籃球計分系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

曹萬蒼，孫福玉

（赤峰學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

籃球計分系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

曹萬蒼，孫福玉

（赤峰學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

文章分析了OP07等器件的基本工作原理，設(shè)計了紅外發(fā)射、紅外接收電路、比較電路.設(shè)計了的單片機(jī)計數(shù)和顯示電路，設(shè)置了加1和減1按鈕，解決了1分球和3分球的計數(shù)難題.

比較；計數(shù)；顯示

1 引言

籃球記分的時候是用兩疊帶有數(shù)字的記分牌來記分的，這種記分方法費時、費力還容易出現(xiàn)失誤.籃球比賽時，計分系統(tǒng)雖然用大屏幕或數(shù)碼管顯示，但都是由人工控制計數(shù)的，自動化程度不高，文章設(shè)計了一個籃球比賽用自動計分系統(tǒng).

2 基本器件介紹

2.1 光電三極管

光電三極管傳感器簡稱為光電三極管，也稱為光敏三極管，是具有放大能力的光電轉(zhuǎn)換器.廣泛應(yīng)用于各種自動光控電路中.光敏三極管與普通三極管相似，也分為PNP或NPN型兩類.光敏三極管的引出腳有3個，也有2個的.在3個引出腳的結(jié)構(gòu)中，基極是可以利用的，在2個引出腳的結(jié)構(gòu)中，光窗口就是它的基極.光敏三極管在無光照射時和普通三極管一樣，處于截止?fàn)顟B(tài).當(dāng)光信號照射其基極時，半導(dǎo)體受光激發(fā)產(chǎn)生很多載流子，形成光照電流，從基極輸入三極管.這樣，集電極流過的電流就是光照電流的β倍.可以把光敏三極管看作一個電阻元件，光敏三極管的電阻隨它接收到光的強(qiáng)弱而變化，當(dāng)光敏三極管接收到的光比較弱時，它的電阻變大，反之電阻變小.

2.2 OP07

電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無窮大”的運算放大器.電壓比較器比較兩個電壓的大小，當(dāng)”+”輸入端電壓高于”－”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平,當(dāng)”+”輸入端電壓低于”－”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平；由于比較器的輸出只有低電平和高電平兩種狀態(tài)，所以其中的集成運放常工作在非線性區(qū).常見的有LM324、LM358、uA741、TL081234、OP07、OP27，這些都可以做成電壓比較器.圖1是OP07芯片的引腳說明，1和8為偏置平衡 (調(diào)零端)，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接地，5空腳,6為輸出，7接電源+.

圖1 OP07引腳說明

對兩個或多個數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以確定它們是否相等，或確定它們之間的大小關(guān)系及排列順序稱為比較.能夠?qū)崿F(xiàn)這種比較功能的電路或裝置稱為比較器.比較器是將一個模擬電壓信號與一個基準(zhǔn)電壓相比較的電路.比較器的兩路輸入為模擬信號，輸出則為二進(jìn)制信號，當(dāng)輸入電壓的差值增大或減小時，其輸出保持恒定.

運算放大器在不加負(fù)反饋時，從原理上講可以用作比較器，但由于運算放大器的開環(huán)增益非常高，它只能處理輸入差分電壓非常小的信號.而且，在這種情況下，運算放大器的響應(yīng)時間比比較器慢許多，而且也缺少一些特殊功能，如：滯回、內(nèi)部基準(zhǔn)等.比較器通常不能用作運算放大器，比較器經(jīng)過調(diào)節(jié)可以提供極小的時間延遲，但其頻響特性受到一定限制，運算放大器正是利用了頻響修正這一優(yōu)勢而成為靈活多用的器件.

3 籃球計分系統(tǒng)的基本原理

參見圖2，籃球計分裝置籃筐結(jié)構(gòu)示意圖，籃球計分裝置由籃筐（1）、發(fā)射筒（2）、LED燈（3）、接收筒（4）、光敏三極管（5）組成，發(fā)射筒（2）、接收筒（4）分別固定在籃筐（1）的兩個側(cè)下方，發(fā)射筒（2）、接收筒（4）的中心軸在一條直線上，LED燈（3）放入發(fā)射筒（2）中，光敏三極管（5）放入接收筒（4）中.

