基于自動(dòng)化角度談籃球比賽計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)方案比較

李陽(yáng) 肖軍發(fā) 張艾鑫 李江

摘要：21世紀(jì)掀起籃球運(yùn)動(dòng)熱潮，本設(shè)計(jì)應(yīng)籃球賽場(chǎng)的需要，運(yùn)用簡(jiǎn)單的數(shù)字電路對(duì)籃球比賽計(jì)時(shí)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)籃球賽場(chǎng)上比賽過(guò)程的倒計(jì)時(shí)，以及24秒進(jìn)攻方過(guò)程的倒計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)刻啟動(dòng)報(bào)警信號(hào)提示裁判和運(yùn)動(dòng)員。

關(guān)鍵詞：籃球比賽;計(jì)數(shù)器;設(shè)計(jì)方案;比較

一、設(shè)計(jì)背景

在當(dāng)今社會(huì)，我們的生活在不斷的向多元化，智能化的方向發(fā)展?？茖W(xué)技術(shù)已經(jīng)成為我們生活中不可缺少的一部分。科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步使我們的生活更加豐富多彩。在許多領(lǐng)域中計(jì)時(shí)器均得到普遍應(yīng)用，諸如各類比賽的計(jì)時(shí)、定時(shí)報(bào)警器、交通信號(hào)燈等等。21世紀(jì)以來(lái)，籃球事業(yè)的迅猛發(fā)展，讓很多人體會(huì)到了籃球運(yùn)動(dòng)的魅力。為此，對(duì)于籃球比賽計(jì)時(shí)器的研究，不斷改進(jìn)籃球比賽計(jì)時(shí)器使其更加簡(jiǎn)易精確有很大的意義，本文主要介紹籃球比賽計(jì)時(shí)器及其設(shè)計(jì)過(guò)程。

二、總體方案設(shè)計(jì)

對(duì)于同一種目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，可以采用不同的方案，下面介紹兩種方案實(shí)現(xiàn)同一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)方案，并比較不同方案的優(yōu)劣。

1.方案比較

（1）方案一

方案一：系統(tǒng)框圖如圖1所示

工作原理：脈沖源采用32.768KHz晶振，CD4060鎖相環(huán)，CD4013雙上升沿D觸發(fā)器。振蕩頻率為32768Hz，先經(jīng)CD4060對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行14級(jí)分頻，再經(jīng)CD4013二級(jí)分頻可以得到非常精準(zhǔn)的1Hz時(shí)鐘脈沖。24秒倒計(jì)時(shí)和12分鐘倒計(jì)時(shí)均采用74LS192十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，CD4511七段顯示譯碼器，BCD七段數(shù)碼管，裁判將計(jì)時(shí)器“置數(shù)”開(kāi)關(guān)按下，74LS192對(duì)應(yīng)置數(shù)并通過(guò)CD4511譯碼將初值“12.00”和“24”顯示在數(shù)碼管上，時(shí)鐘源連接低位減計(jì)數(shù)端，低位借位端連接高位減計(jì)數(shù)端。裁判按下“啟動(dòng)”（即脈沖源開(kāi)關(guān)），此后每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，74LS192初值減一，直到初值減到0為止，此時(shí)觸發(fā)報(bào)警電路產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。報(bào)警電路由555和RC構(gòu)成的多諧振蕩器，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器或揚(yáng)聲器發(fā)聲報(bào)警。

（2）方案二

方案二：系統(tǒng)框圖如圖2所示

工作原理：LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器提供合適的工作電壓，脈沖源使用555和RC構(gòu)成的多諧振蕩器，產(chǎn)生非常接近1Hz的始終信號(hào)。24秒倒計(jì)時(shí)和12分鐘倒計(jì)時(shí)均采用74LS192十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，CD4511七段顯示譯碼器，BCD七段數(shù)碼管，裁判將計(jì)時(shí)器“置數(shù)”開(kāi)關(guān)按下，74LS192對(duì)應(yīng)置數(shù)并通過(guò)CD4511譯碼將初值“12.00”和“24”顯示在數(shù)碼管上，時(shí)鐘源連接低位減計(jì)數(shù)端，低位借位端連接高位減計(jì)數(shù)端。裁判按下“啟動(dòng)”（即脈沖源開(kāi)關(guān)），此后每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，74LS192初值減一，直到初值減到0為止，此時(shí)觸發(fā)報(bào)警電路產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。報(bào)警信號(hào)由光電信號(hào)和聲音信號(hào)共同組成，聲音信號(hào)與方案一相同，多個(gè)紅色發(fā)光二極管構(gòu)成鮮明的“×”圖案。

2.方案論證

方案可行性分析：

方案一不可行。由于Proteus仿真軟件中的晶體振蕩器不能起振，所以無(wú)法產(chǎn)生確切的時(shí)鐘信號(hào)，而籃球比賽計(jì)時(shí)器的核心之一就是1Hz的時(shí)鐘信號(hào)源，用于產(chǎn)生1秒的精準(zhǔn)計(jì)時(shí)，使用Proteus仿真將不能實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)要求。

方案二可行。使用Proteus能很好的實(shí)現(xiàn)555多諧振蕩器的仿真，在理論計(jì)算的合理性前提下還可以通過(guò)軟件的示波器確切的看到時(shí)鐘信號(hào)的脈寬和周期，效果理想。

3.方案選擇

方案一計(jì)時(shí)精度較高但無(wú)法實(shí)現(xiàn)仿真;方案二在短時(shí)間內(nèi)計(jì)時(shí)的誤差可以忽略，且可很好的實(shí)現(xiàn)電路仿真，對(duì)比之下方案二更加可行。LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器與7805穩(wěn)壓芯片的結(jié)合，使得籃球比賽計(jì)時(shí)器可以用市電或者各類鋰電池驅(qū)動(dòng)工作，更加方便。設(shè)計(jì)用到的元器件都是實(shí)驗(yàn)室已有的，如：555，CD4511，74LS192以及電阻、電容、各種門(mén)電路，并且我已經(jīng)熟練掌握以上元器件的使用，因此在操作上方案二也更顯優(yōu)勢(shì)。從整體結(jié)構(gòu)上講，方案二電路較復(fù)雜，更具挑戰(zhàn)性，因此在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程中會(huì)學(xué)到更多的知識(shí)積累更多的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于自身的提升有很大幫助。方案二報(bào)警電路的獨(dú)立電源使得信號(hào)更強(qiáng)更容易被裁判和運(yùn)動(dòng)員察覺(jué)，并且光信號(hào)更加鮮明更具警示性，效果更佳。

綜上所述，采用方案二作為這次的設(shè)計(jì)電路。

參考文獻(xiàn)

[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分[M].第6版.北京：高等教育出版社2014.

[2]陳永強(qiáng)，魏金成，吳昌東.模擬電子技術(shù)[M].人民郵電出版社2016.

作者簡(jiǎn)介：李陽(yáng)（1998-），男，漢，四川省成都市，本科，研究方向：自動(dòng)化;肖軍發(fā)（1997-），男，漢，四川省德陽(yáng)市，本科，研究方向：自動(dòng)化;張艾鑫（1999-），男，漢，四川省遂寧市，本科，研究方向：自動(dòng)化;李江（1998-），男，漢，四川省綿陽(yáng)市，本科，研究方向：自動(dòng)化