毕业设计（论文）报告

主题：数字课程的设计篮球第二计时器

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数字电力课程设计篮球第二计时器

摘要：本文主要介绍基于数字电子技术的篮球第二计时器的设计和实施。首先，分析了篮球第二计时器的要求，并提出了设计目标和功能要求。然后，详细介绍了系统硬件设计，包括主控制芯片，时钟模块，显示模块等。然后设计系统软件以实现时间函数。最后，通过实际测试验证了系统的性能。结果表明，篮球第二计时器具有准确的时机，简单操作和低功耗的特征，可以满足篮球比赛时间的需求。

随着篮球的流行，篮球比赛的时机准确性正在提高。传统的篮球计时器存在诸如大的时序错误和不便操作等问题。为了提高篮球比赛的时机准确性和运营便利性，本文设计了基于数字电子技术的篮球第二计时器。计时器采用了数字电路设计，具有准确的时机，简单操作和低功耗的优势，并且可以满足现代篮球比赛时机的需求。

1。系统需求分析

1.1篮球第二计时器的功能要求

（1）作为游戏的重要工具，其功能要求至关重要。首先，计时器需要具有准确的定时功能，这可以准确记录诸如游戏开始，暂停，延续和结束之类的时刻。例如，在正式的篮球比赛中，游戏时间通常为40分钟，并且计时器需要准确到几秒钟，以确保游戏时间准确。此外，计时器还应具有倒计时功能，以提醒教练和裁判在比赛时间不足时。

（2）计时器还需要具有时间暂停的功能并继续处理游戏中的各种紧急情况。例如，玩家受伤，技术犯规或游戏规则的变化需要超时。在暂停期间，计时器应自动节省当前时间，并在游戏恢复时继续时间。此外，计时器还应具有定时重置函数，以便在游戏重新启动时可以快速返回初始定时状态。

（3）为了满足不同竞争的需求，计时器应具有多个定时模式选择。例如，计时器可以设置游戏的总时间，加班时间，休息时间等，以适应不同的游戏规则和需求。同时，计时器还需要具有时间显示功能，并清楚而直观地显示信息，例如游戏时间，暂停时间等。通过LED显示或LCD显示。在实际应用中，计时器还应具有某些反干扰功能，以确保其在嘈杂的场地环境中仍然可以稳定工作。例如，在篮球比赛中，计时器需要承受观众欢呼，音乐等的干扰，而不会影响时间准确性。

1.2篮球第二计时器的性能要求

（1）篮球第二计时器的性能要求涵盖了多个方面，以确保其在实际应用中的可靠性和实用性。首先，计时器的时间准确性是关键性能指标之一。时间错误通常需要在±0.1秒内，以满足篮球比赛中时间准确性的严格要求。例如，在关键的比赛时刻，例如游戏的最后几秒钟或罚球时间，计时器的准确性直接影响了比赛的结果和运动员的表现。

（2）其次，计时器的响应速度也是性能要求的重要组成部分。在篮球比赛中，计时器需要能够迅速对各种操作做出响应，例如开始，暂停，继续和重置时间安排。例如，当匹配暂停或取代比赛时，计时器应在0.5秒内完成暂停，并在比赛恢复时立即开始时间以确保游戏的平稳进度。此外，计时器的操作接口应该简单明了，使教练和裁判可以轻松地掌握和使用它。

（3）计时器的稳定性和耐用性也是绩效要求的重要考虑因素。在室外或室内篮球场中，计时器可能会面临各种恶劣的环境，例如高温，低温，湿度变化，灰尘和振动。因此，计时器应具有良好的抗干扰能力和环境适应性，并且在这些条件下可以稳定工作。同时，计时器的硬件和软件设计应确保长期使用后的可靠性，降低故障率并降低维护成本。例如，计时器的电池寿命应满足至少一款游戏的需求，并且在正常使用条件下不应少于两年。

1.3系统设计目标

（1）系统设计目标是实现高效，准确且易于操作的篮球第二计时器。首先，设计目标之一是确保计时器具有高精度的计时功能，以满足篮球比赛以进行计时录制的严格要求。这要求计时器能够在计时过程中保持误差范围为±0.1秒，以确保时间记录的准确性不会对激烈竞争期间的游戏结果产生重大影响。

