象棋快棋賽電子裁判計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)--電子課程設(shè)計(jì)VIP

課 程 設(shè) 計(jì) 課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題目名稱：象棋快棋賽電子裁判計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)象棋快棋賽電子裁判計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì) 專業(yè)名稱： 電子信息工程電子信息工程 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 任課教師： 2015 年 12 月 31 日 - 1 - 任務(wù)說明：任務(wù)說明： 象棋快棋賽規(guī)則是，紅、黑雙方對(duì)奕時(shí)間累計(jì)均為三分鐘，超時(shí)判負(fù)。 設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求： 1、基本部分 （1）自制穩(wěn)壓電源； （2）甲乙對(duì)奕方的計(jì)時(shí)器共用一個(gè)秒時(shí)鐘，雙方均用 3 位數(shù)碼管顯示，預(yù)定的初值 均為三分鐘，采用倒計(jì)時(shí)方式，通過按扭啟動(dòng)，由本方控制對(duì)方，比如甲方走完 一步棋后必須按一次甲方的按鍵，該按鍵啟動(dòng)乙方倒計(jì)時(shí)。同理，乙方走完一步 棋后必須按一次乙方的按鍵，該按鍵啟動(dòng)甲方倒計(jì)時(shí)。 （3）超時(shí)能發(fā)出聲音，報(bào)警判負(fù)。 2、發(fā)揮部分 （1）累計(jì)時(shí)間設(shè)置可以改變（比如，還可以設(shè)定為 5 分鐘） （2）工藝結(jié)構(gòu)精致，具有一定的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用價(jià)值； （3）其它。 其它說明：其它說明： 一人完成基本部分(1)(3)難度系數(shù)為 1.0； 一人完成基本部分(1)(3)和發(fā)揮部分(1)(2)難度系數(shù)為 1.1。 秒脈沖 計(jì)數(shù)器譯碼器 數(shù)碼顯示器 計(jì)數(shù)器譯碼器 數(shù)碼顯示器 控 制 器 紅方 黑方 象棋快棋賽電子裁判計(jì)時(shí)器框圖 - 2 - 摘要摘要 象棋快棋賽由主計(jì)數(shù)電路與擴(kuò)展電路組成。通過給計(jì)數(shù)器輸入固定時(shí)鐘信號(hào)以計(jì) 算時(shí)間；數(shù)碼管顯示器、數(shù)碼管譯碼器將參賽者甲乙的走棋時(shí)間在顯示器上輸出；用 控制電路控制計(jì)時(shí)器開始、暫停、清零、置數(shù)；自關(guān)斷告警電路可在計(jì)時(shí)結(jié)束發(fā)出有 限時(shí)長(zhǎng)的蜂鳴聲，以上兩部分構(gòu)成主體電路。 通過變壓器、整流管、濾波元件、穩(wěn)壓芯片，為電路提供電能。通過晶振和計(jì)數(shù) 器分頻電路，將秒脈沖信號(hào)輸出到計(jì)時(shí)器實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。以上構(gòu)成擴(kuò)展電路。經(jīng)過布 線、焊接、調(diào)試等工作后象棋快棋賽電子裁判計(jì)時(shí)器成形。 關(guān)鍵詞：數(shù)字電路，計(jì)數(shù)器，時(shí)鐘，信號(hào)處理 目錄目錄 1.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)- 1 - 2.單元電路設(shè)計(jì)- 2 - 2.1 5V 穩(wěn)壓電源- 2 - 2.2 時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器- 3 - 2.3 計(jì)時(shí)器電路- 5 - 2.4 譯碼顯示電路- 6 - 2.5 計(jì)時(shí)器判零電路- 8 - 2.6 自關(guān)斷告警電路- 9 - 2.7 玩家控制電路- 10 - 2.8 3 或 5 分鐘時(shí)間預(yù)置開關(guān)- 11 - 2.9 開始/停止（置數(shù)）按鈕- 12 - 2.10 防抖開關(guān)- 12 - 3.