基于數(shù)字電路的籃球計時記分器設計

張雅楠 張姍姍 吳迪

摘要：該題目要求學生綜合運用數(shù)字電路與邏輯設計相關知識，完成籃球計時、記分和24秒計時的設計。實踐表明，經(jīng)過該項目的訓練，學生不僅能夠將數(shù)字電路知識靈活應用于實踐，而且綜合分析和設計能力得到了提升，為培養(yǎng)應用型人才打下堅實基礎。

關鍵詞：數(shù)字電路;籃球記分;籃球計時

中圖分類號：TP216+.2? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1007-9416（2018）10-0000-00

為了培養(yǎng)學生綜合應用數(shù)字電路知識解決生產實踐中具體問題的能力，筆者設計了“籃球計時記分器設計”實驗案例。該題目貼近日常生活，能夠激發(fā)學生的學習積極性;完成該實驗項目，需要綜合運用組合邏輯電路、時序邏輯電路等知識，可以加深學生對數(shù)字電路與邏輯設計理論知識的理解和整體內容的把握。該實驗案例獲得了“2015年全國電工電子基礎課程實驗教學案例設計競賽”二等獎。

1 需求分析

學生可以依據(jù)籃球比賽規(guī)則來設計系統(tǒng)的基本功能，再結合自身需要以及實驗條件來調整最終方案。通?；@球賽的計時可分為整場比賽倒計時，進攻方個人持球24s倒計時，加時賽的倒計時等。全場比賽一般為40分鐘，可整體計時，也可分4節(jié)每節(jié)單獨計時。為了滿足更多比賽的需要，倒計時的時間可以調整。籃球賽記分，有+1、+2和+3分操作;為了防止誤操作，要考慮修改分數(shù)的功能。為了便于使用，還可增加復位、聲光提示等功能[1，2]。綜上所述，為了使不同學生都能完成該題目，且能體現(xiàn)各自的掌握情況，將實驗內容分為必做和擴展兩部分：

（1）整場比賽倒計時40分鐘，可整體計時或分節(jié)計時，計時可隨時暫停和繼續(xù)。

（2）各用三個數(shù)碼管顯示雙方分數(shù)，初值為0，可分別進行+1、+2、+3分操作，可手動修改分數(shù)。

（3）24秒持球進攻倒計時。

（4）控制按鍵：“開/關”、“復位”、“暫?！钡?，視系統(tǒng)功能自行設計。

（5）（擴展）可手動修改計時初值;如需加時賽，則倒計時5分鐘，并顯示加時賽次數(shù);有聲光提示。

2 方案設計和實現(xiàn)

系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示，由脈沖產生電路、計時電路、記分電路、譯碼顯示、按鍵控制電路、聲光提示等部分組成。各部分的具體作用和實現(xiàn)方法如下所述：

2.1 脈沖產生電路

輸出連續(xù)方波，作為計時器的時鐘?？梢岳?55定時器構成的多諧振蕩器實現(xiàn)。

2.2 計時器

可以采用十進制可逆計數(shù)器，如74190或74192實現(xiàn)。74190是“有開關控制的十進制可逆計數(shù)器”，即當其5腳（）為1實現(xiàn)減法計數(shù)，且計數(shù)輸出為0時12腳（）產生一個高電平脈沖;5腳為0則實現(xiàn)加法計數(shù);9腳（）為異步置數(shù)控制端，只要該腳為0，即將表示的BCD碼送到輸出端;4腳（）為計數(shù)使能端，為0正常計數(shù)，為1計時暫停[3]。74192為“雙時鐘可逆計數(shù)器”，當其4腳（）接連續(xù)脈沖且5腳（）為1時，實現(xiàn)減法計數(shù)，反之為加法計數(shù);13腳（）為借位輸出端;11腳（）為異步置數(shù)控制端，低電平有效;14腳為異步清零端，高電平有效。多片計數(shù)器級聯(lián)并置不同的初值即可實現(xiàn)不同時間的倒計時。

2.3 計分器

+1、+2、+3分可用全加器（如74283）實現(xiàn)，相加的結果送寄存器（如74175）保存，再利用門電路或全加器將結果轉換成BCD碼;修改分數(shù)可用寄存器的置數(shù)功能。亦可用十進制加法計數(shù)器（如74160）實現(xiàn)，需要設計三個電路，分別產生1、2和3個脈沖，通過3輸入與門（如7411）送給計數(shù)器的CP端;用置數(shù)端修正分數(shù)。還可用十進制可逆計數(shù)器，其中加法計數(shù)完成記分功能，減法計數(shù)修改分數(shù)。

2.4 顯示結果

時間和分數(shù)可通過各自的BCD譯碼器（如CD4511）和七段數(shù)碼管顯示，注意數(shù)碼管有共陰極和共陽極的區(qū)別。

2.5 其它部分

“按鍵控制電路”包括計時、記分需要的控制按鍵和去抖電路，如復位、暫停、加分等。去抖電路可用RS觸發(fā)器完成。計時器暫停或結束時，控制蜂鳴器和LED燈進行聲光提示。

由于該實驗內容需要使用中小規(guī)模集成芯片實現(xiàn)，連接實物電路的工作量大，出現(xiàn)故障不易檢查，所以要求學生使用Multisim軟件對整體方案進行仿真。同時為了鍛煉學生的硬件連接能力和解決問題的能力，要求24S倒計時電路用硬件實現(xiàn)。

3 結語

實踐表明，該實驗案例具有一定的實用性和趣味性，能夠有效促進學生主動學習。通過該實驗訓練，學生可以綜合、系統(tǒng)地應用已學到的數(shù)字電路和邏輯設計相關知識，設計出具有實用價值和一定工程意義的數(shù)字電路，且實現(xiàn)方案多樣化。學生的實踐能力，特別是綜合知識運用能力和處理實際工程問題的能力得到很好的鍛煉和提高。

參考文獻

[1]郭昊坤，袁旭.含24S違例判定的籃球比賽計時計分系統(tǒng)的設計與仿真[J].電子世界，2018，（02）：134-135.

[2]韓力英，張存善，王璐，等.基于單片機的籃球比賽計時記分系統(tǒng)的設計[J].現(xiàn)代電子技術，2009，（08）：129-130.

[3]蔣立平主編.項數(shù)字邏輯電路與系統(tǒng)設計第2 版[M].北京：電子工業(yè)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