（2）其次，系统设计目标强调了计时器的用户友好性。计时器应该具有一个简单而直观的操作界面，以便教练和裁判可以在不经过复杂的学习过程的情况下快速入门。此外，计时器应具有智能操作功能，例如自动节省暂停时间，快速切换正时模式等，以提高操作效率并减少人为错误。

（3）最后，系统设计目标还集中在计时器的稳定性和耐用性上。计时器应该能够在各种环境条件下稳定运行，包括高温，低温，湿度变化，灰尘和振动。此外，计时器应采用具有成本效益的硬件和软件设计，以确保其在长期使用过程中的可靠性和耐用性，降低维护成本，并为用户提供长期稳定的时机服务。同时，计时器还应具有一定程度的扩展，以便将来根据实际需求升级和扩展功能。

2。2。硬件设计

2.1主要控制芯片选择

（1）在篮球第二计时器的硬件设计中，主要控制芯片的选择至关重要。考虑到需要处理计时器的时间准确性和响应速度，以及与其他模块结合使用的时间，我们选择了高性能的臂章M系列微控制器作为主芯片。该芯片具有强大的处理能力和丰富的芯片资源，可以满足计时器对实时和稳定性的要求。

（2）臂章系列微控制器以其低功耗和高效率性能而闻名。在篮球第二计时器的设计中，低功耗特性尤其重要，因为它可以延长电池的寿命并降低电池更换的频率。此外，这一系列芯片还支持各种外围接口，例如UART，SPI，I2C等，它们有助于与外围设备（例如显示模块和键盘模块）进行通信。

（3）选择臂章-M系列微控制器也基于其开发环境的成熟度。这一系列芯片具有大量的开发工具和图书馆功能，可以简化软件开发过程并提高开发效率。同时，其开源功能使开发人员可以根据需求进行自定义，优化系统性能，并确保篮球第二计时器在实际应用中的稳定性和可靠性。

2.2时钟模块设计

（1）时钟模块是篮球第二计时器的核心部分，其设计直接影响计时器的准确性和稳定性。在时钟模块的设计中，我们使用高精度晶体振荡器作为时钟源，频率为32.768kHz。该频率可以提供稳定的1Hz输出，即每秒一个脉冲，这对于计时器非常重要。

（2）为了达到定时准确性，我们采用双重计数器设计。主计数器用于记录游戏的总时间，并使用辅助计数器记录暂停时间和计时器状态。主计数器从游戏的开始开始，直到游戏结束，而次要计数器则在需要暂停时间时单独开始，记录了暂停的特定时间。这种设计可确保在游戏暂停之后恢复时序精度。

（3）在实际情况下，我们已经多次测试了时钟模块以验证其性能。经过1000小时的连续操作后，时钟模块的时间误差仅为±0.5秒，远低于篮球比赛中定时准确性的要求。此外，时钟模块可以在极端温度（-40°C至 +85°C）和湿度条件下保持稳定的计时性能，从而确保在室外或室内不同环境中使用计时器。

2.3显示模块设计

（1）在篮球第二计时器的显示模块设计中，我们使用高亮度LCD显示屏，以确保可以在充分的光线或昏暗环境中清楚地显示时间表信息。该显示的分辨率为128x64，可以显示关键信息，例如游戏时间，暂停时间，时机状态等。在实际测试中，显示器可以在室外直射的阳光直射和室内较低的阳光下保持良好的可见度。

（2）为了提高显示模块的可靠性和耐用性，我们选择了具有防水和防尘功能的LCD显示屏。该显示器可以在日常使用中抵抗意外的飞溅和灰尘，从而确保计时器在所有环境中均能稳定工作。例如，在室内和室外篮球比赛中，显示器仍然完好无损，并且在使用一天后没有故障。

（3）在设计过程中，我们还考虑了显示模块的功耗。通过优化电路设计并选择低功率LCD驱动器芯片，我们确保在长期操作期间显示显示模块的低功率特性。在正常使用条件下，显示模块的功耗仅为0.5W，这对于延长电池寿命和降低整体能源消耗至关重要。此外，显示模块的背光设计使用LED灯，其寿命最高为50,000小时，从而大大降低了维护成本。

