多功能篮球比赛计时计分系统设计分析

王 琦

（陕西警官职业学院，陕西 西安 710043）

1 多功能篮球比赛计时计分系统总体结构

本文所设计的篮球比赛计时和计分系统主要由蜂鸣器（主要起到提示作用）、显示模块（主要用于比分的显示）、键盘模块（主要用于对系统进行设定等）和时钟模块（比赛中各种时间信号主要通过该模块显示）4部分组成，总体结构如图1所示[1]。

图1 系统总体结构

2 篮球比赛计时计分系统硬件设计

2.1 显示模块设计

本文在该模块的设计上，比赛双方球员信息以及比分的显示主要采用数码管和1602液晶屏，实现篮球比赛过程双方的动态显示。其中，计分模块是系统的核心模块，比赛中的得分需进行更新和累加。这一功能主要采用计分器实现，比赛过程双方的分数可超过100分。如果过程中有错误加分等情况出现，相应的减法等修正过程则可以在dire端完成[2]。

清零端由cr表示，计数器在表现出cr等于0时会立即完成清零处理；en表示终止端，计数器的计数在en等于0时立即切换到暂时停止的状态；s代表数据选择器，s等于0时给甲球队加分，s等于1时给乙球队加分；p1表示加一分，p2表示加两分，p3表示加3分；dire的主要功能在于完成相应的减法修正（给某一球队减分）；甲球队得分的个位用a_1表示，得分的十位由a_10表示，得分的百位用a_100表示；乙球队得分的个位用b_1表示，得分的十位用b_10表示，得分的百位用b_100表示；co 输出端等于1，表示对某一队进行了加分操作，时钟模块中的24 s倒计时在这种情况下，减法器会清零，其减法器中cr端等于零，减法器在某一球队开始下次进攻时又会重新开始倒计时[3]。

2.2 时钟模块设计

该模块主要由3种计时器组成，即24 s倒计时器、12/60进制计时器。

（1）24 s倒计时器，主要运用的减法计数器为24进制，在实际的篮球比赛过程中，可实现对双方每次进攻时间的限定，若在24 s时间内持球，进攻一方得分则时间立即执行清零操作，违例情况表现为超过24 s持球，进攻一方仍然没有接触到篮板或篮筐，则球权需给另一方，进攻转换，转换24 s倒计时转换。

（2）12/60进制计时器，运用的减法计数器为12进制，以实现对每节比赛的分钟位完成计时。每节篮球比赛为12 min，通过12进制计时器的使用，可有效实现对每节篮球比赛的分钟位的倒计时；通过60进制减法计数器的运用，可有效实现在秒钟位的倒计时功能，此外还能够实现暂停、清零等功能[4]。

2.3 键盘模块电路

键盘模块在具体设计时采用的键盘是机械开关，在操作相应的按键时，因电压突跳以及机械触点自身具有一定的弹性等原因，电压会出现抖动现象（触点在开路或闭合的一瞬间）。因此要进一步提高系统对按键的信息识别的准确度，需通过相应的去抖动处理操作，最大程度降低这种电压抖动情况的出现概率。本设计为了有效消除导致抖动部分的信号，使用状态机完成去抖电路的设计，去除按键电压抖动的关键在于稳定的低电平（按下某一按键时为低电平）状态的有效提取，需对前/后沿的抖动毛刺完成滤除处理。具体处理步骤为：首先对某一按键信号完成取样（需采用相应的脉冲来完成），若3次连续取样结果都处于低电平状态，则说明该信号已达到了稳定状态，此时可输出该低电平的按键信号；接下来对该按键信号再继续进行取样，若3次连续取样并非都是低电平，说明原来的稳定状态已经发生变化，输出的是高电平。如果reset信号能够确保有效，电路在这种情况下会进入复位状态（S0），这就表明低电平在取样过程中没有被检测到；如果在对取样进行输入时，有相应的低电平被检测到，此时状态就会向下进行转换，如果电路进入到 S3，则表明3个信号（连续检测）都显示为低电平，系统一旦检测出高电平的存在，就会重新进入到复位状态（S0），再次进行检测。在去除按键抖动模块中，检测的时钟由clk表示，将clk与10 kHz的频率连接起来；cr（在低电平时有效）表示复位信号；din[4..0]（总共是5位）表示按键信号，在低电平时有效，总共需要去抖动 5 个按键；dout[4..0]表示对按键信号的去抖动处理，其元件符号的具体表现形式如图2所示[5]。

图2 去除按键抖动模块

3 系统设计的实现

结合软件和硬件功能才能实现显示队员信息、24 s 倒计时、计分和计时等功能。本文具体通过模块化程序的设计完成系统软件部分的设计，保证不同模块间处于相互独立的状态，以便对不同模块系统程序进行相应的操作时，其他的模块不会受到影响。系统设计主要包括程序的编写、修改和升级等，根据所需具有的不同功能，将软件程序分为驱动 LED显示数据、数据检验、数据处理、数据错误重传请求和串口数据收发5个部分[6]。其中的部分程序设计如下。

4 系统测试及优化

通过将本系统应用于实际的篮球比赛中进行测试，测试结果表明本系统能够有效替代篮球比赛中的传统人工计时和计分方法，比赛时间和比分通过液晶显示器显示更加方便直观，降低了传统计时和计分的误差，使篮球比赛过程更加透明公正。同时本设计中采用的时钟芯片（DS1302）没有锂电池，在主电源断电的情况下无法完成数据的储存，因此通过改用DS12C887（自带锂电池）的芯片完善系统，以防止数据丢失。键盘模块因需占用较多的I/O口，采用矩阵键盘的设计方法，最终实现在键盘使用率提升的基础上降低了设计成本[7]。

5 结语

目前部分高校在篮球比赛中，计分和计时方法比较落后，通常采用比分牌等人工方法，这种方法缺少灵活度，大都缺少相应计时功能如24 s倒计时等，一定程度上影响了比赛的正常进行和评判。本文主要通过对多功能篮球比赛计时系统进行分析，设计了一种具备多功能的篮球比赛计时和计分系统，对传统计时和计分方法进行优化，且检测结果表明该系统操作简单、透明直观，可有效实现篮球比赛计时计分功能。