基于MCS-51单片机的电子体育记分牌的设计

李维强

（陕西国际商贸学院 体育教研室，陕西 咸阳 712046）

基于MCS-51单片机的电子体育记分牌的设计

李维强

（陕西国际商贸学院 体育教研室，陕西 咸阳 712046）

为了提高体育比赛记分的规范化，以及比分、记时、犯规数等的显示效果，增加数据显示的及时性与准确性。因此，文章在MCS-51单片机的技术基础上，结合体育赛事中各种需要显示的比赛数据信息，对相关设计意图，进行技术上与经济上的可行性分析。并从硬件设计与软件设计两个方面，对设计过程进行探讨。最后，通过例举某篮球场的体育记分牌设计方法，为相关行业工作人员提供参考与借鉴。

MCS-51单片机；电子体育记分牌；设计

在体育赛事中，需要通过电子体育记分牌，对各种计时、计分信息进行准确、及时的显示，以及显示比赛双方的赛程暂停时间倒数、成绩寄存等功能。而通过MCS-51单片机，则能完美实现上述功能。同时，基于MCS-51单片机所设计出的电子记分牌，具有成本低、便携性高、使用寿命长以及显示稳定等特点，在一些小型体育场地，有着广泛的运用[1]。文中即对此类电子体育记分牌的设计过程进行分析，分析如下。

1 MCS-51单片机概述

MCS-51单片机，由Intel公司在1980年推出。相比过去的MCS-48以及Z80、INTEL8085的CPU相比，这种类型的单片机，在运行速度与指令下达等方面，具有明显的优势。通过将CPU与随机、只读存储器以及各种定时器和中断系统等进行集成，从而获得完善的小型计算机系统。MCS-51单片机，由8951、8031以及8751与8051 4个机种所构成一个系列，具有较高的应用性。

2 体育记分牌设计中MCS-51单片机的应用

2.1 体育记分牌的设计要点

传统的体育记分，由于依靠人工记录，面对大规模的体育赛事，一旦疏忽则容易造成计分准、计分遗漏等问题[2]。同时，人工记录难以根据赛事变化，进行及时记录。对比赛情况无法做到准确、及时的反应。而随着科学技术的进步，对于体育计分，则完全可以通过智能技术与自动化技术，取代人工记录的形式。为了弥补上述人工记分所容易产生的问题，因此，电子体育记分牌的设计，应以记分准确性、记分及时性为原则进行设计。

2.2 体育记分牌的硬件设计

为了确保体育记分牌能够对体育比赛的分数变化，做到及时、准确的反应。并且保证分值的显示效果，因此，因从硬件与软件两方面入手，进行设计。首先应对硬件系统进行构建。

体育记分牌，首先应具有分数显示的功能，因此应包含数码管显示系统、电源系统。同时，为了达到智能记分的目的，还需要包含红外线输入系统。最后则通过MCS-51单片机对整体系统中各个部分进行控制，在设计中应以体育记分牌的有效应用，作为设计目标与最终标准[2-4]。

为了确保电子体育记分牌的硬件系统，能够良好构建。所以对设计方法与思路，做出示意如图1所示。硬件系统，在进行设计之前，需要对其中所涉及到的相关设备的型号，进行确定。而后在按照设计图示的连接方法，对各个物理设备，进行连接调试。

图1 电子体育记分牌硬件设计示意

根据图1所示设计，该系统控制部分由单片机负责，通过数码管，进行显像。通过指示系统，对场上比赛情况进行分析与追踪记录。通过红外线将显示信息输入。系统连接电源，并通过遥控器，对记分牌的数据显示，进行控制。

将比赛比分最大值，设置为199分。如果存在最大值比分的情况下，则显示系统，需要设置数码管数量为6。对于双方各自比分，因为最高值为99分，所以数码管数量应为4个。此外，体育赛事中，还存在犯规情况的显示，而犯规次数通常不会超过各位数，因此犯规的最大值，设置为9，则需要数码管2个。

图1所示设计中，数码管均选择4寸，以8 V作为工作电流。而8 V的工作电流，导致数码管无法直接受到MCS-51单片机的控制，因此，需要加设驱动器进行指令中转。寄存器，选择TPIC2B567，这种寄存器适用于电流量中等，而电压较高的情况下，能够最大吸收电流为170 MA，对记分牌的设计，具有极高的适用性。

球类运动，需要记分牌对球权进行提示。为此，通过二极管的发光，形成针对比赛双方的箭头指向标志，从而通过控制二极管的发光与否，向观众解释当前球权的归属。球权显示系统中，以ULN2013芯片进行驱动。

体育记分牌的悬挂位置较高，人工调整并不现实[5]。而通过接线进行修改，设计较为麻烦。因此对计分数据，采用红外线输入，遥控控制的方式，进行及时的调整。采用HS0035接收器，对红外线信号进行接收。这种设计方式，与MCS-51单片机之间，可通过数据线进行连通，增加控制效率。同时，该接收器的红外线接受与分析能力较强，对各种类型的遥控设备，都具有一定的适用性。

