籃球計分系統的設計與實現

曹萬蒼，孫福玉

（赤峰學院，內蒙古 赤峰 024000）

籃球計分系統的設計與實現

曹萬蒼，孫福玉

（赤峰學院，內蒙古 赤峰 024000）

文章分析了OP07等器件的基本工作原理，設計了紅外發射、紅外接收電路、比較電路.設計了的單片機計數和顯示電路，設置了加1和減1按鈕，解決了1分球和3分球的計數難題.

比較；計數；顯示

1 引言

籃球記分的時候是用兩疊帶有數字的記分牌來記分的，這種記分方法費時、費力還容易出現失誤.籃球比賽時，計分系統雖然用大屏幕或數碼管顯示，但都是由人工控制計數的，自動化程度不高，文章設計了一個籃球比賽用自動計分系統.

2 基本器件介紹

2.1 光電三極管

光電三極管傳感器簡稱為光電三極管，也稱為光敏三極管，是具有放大能力的光電轉換器.廣泛應用于各種自動光控電路中.光敏三極管與普通三極管相似，也分為PNP或NPN型兩類.光敏三極管的引出腳有3個，也有2個的.在3個引出腳的結構中，基極是可以利用的，在2個引出腳的結構中，光窗口就是它的基極.光敏三極管在無光照射時和普通三極管一樣，處于截止狀態.當光信號照射其基極時，半導體受光激發產生很多載流子，形成光照電流，從基極輸入三極管.這樣，集電極流過的電流就是光照電流的β倍.可以把光敏三極管看作一個電阻元件，光敏三極管的電阻隨它接收到光的強弱而變化，當光敏三極管接收到的光比較弱時，它的電阻變大，反之電阻變小.

2.2 OP07

電壓比較器可以看作是放大倍數接近“無窮大”的運算放大器.電壓比較器比較兩個電壓的大小，當”+”輸入端電壓高于”－”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平,當”+”輸入端電壓低于”－”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平；由于比較器的輸出只有低電平和高電平兩種狀態，所以其中的集成運放常工作在非線性區.常見的有LM324、LM358、uA741、TL081234、OP07、OP27，這些都可以做成電壓比較器.圖1是OP07芯片的引腳說明，1和8為偏置平衡 (調零端)，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接地，5空腳,6為輸出，7接電源+.

圖1 OP07引腳說明

對兩個或多個數據進行比較，以確定它們是否相等，或確定它們之間的大小關系及排列順序稱為比較.能夠實現這種比較功能的電路或裝置稱為比較器.比較器是將一個模擬電壓信號與一個基準電壓相比較的電路.比較器的兩路輸入為模擬信號，輸出則為二進制信號，當輸入電壓的差值增大或減小時，其輸出保持恒定.

運算放大器在不加負反饋時，從原理上講可以用作比較器，但由于運算放大器的開環增益非常高，它只能處理輸入差分電壓非常小的信號.而且，在這種情況下，運算放大器的響應時間比比較器慢許多，而且也缺少一些特殊功能，如：滯回、內部基準等.比較器通常不能用作運算放大器，比較器經過調節可以提供極小的時間延遲，但其頻響特性受到一定限制，運算放大器正是利用了頻響修正這一優勢而成為靈活多用的器件.

3 籃球計分系統的基本原理

參見圖2，籃球計分裝置籃筐結構示意圖，籃球計分裝置由籃筐（1）、發射筒（2）、LED燈（3）、接收筒（4）、光敏三極管（5）組成，發射筒（2）、接收筒（4）分別固定在籃筐（1）的兩個側下方，發射筒（2）、接收筒（4）的中心軸在一條直線上，LED燈（3）放入發射筒（2）中，光敏三極管（5）放入接收筒（4）中.

圖2 籃球計分裝置籃筐結構示意圖

圖3 籃球計分裝置電路結構示意圖

參見圖3，籃球計分裝置電路結構示意圖，籃球計分裝置電路由LED燈D1、光敏三極管D2、電阻R1、電阻R2、電阻R4、電阻R3、集成運放、電阻R5、單片機、數碼管組成.

電阻R1為LED燈D1的限流電阻，接通電源后，LED燈D1發光，在實際使用時可用紅外線發射管，在制過程中為觀察清楚起見使用了發射紅光的LED燈D1.光敏三極管D2的電阻RD2隨它接收到光的強弱而變化，當光敏三極管D2接收到的光比較弱時，它的電阻RD2變大，反之電阻RD2變小，光敏三極管D2、電阻R2構成了一個分壓電路，加在R2上的電壓大小為VCC*R2/（R2+RD2），其中VCC為電源電壓，可見，光強時，RD2小，R2上的電壓大，光弱時，RD2大，R2上的電壓小.電阻R4、電阻R3構成了另一個分壓電路，加在R3上的電壓大小為VCC*R3/（R3+R4）.集成運放OP07現在作為一個比較器使用，R2上的電壓送入比較器的反向輸入端2，R3上的電壓送入比較器的正向輸入端3，無籃球投入時，LED燈D1發出的光被光敏三極管D2接收，RD2小，R2上的電壓大，輸出為低電平，有籃球投入時，LED燈D1發出的光被阻斷，不能被光敏三極管D2接收，RD2大，R2上的電壓小，輸出變為高電平，這樣，每次投入籃球后，在比較器的輸出端6都會產生一個正脈沖，其波形如圖4所示.

圖4 比較器的輸出波形

比較器的輸出端6輸出的脈沖信號送入單片機的時鐘信號控制端，單片機對脈沖信號計數后送入數碼管顯示.使用時，對2分球數碼管能自動計數，對1分球和3分球可通過設置加1和減1按鈕控制單片機對數碼管計數結果進行修正.

單片機電路原理如圖5所示，通過P2口和P1口控制數碼管顯示，將顯示函數寫入中斷中使顯示穩定，然后通過光敏電阻判斷籃球投入，通過運放轉化為數字信號，數字信號通過P00采集，當P00有相應時單片機進入鍵盤掃描等待判斷結果（+1分或者+3分）等待3秒如果沒有輸入顯示+2分.

圖5 單片機電路原理圖

4 結束語

文章分析了OP07等器件的基本工作原理，設計了紅外發射、紅外接收電路、比較電路，實際制作時為顯示清楚，用LED燈和光敏三極管代替紅外發射與紅外接收管.設計了的單片機計數和顯示電路，設置了加1和減1按鈕，解決了1分球和3分球的計數難題.

〔1〕湯山俊夫.數字電路設計與制作[M].科學出版社，2009.7.

〔2〕黃智偉.電子電路計算機仿真設計與分析[M].電子工業出版社，2009.6.

〔3〕孫余凱.傳感器應用電路300例[M].電子工業出版社，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