基于单片机的乒乓球比赛记分显示器设计

张晓祥 石爽 潘金平 纪祥龙 蒋峰峰

【摘 要】文章设计一款体积小、易携带、操作方法简单、显示清晰准确、性能稳定且成本低廉，适合于各种中小型计分类比赛的计分显示器。该计分显示器的设计大体上包括以下几个模块：分数实时加减模块、倒计时模块、LED显示系统。

【关键词】单片机;计分;LED显示

【中图分类号】TN873 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）12-0057-02

乒乓球比赛记分显示器是适用于各类大中小型乒乓球比赛中用的记录并显示比赛比分的装置，目前该装置主要有以下几种：{1}传统比赛记分牌，成本低廉但需专人操作，已不能满足目前的现实需要。{2}电子计分装置主要应用于大型比赛中，为了满足现场效果，所以其尺寸、操作方式等一般都需要找厂家定制，这就造成了其成本过高。{3}移动式乒乓球计分装置是安装在手机上供乒乓球比赛的记分程序，它不仅设计得非常人性化，同时也可以与会场的大屏幕电子记分牌相连接，能做到比赛的实时同步。就目前来看，移动式计分系统将是未来的发展主流。

1 方案设计

本项设计采用的最小单片机系统为AT89S51单片机，该类单片机在使用时一定要包括单片机片内振荡器和时钟电路复位电路电源。本系统使用的是12 MHz，它为本系统的时钟，设计中添加了电阻，其主要目的是保证P0端口的正常运行。我们以4个为一组，把8个显示器分为2组用以统计个人得分，包括参赛运动员选手姓名（开头第一个英文字母表示，如有雷同则可添加采用选手姓名最后一个字的英文大写字母）、比赛分数（双位位数表示00～99分）、比赛获胜局数（单位数表示）和倒计时显示器（结束30 s倒计时）。采用16个按键键入方式;S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16按下S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8可以控制比赛分数的实时加减，按下S9按钮为双方选手换位，S10按钮为时间的开始和暂停，S0是复位键，比赛结束时按下复位键即置零，可将该装置恢复至初始状态，S11、S12、S13、S14、S15、S16是可以根据后期用户的自身需要另行添加其他功能模块的功能按键。当系统发生错误时及比赛时间结束时会自动触发蜂鸣报警器，发出蜂鸣声，以提示和报警。

系统主控电路图如图1所示，其中主要控制模块有电源控制电路、按键控制电路、晶振电路、复位电路、LED显示模块控制电路、时钟电路、蜂鸣报警器等。

1.1 电源供给设计方案

为使电源控制模块能够稳定有效地工作，就一定要有可靠且稳定的电源。如果采用独立的电源供电，虽然电源的选择上会有更多的选择项，但是这样也导致电源供给线路更加复杂，长期使用会增加电路电平的负载压力，最终将会影响到整体装置的正常工作。所以本项设计的电源控制电路是采用最小单片机系统控制模块。本方案最大的特点就是结构较简单、能耗较低且成本不高;缺点是输出功率不高。

1.2 显示界面方案

该显示方案要求具有2组对立4个显示功能。基于上述原因，本项设计考虑完全采用LED显示。该方案最大的特点是在实现其基本功能的同时其操作也不复杂，能够全面地满足本项装置所显示的阿拉伯数字和英文字母符号。

1.3 矩阵键盘输入方案

4×4行列式矩阵键盘通过8联拨动拨码开关与单片机的P3.0～P3.7八个端口相连接，P3.4～P3.7四个端口在其中作为列线，P3.0～P3.3四个端口在其中作为行线。本项设计的矩阵键盘通过以上方式分别实现16个按键的功能。其中S0为复位键，按下后即可恢复至最初状态，S1、S2按钮为A选手个位数加1减1，S3、S4按钮为A选手十位数加1减1，S5、S6按钮为B选手个位数加1减1，S7、S8按钮为B选手十位数加1减1，S9按钮为双方选手换位，S10按钮为时间的开始和暂停。

1.4 蜂鸣报警器设计

為了驱动蜂鸣报警器，本设计采用9012的三极管和一个2.2 K的012三极管。这样就可以在三极管中使驱动电流放大，从而达到蜂鸣器报警器报警的作用。为了更好地运行，可采用高电平状态输出，这时三极管为导通状态，驱动电流满足报警的要求。

2 硬件设计

基于单片的乒乓球比赛计分显示器设计方案的核心是以单片机为控制枢纽，在设计方案中采用模块化布局，设计方案中共分为以下个功能模块：ST89S51单片机控制系统、蜂鸣报警器模块、4×4矩阵键盘及LED计分显示模块等。ST89S51单片机作为整个设计方案的中央控制中心，它不仅仅是组织协调整体装置平稳运行的控制器，还是实时比赛数据的信息处理中心。它由单片机内振荡器、时钟电路和复位电路等组成。系统采用8个LED小型显示模块。

3 记分牌装置控制系统的设计

3.1 记分牌装置的具体控制要求

记分牌上一共有8个LED小型显示模块，且4个模块为1组，2组分布于上下方位或者平行方位。同时确保多个LED之间能够同步亮灭，而比赛选手姓名栏则要确保常亮不变。显示获胜局数、分数和比赛时间的LED显示模块可以随着比赛的进行而改变;如比赛期间多个LED显示模块之间不能保持协调工作，则应该系统自主关闭，同时向主控制系统发出警报。系统工作后，首先整个LED显示模块要一起亮闪3 s以检查是否出现不亮情况;接着开始显示姓名单个字母，剩余LED显示模块显示数值均为零，然后可以通过按动S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8按键改变分数数值。按动S9交换2组4个LED显示模块的显示数值，按动S0除了显示姓名数码管外的数码管数值全部归零。

3.2 记分牌控制系统的程序编制

（1）软件设计应用环境。本项设计方案主要是进行各个模块之间协调，已达到使电源控制模块、分数实时加减模块等的初始化，乒乓球比赛中能够及时发送并处理数据，同时对4×4矩阵键盘进行完整的按键系统配对扫描，在乒乓球比赛过程中等待外部的中断，以及比赛过程中因比分导致突发事件的应急处理。

（2）软件设计流程。本项乒乓球记分显示装置一共有两种状态，一种是通过手动按钮进行加分或者减分状态，一种是可以通过复位键与交换键实现数值交换或者清零。然后可以向其输入代码。其流程图如图2所示。

4 结语

本文系统地介绍了一种以AT89S51单片机为基础的乒乓球比赛分数记录装置的设计方案。此类计分装置的出现将有利于乒乓球比赛事业的发展。

参 考 文 献

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