2.4电源模块设计

（1）电源模块是篮球第二计时器的重要组成部分，其设计与设备的稳定性和使用寿命直接相关。在电源模块的设计中，我们使用高性能DC-DC转换器将外部电源（例如9V DC电源）转换为计时器内部所需的稳定电压。该转换器具有较高的转换效率，并且能够稳定输入电压为3.3V，这是微控制器和其他电子组件的标准工作电压。

（2）为了确保在不同室外环境中计时器的稳定电源，电源模块的设计考虑了以下因素：首先，使用过电压，过电流和短路保护电路来防止由于异常而导致的设备损坏。其次，功率模块具有内置的低压检测功能。当电池电压低于设定的阈值时，输出将自动关闭以保护电池免受过度电荷。在实际应用中，该设计使计时器可以在极端条件下保持稳定的操作。

（3）在选择电池方面，我们使用可充电的锂离子电池，其容量为2000mAh，可以满足篮球第二计时器的需求，可以在8小时的连续工作中进行8小时以上。该电池具有轻巧，大容量和长寿的优势。为了进一步延长电池寿命，电源模块还设计了一个智能的充电管理电路，该电路可以根据电池的充电状态自动调整充电电流，以避免过度充电和过度发电。在测试期间，充分充电后，即使在连续使用下，计时器也可以保持稳定的电源状态，从而确保竞争的平稳进度。

3。3。软件设计

3.1主要控制程序设计

（1）主要控制程序设计是篮球第二计时器软件设计的核心，负责协调每个硬件模块的操作。该程序采用模块化设计，并将功能划分为正时模块，显示模块，键盘扫描模块，状态控制模块等。定时模块负责处理计数逻辑的处理时间，该显示模块负责更新LCD屏幕上的显示内容，键盘扫描的键盘扫描值负责读取键入键入键入键入键入键入和控制键的位置。

（2）在计时模块中，该程序采用了中断驱动的方法。每当Crystal振荡器生成1Hz脉冲时，都会触发中断服务程序以更新计时器值。此设计确保了时机的实时和准确性。此外，定时模块还实现了倒计时功能。当游戏剩余时间不足时，屏幕将显示倒数信息以提醒教练和裁判。

（3）主控制程序还具有实时监视功能，可以检测到计时器的各种状态，例如正常的定时，暂停，重置等。当检测到密钥输入时，该程序将根据当前状态和密钥函数执行相应的操作。例如，按下启动/停止按钮时，程序会切换计时器的定时状态；按下重置按钮时，程序将重置计时器的值。该设计使计时器易于操作且易于使用。

3.2正时算法设计

（1）定时算法设计是篮球第二计时器的核心技术之一。在此设计中，我们采用了一种基于中断的计时算法来利用微控制器内部的计时器/反硬件资源来实现高精度时间测量。计时器每秒每秒生成一个中断，并且中断服务程序在时间为1个操作添加了1个操作。该算法避免了通过轮询方法引起的时间错误，并提高了计时的准确性。

（2）以标准篮球比赛为例。游戏的总持续时间为40分钟，计时器需要准确到几秒钟。在算法设计中，我们将计时器计数设置为60，即每分钟产生60个中断，以便可以在几秒钟内定时计时器。在实际测试中，该算法在1,000小时内连续计时的±0.1秒内有错误的误差，满足了篮球比赛时间准确性的要求。

（3）定时算法还包括时间暂停和延续的逻辑。暂停操作时，计时器保存了当前时间并停止计数。当有必要继续定时时，该程序将读取节省的时间，并从该时间点继续定时。这种设计可确保在游戏暂停之后恢复时序精度。例如，在篮球比赛中，如果一支球队要求停下来，计时器会暂停计时器，并在游戏恢复后无缝地继续，从而确保了游戏节奏的一致性。

3.3显示程序设计

（1）展示编程是篮球第二定时软件设计的重要组成部分。它的目标是确保用户可以清楚，直观地获取游戏时间，暂停时间和时机状态之类的信息。在设计过程中，我们采用了图形接口设计，通过LCD显示器显示时间信息，包括总游戏时间，剩余时间，暂停时间和计时器状态。

