基于自動化角度談籃球比賽計時器設計方案比較

李陽 肖軍發 張艾鑫 李江

摘要：21世紀掀起籃球運動熱潮，本設計應籃球賽場的需要，運用簡單的數字電路對籃球比賽計時器進行設計，可以實現籃球賽場上比賽過程的倒計時，以及24秒進攻方過程的倒計時，計時結束時刻啟動報警信號提示裁判和運動員。

關鍵詞：籃球比賽;計數器;設計方案;比較

一、設計背景

在當今社會，我們的生活在不斷的向多元化，智能化的方向發展。科學技術已經成為我們生活中不可缺少的一部分。科學技術的不斷發展與進步使我們的生活更加豐富多彩。在許多領域中計時器均得到普遍應用，諸如各類比賽的計時、定時報警器、交通信號燈等等。21世紀以來，籃球事業的迅猛發展，讓很多人體會到了籃球運動的魅力。為此，對于籃球比賽計時器的研究，不斷改進籃球比賽計時器使其更加簡易精確有很大的意義，本文主要介紹籃球比賽計時器及其設計過程。

二、總體方案設計

對于同一種目標的實現，可以采用不同的方案，下面介紹兩種方案實現同一目標的實現方案，并比較不同方案的優劣。

1.方案比較

（1）方案一

方案一：系統框圖如圖1所示

工作原理：脈沖源采用32.768KHz晶振，CD4060鎖相環，CD4013雙上升沿D觸發器。振蕩頻率為32768Hz，先經CD4060對時鐘信號進行14級分頻，再經CD4013二級分頻可以得到非常精準的1Hz時鐘脈沖。24秒倒計時和12分鐘倒計時均采用74LS192十進制可逆計數器，CD4511七段顯示譯碼器，BCD七段數碼管，裁判將計時器“置數”開關按下，74LS192對應置數并通過CD4511譯碼將初值“12.00”和“24”顯示在數碼管上，時鐘源連接低位減計數端，低位借位端連接高位減計數端。裁判按下“啟動”（即脈沖源開關），此后每來一個時鐘信號，74LS192初值減一，直到初值減到0為止，此時觸發報警電路產生報警信號。報警電路由555和RC構成的多諧振蕩器，驅動蜂鳴器或揚聲器發聲報警。

（2）方案二

方案二：系統框圖如圖2所示

工作原理：LM317可調式三端穩壓器提供合適的工作電壓，脈沖源使用555和RC構成的多諧振蕩器，產生非常接近1Hz的始終信號。24秒倒計時和12分鐘倒計時均采用74LS192十進制可逆計數器，CD4511七段顯示譯碼器，BCD七段數碼管，裁判將計時器“置數”開關按下，74LS192對應置數并通過CD4511譯碼將初值“12.00”和“24”顯示在數碼管上，時鐘源連接低位減計數端，低位借位端連接高位減計數端。裁判按下“啟動”（即脈沖源開關），此后每來一個時鐘信號，74LS192初值減一，直到初值減到0為止，此時觸發報警電路產生報警信號。報警信號由光電信號和聲音信號共同組成，聲音信號與方案一相同，多個紅色發光二極管構成鮮明的“×”圖案。

2.方案論證

方案可行性分析：

方案一不可行。由于Proteus仿真軟件中的晶體振蕩器不能起振，所以無法產生確切的時鐘信號，而籃球比賽計時器的核心之一就是1Hz的時鐘信號源，用于產生1秒的精準計時，使用Proteus仿真將不能實現該設計要求。

方案二可行。使用Proteus能很好的實現555多諧振蕩器的仿真，在理論計算的合理性前提下還可以通過軟件的示波器確切的看到時鐘信號的脈寬和周期，效果理想。

3.方案選擇

方案一計時精度較高但無法實現仿真;方案二在短時間內計時的誤差可以忽略，且可很好的實現電路仿真，對比之下方案二更加可行。LM317可調式三端穩壓器與7805穩壓芯片的結合，使得籃球比賽計時器可以用市電或者各類鋰電池驅動工作，更加方便。設計用到的元器件都是實驗室已有的，如：555，CD4511，74LS192以及電阻、電容、各種門電路，并且我已經熟練掌握以上元器件的使用，因此在操作上方案二也更顯優勢。從整體結構上講，方案二電路較復雜，更具挑戰性，因此在發現問題和解決問題的過程中會學到更多的知識積累更多的經驗，對于自身的提升有很大幫助。方案二報警電路的獨立電源使得信號更強更容易被裁判和運動員察覺，并且光信號更加鮮明更具警示性，效果更佳。

綜上所述，采用方案二作為這次的設計電路。

參考文獻

[1]康華光.電子技術基礎數字部分[M].第6版.北京：高等教育出版社2014.

[2]陳永強，魏金成，吳昌東.模擬電子技術[M].人民郵電出版社2016.

作者簡介：李陽（1998-），男，漢，四川省成都市，本科，研究方向：自動化;肖軍發（1997-），男，漢，四川省德陽市，本科，研究方向：自動化;張艾鑫（1999-），男，漢，四川省遂寧市，本科，研究方向：自動化;李江（1998-），男，漢，四川省綿陽市，本科，研究方向：自動化