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概括
随着社会的发展，科技的进步，人们生活水平的逐步提高，各种方便生活的电子产品开始走进人们的生活。电子记分牌就是这样一种电子产品，它的出现代替了记分员手动翻动记分牌点的繁琐劳动，使得各类比赛进入智能化、高效化、精准化的人机交互时代，在体育比赛中具有十分重要的意义。我们这次设计的项目是篮球比赛专用电子记分牌，用于篮球比赛双方的实时记分。根据篮球比赛的特点，我们选取了特殊的设计方案，采用三块LED数码管分别显示比赛一方的比分。记分员可以根据现场比赛的比分，实时记录各队的得分，并及时反馈给LED数码管。
关键词 篮球比赛 数字记分牌 LED数码管
目录
TOC\o"1-3"\h\z\\l""1简介2
\l""1.1篮球记分牌的设计意义2
\l""1.2 设计目的 2
\l""1.3 系统主要功能 2
\l""2 总体设计方案 3
\l""2.1 设计要求 3
\l""2.2 选项 3
\l""2.3 解决方案图 4
\l""3 设计步骤与原则 5
\l""3.1、单元电路设计及参数计算 5
\l""3.1.1.74192 函数表 5
\l""3.1.2.74160 函数表 5
\l""4 组件选择 9
\l""经验 10
\l""参考文献 10
1 简介
1.1篮球记分牌的设计意义
体育竞赛计时记分系统是对体育竞赛过程中产生的时间、成绩等数据进行快速采集、记录、处理、传输和利用的信息系统。根据不同体育项目的不同竞赛规则和要求，体育竞赛计时记分系统包括测量、计分、命中、制胜等类型的记分系统。
篮球比赛的胜负是以规定比赛时间内队员所得分多少来决定的，因此篮球比赛计时系统属于计分型系统。篮球比赛计时系统是由计时器等多种电子设备组成。同时，根据目前高水平篮球比赛的要求，一套完整的篮球比赛计时系统应能与现场计分处理、现场大屏幕、电视转播车等多种设备相连接，以达到提高观众竞技感、娱乐性等功能目标。
1.2 设计目的
1、熟悉中规模集成可逆计数器、译码器及显示器的功能；
2.培养将所学知识创造性地运用到数字系统设计中的能力和兴趣；
3.了解数字系统的实验、调试方法，以及常见故障的排除方法
1.3 系统主要功能
1、有得1分、2分、3分的情况，电路要有加分、减分、显示功能。
2、有倒计时钟显示，在“暂停时间到”、“游戏时间到”时会有声音和灯光提示。
3.竞赛规则规定的其他计时和得分要求。
2 总体设计方案
2.1 设计要求
设计一个符合篮球比赛规则的得分系统。
1、有得1分、2分、3分的情况，电路要有加分、减分、显示功能。
2、有倒计时钟显示，在“暂停时间到”、“游戏时间到”时会有声音和灯光提示。
3.竞赛规则规定的其他计时和得分要求。
2.2 方案选择
1. 计分电路
对应篮球比赛规则计分制的要求，篮球比赛的得分有1分、2分、3分，将一个脉冲、两个脉冲、三个脉冲输入电路，计数器就能对分数进行计数，这就需要三个脉冲支路。
该电路应具有加分、减分和显示分数的功能。当比赛中某一队得分时，加法器通过控制脉冲支路，将相应的分数加起来。如果裁判员判断错误，可用减法器将错误的分数减去。用三个计数器和三个半导体数码管LED对分数进行计数和显示。
2.倒计时时钟电路
首先，有全场比赛总倒计时电路，全场比赛时长40分钟，分为四节，每节10分钟，每节结束后篮球比赛计时规则，倒计时暂停，灯亮，通知球队进入休息时间，这段时间不计算在内。其次，每队持球进攻时间为24秒，与总计时同步。此计时电路有复位开关，可用于判断本队持球时间。第三是20秒暂停时间，可用于球队叫暂停，进行战术调整。此时电路切换到暂停电路，总倒计时和持球计时暂停。暂停时间结束后，电路再次切换到全场计时电路。
图2.2 方案设计图
2.3 解决方案图
图2.3.1 篮球记分牌解决方案图
3 设计步骤及原则
3.1 单元电路设计及参数计算
3.1.1.74192 功能表
输入输出
清除、设置、添加、减去、计数数据
‵
1×××××××0000
00××
01↑1××××向上计数
011↑××××倒数
01↑1××××保留
3.1.2.74160 功能表
‵LOAD‵工作状态
×0×××设置为零
↑10××预设数
×1101保留
×11×0 成立（但 C=0）
↑1111 计数
3.1.3 总比赛时间循环
图3.1.3 总比赛时间电路图
从电路图可以看出，这部分电路是由四片组成的时序逻辑电路。5预置为1001，这样分钟显示为9，7预置为0101，显示为5，6置为0001，显示为1。时钟脉冲9接在8DOWN，秒8的BO端输出到秒10位的7DOWN，进行60秒的倒计时。然后秒10位的BO输出接在分钟5DOWN，进行10分钟的倒计时。分钟5的BO输出接在6UP端，逐段增加到五段后回到1，开始另一局的倒计时。
3.1.4 持球及暂停电路
图3.1.4 持球暂停时间电路图
从电路图可以看出，持球计时电路将U1预置为0100即4，将U2预置为0010即2。U2的QD输出经非门后接U1的LOAD，这样就组成了24秒的倒计时。本电路还加了一个PB-DPST双门开关，可以对24秒的数字进行复位。通过两个与非门，利用与非门的锁存器和开关J1，实现24秒持球和20秒暂停的切换。U7、U8预置组成20，U8的BO输出端接至控制X1灯显示电路，当20秒暂停时间结束后，灯亮，可以复位。