圖2 籃球計分裝置籃筐結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 籃球計分裝置電路結(jié)構(gòu)示意圖

參見圖3，籃球計分裝置電路結(jié)構(gòu)示意圖，籃球計分裝置電路由LED燈D1、光敏三極管D2、電阻R1、電阻R2、電阻R4、電阻R3、集成運放、電阻R5、單片機(jī)、數(shù)碼管組成.

電阻R1為LED燈D1的限流電阻，接通電源后，LED燈D1發(fā)光，在實際使用時可用紅外線發(fā)射管，在制過程中為觀察清楚起見使用了發(fā)射紅光的LED燈D1.光敏三極管D2的電阻RD2隨它接收到光的強(qiáng)弱而變化，當(dāng)光敏三極管D2接收到的光比較弱時，它的電阻RD2變大，反之電阻RD2變小，光敏三極管D2、電阻R2構(gòu)成了一個分壓電路，加在R2上的電壓大小為VCC*R2/（R2+RD2），其中VCC為電源電壓，可見，光強(qiáng)時，RD2小，R2上的電壓大，光弱時，RD2大，R2上的電壓小.電阻R4、電阻R3構(gòu)成了另一個分壓電路，加在R3上的電壓大小為VCC*R3/（R3+R4）.集成運放OP07現(xiàn)在作為一個比較器使用，R2上的電壓送入比較器的反向輸入端2，R3上的電壓送入比較器的正向輸入端3，無籃球投入時，LED燈D1發(fā)出的光被光敏三極管D2接收，RD2小，R2上的電壓大，輸出為低電平，有籃球投入時，LED燈D1發(fā)出的光被阻斷，不能被光敏三極管D2接收，RD2大，R2上的電壓小，輸出變?yōu)楦唠娖?，這樣，每次投入籃球后，在比較器的輸出端6都會產(chǎn)生一個正脈沖，其波形如圖4所示.

圖4 比較器的輸出波形

比較器的輸出端6輸出的脈沖信號送入單片機(jī)的時鐘信號控制端，單片機(jī)對脈沖信號計數(shù)后送入數(shù)碼管顯示.使用時，對2分球數(shù)碼管能自動計數(shù)，對1分球和3分球可通過設(shè)置加1和減1按鈕控制單片機(jī)對數(shù)碼管計數(shù)結(jié)果進(jìn)行修正.

單片機(jī)電路原理如圖5所示，通過P2口和P1口控制數(shù)碼管顯示，將顯示函數(shù)寫入中斷中使顯示穩(wěn)定，然后通過光敏電阻判斷籃球投入，通過運放轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，數(shù)字信號通過P00采集，當(dāng)P00有相應(yīng)時單片機(jī)進(jìn)入鍵盤掃描等待判斷結(jié)果（+1分或者+3分）等待3秒如果沒有輸入顯示+2分.

圖5 單片機(jī)電路原理圖

4 結(jié)束語

文章分析了OP07等器件的基本工作原理，設(shè)計了紅外發(fā)射、紅外接收電路、比較電路，實際制作時為顯示清楚，用LED燈和光敏三極管代替紅外發(fā)射與紅外接收管.設(shè)計了的單片機(jī)計數(shù)和顯示電路，設(shè)置了加1和減1按鈕，解決了1分球和3分球的計數(shù)難題.

〔1〕湯山俊夫.數(shù)字電路設(shè)計與制作[M].科學(xué)出版社，2009.7.

〔2〕黃智偉.電子電路計算機(jī)仿真設(shè)計與分析[M].電子工業(yè)出版社，2009.6.

〔3〕孫余凱.傳感器應(yīng)用電路300例[M].電子工業(yè)出版社，2008.3.

〔4〕Williams S.Ir D A:Past,Present and Future [J].IEEE PersonalCommunications,2000,7(1): 11～19.

TP212

A

1673-260 X（2013）12-0011-02