系統(tǒng)測(cè)試- 14 - 3.1 仿真測(cè)試- 14 - 3.2 實(shí)物測(cè)試- 14 - 4.使用說明書- 16 - 5.結(jié)論- 17 - 6.參考文獻(xiàn)- 18 - 7.附錄- 19 - 7.1 元器件清單- 19 - 7.2 測(cè)試所需儀器- 19 - 7.3 總電路圖- 19 - - 1 - 1.1.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 要實(shí)現(xiàn)對(duì)棋手雙方走棋時(shí)間的計(jì)算，可用以下三個(gè)方案： 方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)方案 通過編制單片機(jī)程序，使得程序控制計(jì)時(shí)電路的運(yùn)行。 但是利用單片機(jī)設(shè)計(jì)該電路未免大材小用。 方案二：基于 74ls192 構(gòu)成的雙計(jì)時(shí)器方案 用兩組計(jì)時(shí)器（每組計(jì)時(shí)器用 3 個(gè)計(jì)數(shù)器芯片和 3 個(gè)譯碼器構(gòu)成） ，分別記錄、顯 示、處理兩名玩家的走棋時(shí)間。 該電路邏輯簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)上容易實(shí)現(xiàn)，并且不易發(fā)生差錯(cuò)。但是實(shí)物制作過程，由 于用了兩組計(jì)時(shí)器，由兩組計(jì)時(shí)器引發(fā)的時(shí)間控制及處理芯片較多，因而裝配、焊接 的繁瑣程度較大。 方案三：?jiǎn)斡?jì)時(shí)器，雙鎖存器方案 用一組計(jì)時(shí)器、兩個(gè)鎖存器進(jìn)行核心電路的設(shè)計(jì)。當(dāng)按下開始按鈕后，該計(jì)時(shí)器 便一直工作。當(dāng)左右其中一名玩家按下其前方的按鈕，立即觸發(fā)當(dāng)前玩家對(duì)應(yīng)的鎖存 器，對(duì)當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行鎖存，然后將對(duì)家的鎖存器時(shí)間預(yù)置入計(jì)數(shù)器，然后計(jì)數(shù)器開始 計(jì)算對(duì)家的時(shí)間；當(dāng)另一名玩家按下其對(duì)應(yīng)的按鈕，則其對(duì)應(yīng)的鎖存器對(duì)當(dāng)前時(shí)間進(jìn) 行鎖存，然后將其對(duì)家的鎖存器時(shí)間預(yù)置入計(jì)數(shù)器。如此往返循環(huán)，使得單組計(jì)時(shí)器 計(jì)算兩個(gè)玩家走棋時(shí)間的功能得到實(shí)現(xiàn)。 該電路能明顯減少方案二所需的芯片數(shù)，但是設(shè)計(jì)難度較大，并且由于芯片功能 的高度集中，不利于后期模塊化的調(diào)試。 綜上所述，本設(shè)計(jì)采用方案二來實(shí)現(xiàn)最為可行。對(duì)于裝配焊接的繁瑣問題，本設(shè) 計(jì)對(duì)功能進(jìn)行模塊化處理，使得各個(gè)單元電路獨(dú)立成塊，以盡量有利于后期安裝與調(diào) 試。 - 2 - 2.2.單元電路設(shè)計(jì)單元電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)分為主電路和擴(kuò)展電路。其中主電路由裁判控制電路、玩家控制電路、計(jì) 時(shí)電路、譯碼顯示電路、計(jì)時(shí)器判零電路、告警電路組成（見圖 2-1） 。擴(kuò)展電路為穩(wěn) 壓電源電路、時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路所構(gòu)成。 2.12.1 5v5v 穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源 穩(wěn)壓電源提供激勵(lì)，用以驅(qū)動(dòng)芯片正常工作。