基于单片机的乒乓球训练系统设计

宋红毅,谢宏波

（1.榆林学院,陕西榆林,719000 ；2.北京体科杰科技有限公司,北京,100085）

基于单片机的乒乓球训练系统设计

宋红毅1,谢宏波2

（1.榆林学院,陕西榆林,719000 ；2.北京体科杰科技有限公司,北京,100085）

根据乒乓球训练辅助器材匮乏的实际需求出发，该课题设计了一种基于单片机的乒乓球训练系统，该系统主要由AT89C51单片机、数码管显示、压力传感器等组成。

单片机；乒乓球训练系统；压力传感器

0 引言

单片机是一种微型计算机，它是由中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出等组成，将其集成到一块芯片上，使单片机具备了计算、控制等功能。单片机具有价格便宜、体积小、性能稳定等优点，基于单片机的开发系统已被应用于各个领域。它的应用领域非常广泛，如智能IC卡、仪表、导航等。

该课题设计的系统可以有效的辅助乒乓球的训练工作。很多掌握不好乒乓球力度、角度等问题的运动员通常会运用对墙击球的训练方法来弥补自己的缺陷，但是该方法没有固定的击球方位，无法使训练者达到最佳的训练效果。该课题设计的系统由AT89C51单片机、数码管显示、压力传感器三大部分组成。训练员可以适当的增减与设计版之间的距离或者是调整击球的力度。训练员通过击球拍打指定位置的训练方法，有效的训练击球的准确性、力度的控制力。

1 系统的组成部分

基于单片机的乒乓球训练系统主要由压力传感器和发光二极管、数码管显示、AT89C51单片机组成，其中AT89C51单片机是该系统的核心部分，AT89C51单片机是系统的控制部件。根据制定的训练要求，将乒乓球球台划分为九个区域，每个区域均放置有相同的压力传感器及发光二极管。将发光二极管和压力传感器和相应的电路连接组合而成。AT89C51单片机可以控制几块区域发光二级管的亮灭情况，该功能是由功能键控制的。当单片机控制某一区域的发光二极管的点亮后，球员挥拍将球击向亮灯区域，当击中亮灯区域后，压力传感器会因压力作用接收到该信号，并将该信号做一系列处理后显示在数码管显示屏上。其中数码管模块由两个LG5641AH和两个74LS373组成,一组显示模块用来统计显示发出信号的次数,另一组显示模块用来显示击中信号的次数，其显示过程是个动态过程，这样的设计节省了硬件资源。该系统电路实用简单，其信号处理工作是由单片机AT89C51完成的。

2 系统硬件设计

2.1 压力传感器模块

压力传感器是将压力转换为电信号的装置，一般它是由弹性、位移敏感元件组构成。当被测压力作用在面积上时弹性敏感元件会将其转化为位移或者是应变，再由位移敏感元件转化为与压力成比例关系的电信号。该系统采用的是半导体压力传感器。在乒乓球球台内部安装的半导体压力传感器，使其均匀排布在球台上，传感器是根据非电量转换为电量的工作原理工作的。当乒

乓球击打到球台上时，内置的半导体压力传感器薄片表面形成半导体变形压力，外力使薄片变形而产生压电阻抗效果，从而使阻抗的变化转换成电信号。当乒乓球击打到球台上时，会产生电信号，由于传感器产生的电信号比较小，要对信号进行放大处理，方便于对信号的处理工作。该系统选择的放大装置是LM324放大器。LM324是四运算放大器，该四放大器可以在低至3.0V或者高至32V的电源下工作，电源电压范围比较宽，并且静态功率比较小，价格低廉。LM324中每一组放大运算放大器的引出脚都是五个，由两个信号输入端、正负电源端、输出端。LM324在各种电路中被广泛应用。

