多功能籃球比賽計時計分系統設計分析

王 琦

（陜西警官職業學院，陜西 西安 710043）

1 多功能籃球比賽計時計分系統總體結構

本文所設計的籃球比賽計時和計分系統主要由蜂鳴器（主要起到提示作用）、顯示模塊（主要用于比分的顯示）、鍵盤模塊（主要用于對系統進行設定等）和時鐘模塊（比賽中各種時間信號主要通過該模塊顯示）4部分組成，總體結構如圖1所示[1]。

圖1 系統總體結構

2 籃球比賽計時計分系統硬件設計

2.1 顯示模塊設計

本文在該模塊的設計上，比賽雙方球員信息以及比分的顯示主要采用數碼管和1602液晶屏，實現籃球比賽過程雙方的動態顯示。其中，計分模塊是系統的核心模塊，比賽中的得分需進行更新和累加。這一功能主要采用計分器實現，比賽過程雙方的分數可超過100分。如果過程中有錯誤加分等情況出現，相應的減法等修正過程則可以在dire端完成[2]。

清零端由cr表示，計數器在表現出cr等于0時會立即完成清零處理；en表示終止端，計數器的計數在en等于0時立即切換到暫時停止的狀態；s代表數據選擇器，s等于0時給甲球隊加分，s等于1時給乙球隊加分；p1表示加一分，p2表示加兩分，p3表示加3分；dire的主要功能在于完成相應的減法修正（給某一球隊減分）；甲球隊得分的個位用a_1表示，得分的十位由a_10表示，得分的百位用a_100表示；乙球隊得分的個位用b_1表示，得分的十位用b_10表示，得分的百位用b_100表示；co 輸出端等于1，表示對某一隊進行了加分操作，時鐘模塊中的24 s倒計時在這種情況下，減法器會清零，其減法器中cr端等于零，減法器在某一球隊開始下次進攻時又會重新開始倒計時[3]。

2.2 時鐘模塊設計

該模塊主要由3種計時器組成，即24 s倒計時器、12/60進制計時器。

（1）24 s倒計時器，主要運用的減法計數器為24進制，在實際的籃球比賽過程中，可實現對雙方每次進攻時間的限定，若在24 s時間內持球，進攻一方得分則時間立即執行清零操作，違例情況表現為超過24 s持球，進攻一方仍然沒有接觸到籃板或籃筐，則球權需給另一方，進攻轉換，轉換24 s倒計時轉換。

（2）12/60進制計時器，運用的減法計數器為12進制，以實現對每節比賽的分鐘位完成計時。每節籃球比賽為12 min，通過12進制計時器的使用，可有效實現對每節籃球比賽的分鐘位的倒計時；通過60進制減法計數器的運用，可有效實現在秒鐘位的倒計時功能，此外還能夠實現暫停、清零等功能[4]。

2.3 鍵盤模塊電路

鍵盤模塊在具體設計時采用的鍵盤是機械開關，在操作相應的按鍵時，因電壓突跳以及機械觸點自身具有一定的彈性等原因，電壓會出現抖動現象（觸點在開路或閉合的一瞬間）。因此要進一步提高系統對按鍵的信息識別的準確度，需通過相應的去抖動處理操作，最大程度降低這種電壓抖動情況的出現概率。本設計為了有效消除導致抖動部分的信號，使用狀態機完成去抖電路的設計，去除按鍵電壓抖動的關鍵在于穩定的低電平（按下某一按鍵時為低電平）狀態的有效提取，需對前/后沿的抖動毛刺完成濾除處理。具體處理步驟為：首先對某一按鍵信號完成取樣（需采用相應的脈沖來完成），若3次連續取樣結果都處于低電平狀態，則說明該信號已達到了穩定狀態，此時可輸出該低電平的按鍵信號；接下來對該按鍵信號再繼續進行取樣，若3次連續取樣并非都是低電平，說明原來的穩定狀態已經發生變化，輸出的是高電平。如果reset信號能夠確保有效，電路在這種情況下會進入復位狀態（S0），這就表明低電平在取樣過程中沒有被檢測到；如果在對取樣進行輸入時，有相應的低電平被檢測到，此時狀態就會向下進行轉換，如果電路進入到 S3，則表明3個信號（連續檢測）都顯示為低電平，系統一旦檢測出高電平的存在，就會重新進入到復位狀態（S0），再次進行檢測。在去除按鍵抖動模塊中，檢測的時鐘由clk表示，將clk與10 kHz的頻率連接起來；cr（在低電平時有效）表示復位信號；din[4..0]（總共是5位）表示按鍵信號，在低電平時有效，總共需要去抖動 5 個按鍵；dout[4..0]表示對按鍵信號的去抖動處理，其元件符號的具體表現形式如圖2所示[5]。

圖2 去除按鍵抖動模塊

3 系統設計的實現

結合軟件和硬件功能才能實現顯示隊員信息、24 s 倒計時、計分和計時等功能。本文具體通過模塊化程序的設計完成系統軟件部分的設計，保證不同模塊間處于相互獨立的狀態，以便對不同模塊系統程序進行相應的操作時，其他的模塊不會受到影響。系統設計主要包括程序的編寫、修改和升級等，根據所需具有的不同功能，將軟件程序分為驅動 LED顯示數據、數據檢驗、數據處理、數據錯誤重傳請求和串口數據收發5個部分[6]。其中的部分程序設計如下。

4 系統測試及優化

通過將本系統應用于實際的籃球比賽中進行測試，測試結果表明本系統能夠有效替代籃球比賽中的傳統人工計時和計分方法，比賽時間和比分通過液晶顯示器顯示更加方便直觀，降低了傳統計時和計分的誤差，使籃球比賽過程更加透明公正。同時本設計中采用的時鐘芯片（DS1302）沒有鋰電池，在主電源斷電的情況下無法完成數據的儲存，因此通過改用DS12C887（自帶鋰電池）的芯片完善系統，以防止數據丟失。鍵盤模塊因需占用較多的I/O口，采用矩陣鍵盤的設計方法，最終實現在鍵盤使用率提升的基礎上降低了設計成本[7]。

5 結語

目前部分高校在籃球比賽中，計分和計時方法比較落后，通常采用比分牌等人工方法，這種方法缺少靈活度，大都缺少相應計時功能如24 s倒計時等，一定程度上影響了比賽的正常進行和評判。本文主要通過對多功能籃球比賽計時系統進行分析，設計了一種具備多功能的籃球比賽計時和計分系統，對傳統計時和計分方法進行優化，且檢測結果表明該系統操作簡單、透明直觀，可有效實現籃球比賽計時計分功能。