最后，体育记分牌的悬挂位置，通常无法架设交流电线。并且记分牌中的相关设备，耗电量不大，采用电池供电则足以满足一场甚至多长比赛的比分显示[6-7]。而将电动车电源，作为低于记分牌的电源，则能最大程度保障记分牌在单次充电后的持续工作时间。电源具有40 V的输出电压，为了能将电能作用在记分牌系统中，因此需要安装电压转换器，将其转换为10 V，为数码管进行供电[8]。另外，还需要安装稳压器，将转换后的10 V电压，转换到5 V，以确保记分牌系统中的其他元件，例如红外线接受、单片机处理芯片等，能够正常工作。供电系统的设计，见图2。

图2 电路系统设计示意

2.3 软件系统的设计

为了确保电子体育记分牌，具有良好、稳定的工作状态，同时降低编程思路的复杂程度，因此记分牌的软件设计，应采用模块化思路进行。此外，软件系统应结合图1所示的各种物理设备的功用与性质进行设计[9-11]。

系统所显示的分数，是通过智能检测以及遥控输入所获得。因此，需要对红外检测功能，进行模板构建，并与后续各项设计做好联系[12-14]。其次，对系统中，检测模块的其他功能进行分析，并根据这些功能，对比分模块进行调整，和对总局数与换场数进行调整。此外，还需要对犯规数进行控制。系统模块的设计，示意如图3所示。

图3 系统模块设计示意

软件抗干扰设计：单片机系统的操作中，计数器是通过PC实现控制的，所以如果PC程序出现错误，将导致整个系统紊乱。为保证程序正常、稳定，设计操作程序时采用单字节指令，保证能够实现稳定运行。如果程序PC收到来自外界的干扰，将可能导致整个系统紊乱，所以采用监控技术，帮助软件程序脱离死循环。如果发现超过正常循环时间的程序，则强制改程序返回入口，从新开始运行。

3 基于MCS-51单片机的记分牌应用实例

3.1 设计要求概述

某篮球场地，为规范化比赛流程，对篮球场的计分方式进行改进。由原来的人工记分法，转变为电子体育牌显示。要求能够在电子显示器中，显示队伍名字。并显示每组比分，与每场倒计时24秒数。同时，需要做到比赛暂停计时，并对双方犯规次数进行显示与调整。

3.2 设计思路与设计方法

首先，考虑场地大小和与观众席之间的距离，设计记分牌显示屏的位置和大小。以固定的LED进行显示，而对犯规次数以及比分与时间倒数等数字，则采用二极管发光显示。

篮球比赛比分，数目为3位数。犯规次数为个位数。每场次小结数为1位数。对时间的计数，分钟数与秒数共4位，暂停倒计时，秒数应为2位。结合具体的显示要求，设置总数为15位。计分过程中，计分员遥控大记分牌具有一定的困难。为了方便计分操作，因此按照大记分牌的形式，设置小记分牌并置于控制台上。选择大功率的无线遥控器。将MCS-51的控制引脚，与遥控按钮输出端进行匹配。并将遥控按钮与小型显示屏联合，使记分员在小显示屏上，通过操作相关按钮，调整大显示屏上的比分数目显示[15]。

4 结束语

电子体育记分牌，能有效改进传统人工计分的各种弊端与漏洞，增加计分显示的及时性与准确性。而MCS-51单片机技术，能通过集成电路，实现集比分显示、犯规显示、赛程时间倒数等相关功能。随着技术的不断更新，未来记分牌的设计将会更趋简单化，显示质量也会随之提高。

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图2 一阶系统开环振动情况

图3 一阶系统闭环振动情况

4结 论

文中介绍了悬臂梁振动的基本情况，建立了悬臂梁的状态空间方程，设计了基于最优模糊控制的悬臂梁振动控制系统，通过理论分析和Matlab仿真所得到的图2和图3中可以看出悬臂梁在一阶开环振动时，其悬臂梁的振动衰减速度较慢，通过施加对悬臂梁的控制信号之后，其振动衰减幅度加快，仿真结果表明，使用最优模糊控制系统对悬臂梁的振动起到了良好的抑制作用。

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Design of electronic sports scoreboard based on the MCS-51 single chip

LI Wei-qiang
（Sports Teaching and Research Section，Shaanxi Institute of International Trade，Xianyang 712046，China）

In order to improve the standardization of the sports scores，as well as the score，time and the number of fouls display effect，increase the timeliness and accuracy of the data showed.Therefore，this paper based on MCS-51 single chip microcomputer technology，combined with sporting events need to display the data information，the related design intent，technical and economic feasibility analysis.And from the two aspects of hardware design and software design，discusses the design process.Finally，an example of a basketball court sports scoreboard design method，and offer reference for related industry workers.

MCS-51 single chip microcomputer；electronic sports scoreboard；design

TN99

A

1674－6236（2016）18-0106-03

2015-11-17 稿件编号：201511163

李维强（1982—），男，陕西咸阳人，讲师。研究方向：体育教育。