浅析篮球比赛计时器的设计

刘亿腾 刘永金 冯磊 罗钒

摘要：随着科技发展，篮球计时器不仅应用于NBA，CBA这样专业的篮球赛场上，也广泛应用于民用的普通赛场上，方便于每场比赛的公平公正。本设计是对脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛24秒和12分钟倒计时器。此计时器功能齐全，可以直接清零、启动、暂停和连续以及具有报警功能，同时应用了七段数码管来显示时间。利用软件和硬件的结合实现开机自动置节计数器为第一节，节计时器为12分00秒，24秒违例为24秒。用数字显示篮球比赛当时节数，每节时间及24秒的倒计时。

关键词 ：篮球比赛计时器;计数器;74LS192

一、引言

众所周知，篮球是世界上最受欢迎的运动之一。特别是从姚明进入NBA以来，中国对篮球的关注度更上了一个档次。随着经济的发展，人们物质生活逐渐丰富，对精神文明的追求也同样不断提高，人们都希望拥有好的心态以及强健的体魄。于是人们通过体育运动来锻炼自己，青少年对篮球的热情也是日渐高涨。为此，在充分理解篮球比赛规则的基础上，设计出简易的篮球比赛计时器，此篮球计时器简单，精度高。

二、总体方案设计，基本原理

（一）总体设计框图

图2.1总体设计框图

总体电路说明：

根据框图总体来说设计的核心部分是要设计一个十二进制的分倒计时、？一个六十进制的秒倒计时及一个四进制的节计数器，并且对计数结果进行实时的显示，同时要实现设计任务中提到的各种控制要求。设计方案如下框图所示，系统分别实现12进制、60？进制递减计数器，4进制加法计数器，同时实现了置数、启动计数、清零、暂停/连续、显示、闪灯报警等控制。

（二）设计思路

篮球比赛计时器的主要功能包括：12分钟倒计时、进攻方24秒倒计时计时暂停开始、结束警报提示及24秒进攻转换。该计时系统由以下五个电路模块组成：秒脉冲的设计：这部分利用555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路来实现。12分钟倒计时：这部分电路完成12分钟倒计时的功能，比赛准备开始时，屏幕上显示12：00字样。当比赛开始时，倒计时从12：00开始逐秒递减到00：00。这一模块主要利用双向计数器74LS192的减计数功能来实现。攻方24秒倒计时：这部分电路与12分钟倒计时功能类似，当比赛准备开始时，屏幕上显示24秒字样，当比赛开始后，倒计时从24逐秒倒数到00。这一模块主要也是利用双向计数器74LS192来实现。节数记次：这部分电路时通过12分钟倒计时到零后，给出信号递增，比赛开始屏幕显示数1递增为2。这一模块用同步可预置计数器74LS160实现。警报提示：当两个倒计时计数器中任一个计时到零时，BO端都出现低电平。此计时器的模块化结构，主要有以下3个部分组成，即倒计时模块、控制模块、以及脉冲信号模块。

（三）基本原理

倒计时模块：包括12分钟、24秒倒计时及节次的递增。12分钟倒计时的基本原理：比赛处于准备开始阶段，扳动启动开关SW3使倒计时计数器相应的置数或清零端有效，显示设定的时间12：00、24秒，开关自动复位，当主裁判抛起球，比赛开始，扳动SW1，倒数计时器开始工作，计时器逐秒进行倒计显示。当有球员犯规，裁判吹哨，整个计时系统的倒计时暂停，这个功能通过暂停开关SW1截断时钟脉冲的传输来实现。当倒数计时器计数到零时，选取“00：00”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号，让其与时钟脉冲在与非门中将时钟脉冲截断，从而计时器在计数到零时停住。24秒计数芯片的置数端和12分的置数、清零端共用一个开关，比赛开始后，24秒可以单独置数端不影响12分钟倒计时，24秒的倒数计时器与12分的倒数计时器同时开始进行倒计时，逐秒倒计到零。同样也是选取“00”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号，让该信号与时钟脉冲在与非门中将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。？脉冲信号模块：555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。控制模块：通过一个类似与非组成的SR锁存器来控制整个电路中的时钟脉冲输入。警報提示：为了给出警报提示，可在计数器的输出端用一个普通二极管和LED二极管。当计数为0时，LED灯亮起。

参考文献

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[2] 华成英、童诗白 模拟电子学基础（第四版）北京：高等教育出版社 2006

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