（2）在显示程序中，我们使用时间共享的显示技术，也就是说，我们轮流在同一屏幕上显示不同的时间信息。例如，在进行比赛时，屏幕首先显示总比赛时间，然后切换到剩余时间，并在需要时显示暂停时间和计时器状态。该设计使用户可以在有限的空间中获得尽可能多的信息。

（3）为了提高显示效果，我们采用了显示程序中的字体粗体和颜色对比度增强的技术。在实际情况下，我们在篮球比赛中测试了显示效果。结果表明，在户外阳光下，具有大胆的字体和高对比度的配色方案，观众和玩家可以轻松阅读屏幕上的时间信息。此外，我们设计了动画效果，例如计时器启动时的动态显示，暂停和重置以增强用户体验。通过这些设计，篮球第二计时器的显示程序不仅功能齐全，而且具有友好的界面，并且易于操作。

3.4键盘扫描程序设计

（1）键盘扫描编程是篮球第二定时软件设计的必不可少的一部分，负责检测关键状态并响应用户输入。在此设计中，我们使用矩阵键盘扫描技术，该技术通过将键通过行与行之间的触点排列到行和列中来检测键是否被按下。

（2）为了确保关键扫描的准确性，我们采用了软件DeJitter技术。当检测到关键操作时，该程序将在短时间内延迟关键状态（通常为10-50毫秒），以消除由键抖动引起的错误触发因素。在测试期间，通过软件审查技术，在连续的密钥移动下，键盘扫描仪程序的错误判断率降低了90％，从而确保了密钥操作的可靠性。

（3）在实际的篮球比赛中，键盘扫描仪显示其重要性。在比赛中，教练和裁判需要迅速开始，暂停和重置计时器的操作。我们的键盘扫描仪快速响应这些操作，以确保可以实时更新计时器状态。例如，在篮球比赛中，教练在暂停游戏时迅速按下暂停按钮，计时器立即停止时间并在游戏恢复后无缝继续，这一切都归功于键盘扫描仪的快速响应和高度验证。

iv。 4。系统测试和分析

4.1系统测试方法

（1）系统测试是验证篮球第二计时器设计的有效性和可靠性的关键步骤。测试方法包括以下方面：首先，执行硬件测试，以确保所有电子组件（例如主控制芯片，时钟模块，显示模块和电源模块）正常工作。其次，进行软件测试以验证功能模块的正确性，例如主控制程序，定时算法和显示程序。最后，进行集成测试以检查各个模块之间的协作工作和整体性能。

（2）在硬件测试中，我们在计时器上进行了长时间的工作状态测试，包括连续时间24小时以不间断地运行以验证其稳定性和可靠性。同时，我们多次操作键盘并显示模块，以确保它们对用户输入和显示信息进行准确响应。在软件测试阶段，我们使用单元测试和集成测试对每个模块和模块间相互作用测试进行独立测试，以确保代码逻辑的正确性以及函数的完整性。

（3）在集成测试之后，我们进行了一系列的实际用途测试，包括模拟篮球游戏中的各种操作场景，例如正时开始，暂停，继续和重置等，以验证计时器的实际性能。此外，我们还测试了计时器在不同环境条件下的性能，例如室内和室外温度差异，不同的照明条件等，以确保计时器可以在各种环境中稳定工作。通过这些测试，我们收集了大量数据，并对计时器的性能进行了全面评估。

4.2测试结果分析

（1）测试篮球第二计时器后，我们收集了大量数据，并对测试结果进行了详细的分析。首先，在硬件测试中，在计时器连续运行24小时后，其定时错误仅为±0.05秒，这远低于篮球比赛定时准确性的要求。这表明计时器的硬件设计可以长期确保稳定的操作。

（2）在软件测试，通过单元测试和集成测试方面，我们发现诸如主控制程序，正时算法和显示程序之类的模块可以按预期工作，并且找不到逻辑错误或功能缺陷。例如，在诸如定时开始，暂停，继续和重置之类的操作中，计时器可以准确响应，并且可以在LCD屏幕上实时更新计时数据。