3.1.5 计分电路
图3.1.5 计分电路原理图
对于分密钥电路，在U4上，当值从0000变化到0011时，QA、QB通过与非门接至EP，RD由开关控制，当到达0011时，通过QA、QB的与非门输出的值为零，保持0011状态不变，QB输出一个脉冲。
对于二进制密钥电路，在U5上，当由0000变化到0011时，QA、QB通过与非门接至EP，RD由开关控制，当到达0011时，QA、QB的与非门输出为零，这样就保持0011状态不变，QA输出两个脉冲。
对于三键电路，在U6上，当由0000变化到0101时，QA、QC通过与非门接至EP，RD由开关控制，当到达0011时，QA、QC的与非门输出为零，这样就保持0101状态不变，QA输出三个脉冲。
电路通过双向开关切换加法电路和减法电路，异或门U7连接U1、U2、U3的UP端为加法部分，异或门U8连接U1、U2、U3的DOWN端为减法部分，从而控制游戏分数的加减。开关J4控制U1、U2、U3的CLR端接通电源，当开关闭合时，分数归零，重新开始计时。
3.1.6 总体原理图
图3.1.6 整体示意图
电路完整工作过程描述：
当电路通电后，倒计时钟电路和计分电路开始工作。
当倒计时钟电路开始工作时，闭合开关J10，双向开关J1打向左边，总场上时间和持球时间开始倒计时。每节结束后篮球比赛计时规则，接通开关J10，总场上时间和持球时间将暂停，指示灯X2亮。控制开关J8使指示灯X2复位。若本队的持球时间少于24秒，可控制开关J2复位，若多于24秒，指示灯亮，进行交换球。当节显示为五时，即比赛结束，总场上时间部分将立即自动复位为原状态。当某一队请求暂停时，双向开关J1打向右边，总场上时间和持球时间倒计时将暂停，开始20秒的暂停倒计时。 当倒计时结束后，灯光X1亮，游戏继续进行，控制开关J5使灯光X1复位。若在20秒暂停时间前进行游戏，可控制开关J3使游戏复位。
计分电路开始工作时，LED电路显示999，这也是电路统计的最大值。控制开关J11将分数置零。接通开关J9进入计分状态，控制一分、二分、三分按键，累计游戏分数。当游戏分数误判时，断开开关J9，控制一分、二分、三分按键调整相应的误判分数。将显示置零，开始下一局计分。
4. 组件选择
元件号型号主要参数数量备注（包装形式）
5、6、7、8、U3、U4、U10、U11、U16、U17、、-7351\DO16
U1、U7、、-7351\DO14
U2、U8、U9、U15、U30、-7351\DO14
J1， ， \SPDT
X1, , \灯
J2，J3，J5，J8，，\
J4, J6, J7, \
19岁以下, 20岁以下, -7351\DO16
, -2221A/2222\NO14
, -2221A/2222\NO14
经验
在本次课程设计中，通过倒计时时钟电路和计分电路的设计，我对数字电路的一般设计和功能有了更宏观的认识。本次课程设计也提高了我们的逻辑思维能力，在逻辑电路的分析和设计方面取得了很大的进步。加深了我们对组合逻辑电路和时序逻辑电路的理解，进一步增强了我们对一些常见逻辑器件的认识。另外，对数字电子技术的科学性有了进一步的认识。
刚看到这个课程设计的时候，我还是很迷茫的，因为上学期对数字电子学这门课的学习并没有投入太多的精力，很多知识只是很基础的了解，而且大部分都只是为了应付考试，没有深入的研究。虽然上学期也做过数字电子学实验，但都是部分相关的知识，学不到真正该如何去运用，也做不好。
刚开始的时候我对电路设计并不是很了解，至少知道需要用到同步十进制计数器和双时钟加减计数器，对其工作原理和功能表也有一定的了解，于是很快就有了倒计时时钟电路的设计思路。但是看似简单的电路整理起来还是有些麻烦，上课的时候掌握了预置数字的方法，但是脉冲输出控制电路周期这个东西上手就不是那么容易了，经过多次计算和实验，还是没能完美通过，在和伙伴们讨论，阅读相关书籍之后，还是解决了这个问题。所以有时候还是需要伙伴们的启发和支持，闭门造车只会阻碍学习和工作的发展。这部分电路设计出来之后，因为一开始只是为了实现电路的功能，所以并没有过多考虑电路的布局和电路的美观，导致电路比较混乱。最后还是对电路的布局做了一些安排。 设计需要缜密的思考和耐心。
在设计计分电路的时候，我认为这是设计中最难的部分。当我看到需要有1、2、3个点的统计时，我觉得自己完成不了，因为我对此一无所知，对计分电路的设计一无所知。我的小伙伴们的知识也很有限。这时，合理利用互联网对我们的学习有很大的帮助。通过搜索计分电路，我找到了一些相关的设计，但我只能对电路茫然，不能完全理解它。经过一番努力，我对这部分电路的设计有了初步的了解，并在不断完善设计的同时，继续学习和理解电路。
完成课程设计就像经历了一场学习革命，对于如何学习、如何掌握知识的应用有了更清晰的认识，为以后的职业发展和工作奠定了基础。
参考
[1]《数字电路技术基础教程》，闫石主编篮球比赛计时规则，清华大学出版社，北京
[2]《电子电路设计、实验与测试》（第4版），谢子梅主编，北京电子工业出版社