基于数字电路的篮球计时记分器设计

张雅楠 张姗姗 吴迪

摘要：該题目要求学生综合运用数字电路与逻辑设计相关知识，完成篮球计时、记分和24秒计时的设计。实践表明，经过该项目的训练，学生不仅能够将数字电路知识灵活应用于实践，而且综合分析和设计能力得到了提升，为培养应用型人才打下坚实基础。

关键词：数字电路;篮球记分;篮球计时

中图分类号：TP216+.2    文献标识码：A     文章编号：1007-9416（2018）10-0000-00

为了培养学生综合应用数字电路知识解决生产实践中具体问题的能力，笔者设计了“篮球计时记分器设计”实验案例。该题目贴近日常生活，能够激发学生的学习积极性;完成该实验项目，需要综合运用组合逻辑电路、时序逻辑电路等知识，可以加深学生对数字电路与逻辑设计理论知识的理解和整体内容的把握。该实验案例获得了“2015年全国电工电子基础课程实验教学案例设计竞赛”二等奖。

1 需求分析

学生可以依据篮球比赛规则来设计系统的基本功能，再结合自身需要以及实验条件来调整最终方案。通常篮球赛的计时可分为整场比赛倒计时，进攻方个人持球24s倒计时，加时赛的倒计时等。全场比赛一般为40分钟，可整体计时，也可分4节每节单独计时。为了满足更多比赛的需要，倒计时的时间可以调整。篮球赛记分，有+1、+2和+3分操作;为了防止误操作，要考虑修改分数的功能。为了便于使用，还可增加复位、声光提示等功能[1，2]。综上所述，为了使不同学生都能完成该题目，且能体现各自的掌握情况，将实验内容分为必做和扩展两部分：

（1）整场比赛倒计时40分钟，可整体计时或分节计时，计时可随时暂停和继续。

（2）各用三个数码管显示双方分数，初值为0，可分别进行+1、+2、+3分操作，可手动修改分数。

（3）24秒持球进攻倒计时。

（4）控制按键：“开/关”、“复位”、“暂停”等，视系统功能自行设计。

（5）（扩展）可手动修改计时初值;如需加时赛，则倒计时5分钟，并显示加时赛次数;有声光提示。

2 方案设计和实现

系统的总体框图如图1所示，由脉冲产生电路、计时电路、记分电路、译码显示、按键控制电路、声光提示等部分组成。各部分的具体作用和实现方法如下所述：

2.1 脉冲产生电路

输出连续方波，作为计时器的时钟。可以利用555定时器构成的多谐振荡器实现。

2.2 计时器

可以采用十进制可逆计数器，如74190或74192实现。74190是“有开关控制的十进制可逆计数器”，即当其5脚（）为1实现减法计数，且计数输出为0时12脚（）产生一个高电平脉冲;5脚为0则实现加法计数;9脚（）为异步置数控制端，只要该脚为0，即将表示的BCD码送到输出端;4脚（）为计数使能端，为0正常计数，为1计时暂停[3]。74192为“双时钟可逆计数器”，当其4脚（）接连续脉冲且5脚（）为1时，实现减法计数，反之为加法计数;13脚（）为借位输出端;11脚（）为异步置数控制端，低电平有效;14脚为异步清零端，高电平有效。多片计数器级联并置不同的初值即可实现不同时间的倒计时。

2.3 计分器

+1、+2、+3分可用全加器（如74283）实现，相加的结果送寄存器（如74175）保存，再利用门电路或全加器将结果转换成BCD码;修改分数可用寄存器的置数功能。亦可用十进制加法计数器（如74160）实现，需要设计三个电路，分别产生1、2和3个脉冲，通过3输入与门（如7411）送给计数器的CP端;用置数端修正分数。还可用十进制可逆计数器，其中加法计数完成记分功能，减法计数修改分数。

2.4 显示结果

时间和分数可通过各自的BCD译码器（如CD4511）和七段数码管显示，注意数码管有共阴极和共阳极的区别。

2.5 其它部分

“按键控制电路”包括计时、记分需要的控制按键和去抖电路，如复位、暂停、加分等。去抖电路可用RS触发器完成。计时器暂停或结束时，控制蜂鸣器和LED灯进行声光提示。

由于该实验内容需要使用中小规模集成芯片实现，连接实物电路的工作量大，出现故障不易检查，所以要求学生使用Multisim软件对整体方案进行仿真。同时为了锻炼学生的硬件连接能力和解决问题的能力，要求24S倒计时电路用硬件实现。

3 结语

实践表明，该实验案例具有一定的实用性和趣味性，能够有效促进学生主动学习。通过该实验训练，学生可以综合、系统地应用已学到的数字电路和逻辑设计相关知识，设计出具有实用价值和一定工程意义的数字电路，且实现方案多样化。学生的实践能力，特别是综合知识运用能力和处理实际工程问题的能力得到很好的锻炼和提高。

参考文献

[1]郭昊坤，袁旭.含24S违例判定的篮球比赛计时计分系统的设计与仿真[J].电子世界，2018，（02）：134-135.

[2]韩力英，张存善，王璐，等.基于单片机的篮球比赛计时记分系统的设计[J].现代电子技术，2009，（08）：129-130.

[3]蒋立平主编.项数字逻辑电路与系统设计第2 版[M].北京：电子工业出版社，2008.

Design of Timing and Score Device in basketball Match Based on Digital Circuit

ZHANG Ya-nan，ZHANG Shan-shan，WU Di

（Information Science and Technology College of Dalian Maritime University， Dalian Liaoning  116026）

Abstract： For this topic， students should use the relevant knowledge of digital circuit and logic design to complete the  design of basketball timing， scorer and 24 seconds timing. Practice shows that through this project， students can not only flexibly apply digital circuit knowledge to practice， but also improve their comprehensive analysis and design ability， laying a solid foundation for training applied talents.

Key words： digital circuit; score for basketball; timing for basketball