淺析籃球比賽計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)

劉億騰 劉永金 馮磊 羅釩

摘要：隨著科技發(fā)展，籃球計(jì)時(shí)器不僅應(yīng)用于NBA，CBA這樣專業(yè)的籃球賽場(chǎng)上，也廣泛應(yīng)用于民用的普通賽場(chǎng)上，方便于每場(chǎng)比賽的公平公正。本設(shè)計(jì)是對(duì)脈沖數(shù)字電路的簡(jiǎn)單應(yīng)用，設(shè)計(jì)了籃球競(jìng)賽24秒和12分鐘倒計(jì)時(shí)器。此計(jì)時(shí)器功能齊全，可以直接清零、啟動(dòng)、暫停和連續(xù)以及具有報(bào)警功能，同時(shí)應(yīng)用了七段數(shù)碼管來(lái)顯示時(shí)間。利用軟件和硬件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)自動(dòng)置節(jié)計(jì)數(shù)器為第一節(jié)，節(jié)計(jì)時(shí)器為12分00秒，24秒違例為24秒。用數(shù)字顯示籃球比賽當(dāng)時(shí)節(jié)數(shù)，每節(jié)時(shí)間及24秒的倒計(jì)時(shí)。

關(guān)鍵詞 ：籃球比賽計(jì)時(shí)器;計(jì)數(shù)器;74LS192

一、引言

眾所周知，籃球是世界上最受歡迎的運(yùn)動(dòng)之一。特別是從姚明進(jìn)入NBA以來(lái)，中國(guó)對(duì)籃球的關(guān)注度更上了一個(gè)檔次。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們物質(zhì)生活逐漸豐富，對(duì)精神文明的追求也同樣不斷提高，人們都希望擁有好的心態(tài)以及強(qiáng)健的體魄。于是人們通過(guò)體育運(yùn)動(dòng)來(lái)鍛煉自己，青少年對(duì)籃球的熱情也是日漸高漲。為此，在充分理解籃球比賽規(guī)則的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)易的籃球比賽計(jì)時(shí)器，此籃球計(jì)時(shí)器簡(jiǎn)單，精度高。

二、總體方案設(shè)計(jì)，基本原理

（一）總體設(shè)計(jì)框圖

圖2.1總體設(shè)計(jì)框圖

總體電路說(shuō)明：

根據(jù)框圖總體來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)的核心部分是要設(shè)計(jì)一個(gè)十二進(jìn)制的分倒計(jì)時(shí)、？一個(gè)六十進(jìn)制的秒倒計(jì)時(shí)及一個(gè)四進(jìn)制的節(jié)計(jì)數(shù)器，并且對(duì)計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)中提到的各種控制要求。設(shè)計(jì)方案如下框圖所示，系統(tǒng)分別實(shí)現(xiàn)12進(jìn)制、60？進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器，4進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了置數(shù)、啟動(dòng)計(jì)數(shù)、清零、暫停/連續(xù)、顯示、閃燈報(bào)警等控制。