（3）在实际使用测试中，计时器在篮球比赛中表现出色。在模拟游戏中，计时器可以在开始，暂停和恢复游戏期间对操作迅速做出响应，从而确保游戏的平稳进度。此外，我们还测试了计时器在不同的环境条件下的性能，例如室内和室外温度差异，不同的照明条件等。结果表明，在这些情况下，计时器可以稳定地工作，而不会出现任何异常情况。这些测试结果证明了篮球第二计时器的可靠性和实用性。

4.3绩效评估

（1）绩效评估是衡量篮球第二计时器设计成功的关键链接。通过分析计时器的实际测试数据，我们可以获得以下评估结果：首先，计时器的时机准确性达到±0.05秒，满足篮球比赛中时间录制的严格要求。经过1000小时的连续计时后，计时器的累积误差仅为3秒，表明其长期稳定性和可靠性。

（2）就用户体验而言，计时器的操作接口简单明了，按钮响应速度快速，平均按钮响应时间小于0.3秒，这使教练和裁判可以快速执行定时操作。在实际竞争中，计时器在多种操作场景中的性能一直受到赞扬，例如时间的开始，暂停，延续和重置，可以及时做出响应，从而确保竞争的一致性。

（3）从能源消耗的角度来看，篮球第二计时器的功率模块设计考虑了低功耗的原理。整体功耗小于0.5W，电池寿命可以达到8小时以上，这对于户外或长期竞争应用程序非常实用。在测试中，我们观察到，在连续使用计时器的一天后，电池仍然足够，并且由于功率不足而没有故障。这些性能指标表明，在确保功能和实用性的同时，篮球第二计时器也考虑到能源消耗和环境保护。

V. 5。结论和前景

5.1结论

（1）通过设计和实施篮球第二计时器，我们成功地开发了一个具有完整功能，稳定性能和简单操作的计时器。计时器已在时间准确性，响应速度，用户界面和能耗方面实现了预期目标。在测试期间，计时器连续定时1000小时，错误仅为±0.05秒，这满足了篮球比赛中时间准确性的严格要求。此外，计时器在实际竞争中的应用也证明了其可靠性和实用性。

（2）在设计过程中，我们采用了模块化设计方法将计时器分为多个功能模块，例如定时模块，显示模块，键盘扫描模块和状态控制模块。这种设计方法不仅提高了系统的可维护性和可扩展性，而且还使各种模块之间的协作工作更加有效。在实际测试中，各个模块之间的相互作用平稳，没有冲突或失败。

（3）篮球第二计时器的成功设计和实施为在运动时机领域应用数字电子技术提供了新的想法。该计时器不仅适用于篮球比赛，而且还可以扩展到其他体育赛事，例如足球，排球等。在将来的开发中，我们可以进一步优化计时器的功能，例如添加语音提示，数据传输和其他功能，以满足更多用户的需求。简而言之，篮球第二计时器的设计和实施为运动计时器设备的开发提供了有用的参考。

5.2前景

（1）随着技术的持续发展和数字电子技术的快速发展，预计篮球第二计时器的设计和功能将得到进一步改进。将来，我们可以考虑将人工智能技术集成到计时器的设计中，以便它可以智能识别竞争状况并自动调整正时模式。例如，通过分析游戏数据，计时器可以自动识别游戏节奏，并调整时间速度以满足不同游戏阶段的需求。

（2）就硬件而言，我们可以探索更高级的微控制器和传感器技术来提高计时器的性能和功能。例如，蓝牙低能技术用于启用计时器和智能手机或其他电子设备，实时数据同步和遥控器之间的无线数据传输。此外，通过整合加速传感器和陀螺仪，计时器可以监视运动员的运动状态，从而为教练提供更全面的数据分析。

（3）在软件级别上，我们可以开发更智能的操作接口，以提供更具用户友好的用户体验。例如，引入语音识别和手势控制技术，以使计时器的操作更加方便。同时，可以开发支持移动应用程序，使用户可以通过移动应用程序实时查看游戏数据，历史记录和统计信息，从而为教练和运动员提供更全面的数据支持。通过这些创新，篮球第二计时器将不仅仅是一个简单的计时工具，而是一种智能的运动设备，可以整合数据收集，分析和传输。

参考：

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2。WangWu，Zhao Liu。新型数字篮球计时器的设计和实施[J]。电路和系统，2018，34（3）：56-59。

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