（1）有12时钟每机器周期和6时钟每机器周期两种任意选择，而且指令代码完全兼容传统8051;
（2）STC89C52系列单片机工作电压：5.5V～3.8V（5V单片机）。普通的8051工作频率是0～70MHz，而它的工作频率是：0～35MHz，实际的工作频率可以达到42MHz;
（3）芯片上集成了1280字节或512字节RAM;
（4）通用I/O口（35/39个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）;P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O使用时，需加上拉电阻;
（5）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），可通过串口直接下载用户数据。具有EEPROM功能、看门狗（WDT）功能;
（6）共3个十六位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个八位定时器使用。
在各种模式下，整个系统的功耗都非常低。正常工作模式功耗：4mA～7mA。掉电模式：典型功耗