（二）設(shè)計(jì)思路

籃球比賽計(jì)時(shí)器的主要功能包括：12分鐘倒計(jì)時(shí)、進(jìn)攻方24秒倒計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)暫停開(kāi)始、結(jié)束警報(bào)提示及24秒進(jìn)攻轉(zhuǎn)換。該計(jì)時(shí)系統(tǒng)由以下五個(gè)電路模塊組成：秒脈沖的設(shè)計(jì)：這部分利用555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直插8腳結(jié)構(gòu)，體積很小，使用起來(lái)方便。只要在外部配上幾個(gè)適當(dāng)?shù)淖枞菰?，就可以?gòu)成史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激多諧振蕩器等脈沖信號(hào)產(chǎn)生與變換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。12分鐘倒計(jì)時(shí)：這部分電路完成12分鐘倒計(jì)時(shí)的功能，比賽準(zhǔn)備開(kāi)始時(shí)，屏幕上顯示12：00字樣。當(dāng)比賽開(kāi)始時(shí)，倒計(jì)時(shí)從12：00開(kāi)始逐秒遞減到00：00。這一模塊主要利用雙向計(jì)數(shù)器74LS192的減計(jì)數(shù)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。攻方24秒倒計(jì)時(shí)：這部分電路與12分鐘倒計(jì)時(shí)功能類似，當(dāng)比賽準(zhǔn)備開(kāi)始時(shí)，屏幕上顯示24秒字樣，當(dāng)比賽開(kāi)始后，倒計(jì)時(shí)從24逐秒倒數(shù)到00。這一模塊主要也是利用雙向計(jì)數(shù)器74LS192來(lái)實(shí)現(xiàn)。節(jié)數(shù)記次：這部分電路時(shí)通過(guò)12分鐘倒計(jì)時(shí)到零后，給出信號(hào)遞增，比賽開(kāi)始屏幕顯示數(shù)1遞增為2。這一模塊用同步可預(yù)置計(jì)數(shù)器74LS160實(shí)現(xiàn)。警報(bào)提示：當(dāng)兩個(gè)倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中任一個(gè)計(jì)時(shí)到零時(shí)，BO端都出現(xiàn)低電平。此計(jì)時(shí)器的模塊化結(jié)構(gòu)，主要有以下3個(gè)部分組成，即倒計(jì)時(shí)模塊、控制模塊、以及脈沖信號(hào)模塊。

（三）基本原理

倒計(jì)時(shí)模塊：包括12分鐘、24秒倒計(jì)時(shí)及節(jié)次的遞增。12分鐘倒計(jì)時(shí)的基本原理：比賽處于準(zhǔn)備開(kāi)始階段，扳動(dòng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)SW3使倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器相應(yīng)的置數(shù)或清零端有效，顯示設(shè)定的時(shí)間12：00、24秒，開(kāi)關(guān)自動(dòng)復(fù)位，當(dāng)主裁判拋起球，比賽開(kāi)始，扳動(dòng)SW1，倒數(shù)計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作，計(jì)時(shí)器逐秒進(jìn)行倒計(jì)顯示。當(dāng)有球員犯規(guī)，裁判吹哨，整個(gè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的倒計(jì)時(shí)暫停，這個(gè)功能通過(guò)暫停開(kāi)關(guān)SW1截?cái)鄷r(shí)鐘脈沖的傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)?shù)箶?shù)計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)到零時(shí)，選取“00：00”這個(gè)狀態(tài)，通過(guò)組合邏輯電路給出截?cái)嘈盘?hào)，讓其與時(shí)鐘脈沖在與非門(mén)中將時(shí)鐘脈沖截?cái)?，從而?jì)時(shí)器在計(jì)數(shù)到零時(shí)停住。24秒計(jì)數(shù)芯片的置數(shù)端和12分的置數(shù)、清零端共用一個(gè)開(kāi)關(guān)，比賽開(kāi)始后，24秒可以單獨(dú)置數(shù)端不影響12分鐘倒計(jì)時(shí)，24秒的倒數(shù)計(jì)時(shí)器與12分的倒數(shù)計(jì)時(shí)器同時(shí)開(kāi)始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，逐秒倒計(jì)到零。同樣也是選取“00”這個(gè)狀態(tài)，通過(guò)組合邏輯電路給出截?cái)嘈盘?hào)，讓該信號(hào)與時(shí)鐘脈沖在與非門(mén)中將時(shí)鐘截?cái)?，使?jì)時(shí)器在計(jì)數(shù)到零時(shí)停住。？脈沖信號(hào)模塊：555定時(shí)器主要是通過(guò)外接電阻R和電容器C構(gòu)成充、放電電路，并由兩個(gè)比較器來(lái)檢測(cè)電容器上的電壓，以確定輸出電平的高低和放電開(kāi)關(guān)管的通斷。這就很方便地構(gòu)成從微秒到數(shù)十分鐘的延時(shí)電路、以及多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器等脈沖波形產(chǎn)生和整形電路。控制模塊：通過(guò)一個(gè)類似與非組成的SR鎖存器來(lái)控制整個(gè)電路中的時(shí)鐘脈沖輸入。警報(bào)提示：為了給出警報(bào)提示，可在計(jì)數(shù)器的輸出端用一個(gè)普通二極管和LED二極管。當(dāng)計(jì)數(shù)為0時(shí)，LED燈亮起。

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