隨著籃球運動的普及，為了解決偏遠貧困山區籃球比賽和小團體外出比賽的計時問題，利用AT89C51芯片控制能力強，設計靈活，以及編程語言易于修改等優點，采用軟件設計和硬件設計相結合，設計了該便攜式籃球計時器，利用Keil μVision 3運行程序、調試時間、運行步驟，將寫好的程序導入仿真硬件電路中，查看是否與設計要求一致。該設計具有性能穩定，功耗低，價格便宜，易于攜帶等特點。
0 引言
本設計利用單片機AT89C51完成了計時的功能，詳細地介紹了系統硬件與軟件的設計過程，設計由AT89C51編程控制Led七段數碼管作顯示的籃球計時系統。該系統具有賽程時間設定，計時啟功，暫停，報警，24 s及復位等功能。
1 系統原理
籃球比賽計時的準確性和計時的精確度是要求很高的，而單片機在這方面有著出色的表現。該系統采用頻率為12 MHz的芯片，整個系統由按鍵、計時顯示、報警，箭頭方向等部分組成。該系統組成方框圖如圖1所示。
單片機是該系統電路的核心組成部分，系統的各種功能都是在單片機內通過編程來實現。單片機選用AT89C51。它的X1(19腳)和X2(18腳)外接12MHz晶振，為單片機提供時鐘信號。晶振的2個引腳分別串一個瓷片電容，電容值為20～50 pF，用于提高晶振頻率的穩定性。共接入6個4寸7段共陽極數碼管顯示器，用于賽程的時間和記錄24 s違規計時顯示。
2 系統硬件設計
2．1 定時控制部件設計
定時控制部件是在規定的時刻發出各種操作所需的全部內部和外部控制信號，使各功能元件協調工作，完成指令所規定的功能。主要任務是產生一個工作時序，其工作需要時鐘電路提供一個工作頻率。
MCS-51內部有一個用于構成振蕩器的高增益反向放大器，該放大器的輸入端和輸出端分別是XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接時鐘源可構成時鐘電路。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，與內部反向器構成穩定的自激振蕩器，它發出的脈沖直接送入片內的定時控制部件。
2．2 系統的復位電路設計
設計采用的是上電加按鈕電平復位，是上電自動復位與按鈕電平復位的組合。上電復位利用電容充電來實現，即上電瞬間RST／Vpd端的電位與Vcc相同，隨著充電電流的減少，RST／Vpd的電位下降，最后被復位在0 V，按鈕電平復位，當按鈕按下后，電源Vcc通過電阻施加在單片機復位端RST／Vpd上，實現單片機的復位。
2．3 報警器
設計采用的是12 V電磁式鐵振膜蜂鳴器作為報警器。當單片機送一個高電平延時一段時間，經過三極管將信號放大后驅動中間繼電器，再由中間繼電器驅動12 V電磁式鐵振膜蜂鳴器，使得電磁線圈產生了一個磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下振動發聲。
2．4 譯碼及驅動部分電路
譯碼及驅動部分由74LS248和ULN2804A兩塊芯片組成，其輸入電壓為12 V。74LS248的輸入端與單片機的I／O口對應相連，ULN2404A的輸出端與數碼管的段選端相連。
3 籃球計時器軟件設計
首先在比賽之前，接通電源，系統自動復位，首先設置時間，通過上下撥動“設置時間”的按鈕來設置比賽的時間，本設計已設好12 min和10 min一節的兩種時間，按下啟動按鈕，計時器面板的計時電路共陽極數碼管計時部分顯示為“12-00”或“10：00”；24 s計時器顯示為“24”。當比賽開始時，按下“運行”按鈕計時器計時部分和24 s部分同時開始運行。
在比賽過程中可以通過球權按鍵來控制箭頭的指向，從而顯示比賽中擁有球權的隊。若控球方在24 s內未違規，則只需按一下“24 s復位”按鈕即可，當24 s違規時，該蜂鳴器會發出2 s的報警聲音。
當小節比賽到最后10 min時，計時器向蜂鳴器發出信號，蜂鳴器報警提示1 s，此時計時器的計時顯示面板由“00-10”變為“10—00”，當24 s顯示面板此時變為毫秒計時，這時就進入1／10 s倒計時。
當比賽結束時蜂鳴器報警提示4 s，計時器面板計時部分顯示為“00-00”，24 s顯示器顯示為“00”。此時本場比賽結束。流程圖如圖2所示。
4 系統調試
4．1 軟件調試
利用Keil μVision 3進行仿真調試，根據設計要求運行程序、調試時間、運行的步驟等，最終達調試到設計需要的參數。
(1)程序編完后，對代碼仔細逐行檢查。檢查代碼的錯誤，建立自己的代碼檢查表，對經常易錯的地方進行檢查。檢查代碼是否符合編程規范。
(2)對各個子程序進行仿真測試。仿真測試的方法：用程序測試程序，編制一個調用該子程序的代碼，建立要測試子程序的入口條件，再看看它是否按預期輸出結果。
(3)如果代碼有修改，再次對代碼進行檢查。
4．2 硬件調試
在Proteus Professional 7．1 SP2單片機仿真與電路板設計軟件中繪制電路原理圖，在搭接好基本電路后根據設計要求設置參數，之后將寫好的程序導入仿真硬件電路中，然后運行，觀察仿真現象是否與設計要求的一致。
主要需要調試的是電路的輸入電壓，計算電路中的電流來設置具體的通過每個元件的允許電流，即Imax，在調試穩壓電源的時候需根據計算結果，選擇變壓器的參數，即能夠提供的最大電流、功率。合理選用電容參數的大小以保證穩壓電路的穩壓系數。仿真得到的效果和制作出來的實物之間有一定的差距，因為實際電路存在電損耗，所以在搭接硬件電路時必須考慮這些方面的影響。
5 注意事項
(1)根據硬件電路原理圖和裝配圖仔細檢查線路的正確性，并檢查元器件安裝是否正確。常要注意的是芯片及開關管的型號、放大器和開關管的極性、電容器的耐壓和極性、電阻的阻值和功率是否與設計圖紙相符，重點檢查系統總線間或總線與其他信號線間是否存在短路。
(2)檢查焊接點是否牢固，特別要仔細檢查有無漏焊和錯焊；對于靠得很近的相鄰焊點，要注意檢查金屬毛刺和是否短路，必要時可用萬用表進行測量。調試過程有時可能要重復多次。另外，在燒錄程序的時候，一定要注意到AT89系列單片機默認得有芯片加密。
(3)在制作過程中需考慮電流、電壓、磁場對單片機的影響，做好防護措施，可外接保護電路，從而消除灌流、尖峰電流的等對單片機運行的影響。
6 結語
AT89C51使電路更為簡化，器件減少，結構緊湊，降低了成本，提高了靈敏度和可靠性，符合集成化、模塊化的發展趨勢。同時該計時器的時間設定操作簡單，功能齊全，體積小，易于方便攜帶等優點。能廣泛應用于學校，籃球俱樂部，體育館或者小團體作為賽程的計時。