篮球计分系统的设计与实现

曹万苍，孙福玉

（赤峰学院，内蒙古 赤峰 024000）

篮球计分系统的设计与实现

曹万苍，孙福玉

（赤峰学院，内蒙古 赤峰 024000）

文章分析了OP07等器件的基本工作原理，设计了红外发射、红外接收电路、比较电路.设计了的单片机计数和显示电路，设置了加1和减1按钮，解决了1分球和3分球的计数难题.

比较；计数；显示

1 引言

篮球记分的时候是用两叠带有数字的记分牌来记分的，这种记分方法费时、费力还容易出现失误.篮球比赛时，计分系统虽然用大屏幕或数码管显示，但都是由人工控制计数的，自动化程度不高，文章设计了一个篮球比赛用自动计分系统.

2 基本器件介绍

2.1 光电三极管

光电三极管传感器简称为光电三极管，也称为光敏三极管，是具有放大能力的光电转换器.广泛应用于各种自动光控电路中.光敏三极管与普通三极管相似，也分为PNP或NPN型两类.光敏三极管的引出脚有3个，也有2个的.在3个引出脚的结构中，基极是可以利用的，在2个引出脚的结构中，光窗口就是它的基极.光敏三极管在无光照射时和普通三极管一样，处于截止状态.当光信号照射其基极时，半导体受光激发产生很多载流子，形成光照电流，从基极输入三极管.这样，集电极流过的电流就是光照电流的β倍.可以把光敏三极管看作一个电阻元件，光敏三极管的电阻随它接收到光的强弱而变化，当光敏三极管接收到的光比较弱时，它的电阻变大，反之电阻变小.

2.2 OP07

电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器.电压比较器比较两个电压的大小，当”+”输入端电压高于”－”输入端时，电压比较器输出为高电平,当”+”输入端电压低于”－”输入端时，电压比较器输出为低电平；由于比较器的输出只有低电平和高电平两种状态，所以其中的集成运放常工作在非线性区.常见的有LM324、LM358、uA741、TL081234、OP07、OP27，这些都可以做成电压比较器.图1是OP07芯片的引脚说明，1和8为偏置平衡 (调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚,6为输出，7接电源+.

图1 OP07引脚说明

对两个或多个数据进行比较，以确定它们是否相等，或确定它们之间的大小关系及排列顺序称为比较.能够实现这种比较功能的电路或装置称为比较器.比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路.比较器的两路输入为模拟信号，输出则为二进制信号，当输入电压的差值增大或减小时，其输出保持恒定.

运算放大器在不加负反馈时，从原理上讲可以用作比较器，但由于运算放大器的开环增益非常高，它只能处理输入差分电压非常小的信号.而且，在这种情况下，运算放大器的响应时间比比较器慢许多，而且也缺少一些特殊功能，如：滞回、内部基准等.比较器通常不能用作运算放大器，比较器经过调节可以提供极小的时间延迟，但其频响特性受到一定限制，运算放大器正是利用了频响修正这一优势而成为灵活多用的器件.

3 篮球计分系统的基本原理

参见图2，篮球计分装置篮筐结构示意图，篮球计分装置由篮筐（1）、发射筒（2）、LED灯（3）、接收筒（4）、光敏三极管（5）组成，发射筒（2）、接收筒（4）分别固定在篮筐（1）的两个侧下方，发射筒（2）、接收筒（4）的中心轴在一条直线上，LED灯（3）放入发射筒（2）中，光敏三极管（5）放入接收筒（4）中.

图2 篮球计分装置篮筐结构示意图

图3 篮球计分装置电路结构示意图

参见图3，篮球计分装置电路结构示意图，篮球计分装置电路由LED灯D1、光敏三极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R3、集成运放、电阻R5、单片机、数码管组成.

电阻R1为LED灯D1的限流电阻，接通电源后，LED灯D1发光，在实际使用时可用红外线发射管，在制过程中为观察清楚起见使用了发射红光的LED灯D1.光敏三极管D2的电阻RD2随它接收到光的强弱而变化，当光敏三极管D2接收到的光比较弱时，它的电阻RD2变大，反之电阻RD2变小，光敏三极管D2、电阻R2构成了一个分压电路，加在R2上的电压大小为VCC*R2/（R2+RD2），其中VCC为电源电压，可见，光强时，RD2小，R2上的电压大，光弱时，RD2大，R2上的电压小.电阻R4、电阻R3构成了另一个分压电路，加在R3上的电压大小为VCC*R3/（R3+R4）.集成运放OP07现在作为一个比较器使用，R2上的电压送入比较器的反向输入端2，R3上的电压送入比较器的正向输入端3，无篮球投入时，LED灯D1发出的光被光敏三极管D2接收，RD2小，R2上的电压大，输出为低电平，有篮球投入时，LED灯D1发出的光被阻断，不能被光敏三极管D2接收，RD2大，R2上的电压小，输出变为高电平，这样，每次投入篮球后，在比较器的输出端6都会产生一个正脉冲，其波形如图4所示.

图4 比较器的输出波形

比较器的输出端6输出的脉冲信号送入单片机的时钟信号控制端，单片机对脉冲信号计数后送入数码管显示.使用时，对2分球数码管能自动计数，对1分球和3分球可通过设置加1和减1按钮控制单片机对数码管计数结果进行修正.

单片机电路原理如图5所示，通过P2口和P1口控制数码管显示，将显示函数写入中断中使显示稳定，然后通过光敏电阻判断篮球投入，通过运放转化为数字信号，数字信号通过P00采集，当P00有相应时单片机进入键盘扫描等待判断结果（+1分或者+3分）等待3秒如果没有输入显示+2分.

图5 单片机电路原理图

4 结束语

文章分析了OP07等器件的基本工作原理，设计了红外发射、红外接收电路、比较电路，实际制作时为显示清楚，用LED灯和光敏三极管代替红外发射与红外接收管.设计了的单片机计数和显示电路，设置了加1和减1按钮，解决了1分球和3分球的计数难题.

〔1〕汤山俊夫.数字电路设计与制作[M].科学出版社，2009.7.

〔2〕黄智伟.电子电路计算机仿真设计与分析[M].电子工业出版社，2009.6.

〔3〕孙余凯.传感器应用电路300例[M].电子工业出版社，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