基于自动化角度谈篮球比赛计时器设计方案比较

李阳 肖军发 张艾鑫 李江

摘要：21世纪掀起篮球运动热潮，本设计应篮球赛场的需要，运用简单的数字电路对篮球比赛计时器进行设计，可以实现篮球赛场上比赛过程的倒计时，以及24秒进攻方过程的倒计时，计时结束时刻启动报警信号提示裁判和运动员。

关键词：篮球比赛;计数器;设计方案;比较

一、设计背景

在当今社会，我们的生活在不断的向多元化，智能化的方向发展。科学技术已经成为我们生活中不可缺少的一部分。科学技术的不断发展与进步使我们的生活更加丰富多彩。在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如各类比赛的计时、定时报警器、交通信号灯等等。21世纪以来，篮球事业的迅猛发展，让很多人体会到了篮球运动的魅力。为此，对于篮球比赛计时器的研究，不断改进篮球比赛计时器使其更加简易精确有很大的意义，本文主要介绍篮球比赛计时器及其设计过程。

二、总体方案设计

对于同一种目标的实现，可以采用不同的方案，下面介绍两种方案实现同一目标的实现方案，并比较不同方案的优劣。

1.方案比较

（1）方案一

方案一：系统框图如图1所示

工作原理：脉冲源采用32.768KHz晶振，CD4060锁相环，CD4013双上升沿D触发器。振荡频率为32768Hz，先经CD4060对时钟信号进行14级分频，再经CD4013二级分频可以得到非常精准的1Hz时钟脉冲。24秒倒计时和12分钟倒计时均采用74LS192十进制可逆计数器，CD4511七段显示译码器，BCD七段数码管，裁判将计时器“置数”开关按下，74LS192对应置数并通过CD4511译码将初值“12.00”和“24”显示在数码管上，时钟源连接低位减计数端，低位借位端连接高位减计数端。裁判按下“启动”（即脉冲源开关），此后每来一个时钟信号，74LS192初值减一，直到初值减到0为止，此时触发报警电路产生报警信号。报警电路由555和RC构成的多谐振荡器，驱动蜂鸣器或扬声器发声报警。

（2）方案二

方案二：系统框图如图2所示

工作原理：LM317可调式三端稳压器提供合适的工作电压，脉冲源使用555和RC构成的多谐振荡器，产生非常接近1Hz的始终信号。24秒倒计时和12分钟倒计时均采用74LS192十进制可逆计数器，CD4511七段显示译码器，BCD七段数码管，裁判将计时器“置数”开关按下，74LS192对应置数并通过CD4511译码将初值“12.00”和“24”显示在数码管上，时钟源连接低位减计数端，低位借位端连接高位减计数端。裁判按下“启动”（即脉冲源开关），此后每来一个时钟信号，74LS192初值减一，直到初值减到0为止，此时触发报警电路产生报警信号。报警信号由光电信号和声音信号共同组成，声音信号与方案一相同，多个红色发光二极管构成鲜明的“×”图案。

2.方案论证

方案可行性分析：

方案一不可行。由于Proteus仿真软件中的晶体振荡器不能起振，所以无法产生确切的时钟信号，而篮球比赛计时器的核心之一就是1Hz的时钟信号源，用于产生1秒的精准计时，使用Proteus仿真将不能实现该设计要求。

方案二可行。使用Proteus能很好的实现555多谐振荡器的仿真，在理论计算的合理性前提下还可以通过软件的示波器确切的看到时钟信号的脉宽和周期，效果理想。

3.方案选择

方案一计时精度较高但无法实现仿真;方案二在短时间内计时的误差可以忽略，且可很好的实现电路仿真，對比之下方案二更加可行。LM317可调式三端稳压器与7805稳压芯片的结合，使得篮球比赛计时器可以用市电或者各类锂电池驱动工作，更加方便。设计用到的元器件都是实验室已有的，如：555，CD4511，74LS192以及电阻、电容、各种门电路，并且我已经熟练掌握以上元器件的使用，因此在操作上方案二也更显优势。从整体结构上讲，方案二电路较复杂，更具挑战性，因此在发现问题和解决问题的过程中会学到更多的知识积累更多的经验，对于自身的提升有很大帮助。方案二报警电路的独立电源使得信号更强更容易被裁判和运动员察觉，并且光信号更加鲜明更具警示性，效果更佳。

综上所述，采用方案二作为这次的设计电路。

参考文献

[1]康华光.电子技术基础数字部分[M].第6版.北京：高等教育出版社2014.

[2]陈永强，魏金成，吴昌东.模拟电子技术[M].人民邮电出版社2016.

作者简介：李阳（1998-），男，汉，四川省成都市，本科，研究方向：自动化;肖军发（1997-），男，汉，四川省德阳市，本科，研究方向：自动化;张艾鑫（1999-），男，汉，四川省遂宁市，本科，研究方向：自动化;李江（1998-），男，汉，四川省绵阳市，本科，研究方向：自动化