2.2 A/D转换模块

A/D转换芯片采用的是ADC0809，采集传感器的电压信号，将电压这种模拟信号转换为数字信号。ADC0809由8通道多路开关、比较器、寄存器、定时电路、译码器与地址锁存、逻辑控制等部分组成。ADC0809将模拟信号转换为数字信号后，与此同时触发单片机的启动转换过程，转换后分时读入A/D输出的数字信号，这样可以实行同步采集数据的工作。ADC0809是一种具有8路输入通道、分辨率为8位的逐次逼近式的A/D模数转换器。ADC0809可以对8路通道的模拟量信号进行A/D转换,输出结果为8位二进制数。它具有100μs的转换速度、19mV的分辨率。

ADC0809工作时首先要输入3位地址，使ALE置1，并且将要将地址存入到地址锁存器中。将存入的地址经过译码选通8路模拟输入到比较器。当遇到START上升沿时将寄存器复位。当下降沿时A/D转换被启动，EOC输出信号置0，此时进行转换，转换工作完毕后，EOC置1，并将转换结果储存到锁存器中。当OE的输入为高电平时，将转换后的数字信号输出到数据总线上。将转换后的数据传送到单片机中进行处理。

ADC0809与AT89C51单片机相连接，其接口连接原理框图如图1所示。设计的连接中，由AT89C51单片机中ALE端的输出脉冲经过四分频得到ADC0809的CLOCK（时钟信号）,另外ADC0809的START启动信号是由AT89C51单片机中的P27地址线和RD读写控制线进行控制的。ADC0809中的A/D转换结束信号EOC经过反相处理后与单片机的INT1进行连接。AT89C51的P00~P02提供模拟输入通道地址ADD-A、B、C的译码输入信号。

2.3 数码管显示模块

该课题设计的显示模块主要器件有两个74LS373、两组LG5641AH数码管。一个LG5641AH数码管一个74LS373连接组成一套装置，一组显示装置用来显示运动员发球的次数，另一套装置用来显示击中信号的次数，其显示过程是个动态过程。74LS373是一种三台输出8D锁存器。当OE（三态允许控制端）是低电平时，Q0～Q7处于正常逻辑状态，可以用Q0～Q7的状态来驱动负载或总线，；OE为高电平时，Q0～Q7 处于高阻态，此时它不能驱动总线、负载。当LE（锁存允许端 ）为高电平时，Q0～Q7 随数据D变化；LE 为低电平时，D被锁存。该系统用74LS373来作为LG5641AH数码管的输入，以此来驱动数码管。LG5641AH有12个管脚，通过驱动显示结果。

2.4 系统的控制模块AT89C51单片机

该系统的核心是AT89C51单片机，它是该系统控制的核心部件。AT89C51单片机要控制乒乓球球台中某一区域二极管的灯点亮，二极管的点亮状况是随机控制的；AT89C51单片机还要控制数码管的显示模块，该过程是一个动态显示过程；另外AT89C51单片机还要采集压力传感器采集到的信号。单片机对以上信号进行综合处理，组成一个基于单片机的乒乓球训练系统。

3 总结

目前单片机被广泛应用于各个领域，该系统设计了一种基于单片机的乒乓球训练系统，该系统具有设计简单、反应速度快、容易操作、精度高、稳定性好等优点。现如今乒乓球训练设备非常匮乏，这种开发系统具有很好的应用前景。

薛娓娓.基于单片机的居室安全报警系统设计[J].科技致富向导,2012,30:50.

宋红毅，男，1973—，陕西绥德，硕士，讲师，研究方向：体育教育训练学

Microcontroller-based system design table tennis training

Song Hongyi1,Xie Hongbo2
(1.Yulin University,Yulin,719000；2.Beijing Science and Technology Co.,Ltd.Body kodje,Beijing,100085)

According to the actual needs of the lack of table tennis training aids departure,the subject of a single-chip design table tennis training system based on the system consists of AT89C51 microcontroller, digital display,pressure sensors and other components.

microcontroller;tennis training system;pressure sensor

图1 ADC0809与AT89C51单片机的接口原理框图

项目：榆林学院教改项目 项目编号JG220