如圖 2-2 所示： 圖 2-2 5V 穩(wěn)壓電源原理圖 220V 電網(wǎng)交流電（最大值 311V）經(jīng)過變壓器，從上到下三個(gè)輸出端，依次可獲得 +6v,0v,-6v 有效值的電壓輸出，經(jīng)過功率二極管全波整流，可獲得下半周翻轉(zhuǎn)的正弦 波，該電壓有效值大于 5V 小于 6V。為獲得相對(duì)平穩(wěn)的直流電，在整流管輸出端并接一 個(gè)大電容(3300uF)和一個(gè)中電容(10uF)。為得到 5v 的穩(wěn)壓，在大、中電容后接入三端 穩(wěn)壓管 LM7805,使其輸出電壓接近 5v。三端穩(wěn)壓管后串接一個(gè)功率二極管，以起到保 護(hù)輸出端負(fù)載的作用，該二極管后并接的 10nF 小電容，用以濾除電輸出電壓中的中高 頻紋波。 在仿真電源的輸出端接入示波器和交流電壓表（見圖 2-3a） ，觀察輸出端波形和電 秒脈沖 計(jì)數(shù)器譯碼器 數(shù)碼顯示器 計(jì)數(shù)器譯碼器 數(shù)碼顯示器 控 制 器 紅方 黑方 圖 2-1 象棋快棋賽電子裁判計(jì)時(shí)器框圖 - 3 - 壓值（見圖 2-3b、圖 2-3c） 圖 2-3a 仿真測(cè)試接線 圖 2-3b 示波器仿真結(jié)果 圖 2-3c 電壓表仿真測(cè)試 從仿真結(jié)果可知，輸出電壓穩(wěn)定后，其數(shù)值在 5V 左右。 2.22.2 時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器 時(shí)鐘信號(hào)給予計(jì)數(shù)器穩(wěn)定的計(jì)數(shù)脈沖，使之獲得計(jì)時(shí)功能（見圖 2-4） 。 圖 2-4 時(shí)鐘信號(hào)發(fā)射器原理圖 使用有源晶振，只需在其輸入端加入電源電壓，即可在輸出端得到方波信號(hào)。本 設(shè)計(jì)用到 32.768KHz 有源晶振，經(jīng)過 37268（2 的 15 次方）分頻后，可獲得穩(wěn)定的 1Hz 方波信號(hào)，用以準(zhǔn)確帶動(dòng)計(jì)數(shù)器進(jìn)行時(shí)間計(jì)數(shù)。 - 4 - 圖 2-5 74LS161 引腳圖 圖 2-6 74LS161 仿真圖 表 2-1 74LS161 功能表： 從 74LS161 功能表功能表（見表 2-1）中可以知道，當(dāng)清零端 CR=“0” ，計(jì)數(shù)器輸 出 Q3、Q2、Q1、Q0 立即為全“0” ，這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng) CR=“1”且 LD=“0”時(shí)，在 CP 信號(hào)上升沿作用后，74LS161 輸出端 Q3、Q2、Q1、Q0 的狀態(tài)分別與 并行數(shù)據(jù)輸入端 D3，D2，D1，D0 的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng) CR=LD=EP=ET=“1” 、CP 脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器加 1。74LS161 還有一個(gè)進(jìn)位輸出端 CO，其邏輯關(guān)系是 CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能， 一片 74LS161 可以組成 16 進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。 分頻電路采用了 4 個(gè) 74hc161 十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，待分頻信號(hào)輸入第一個(gè) 161 芯片 的時(shí)鐘輸入端，第一個(gè) 161 芯片的進(jìn)位輸出端，連接第二個(gè) 161 芯片時(shí)鐘輸入端；第 2 個(gè) 161 芯片的進(jìn)位輸出端，連接第 3 個(gè) 161 芯片時(shí)鐘輸入端；第 3 個(gè) 161 芯片的進(jìn)位 輸出端，連接第 4 個(gè) 161 芯片時(shí)鐘輸入端。在第四個(gè) 161 芯片的 Q2 輸出口，可得到 2 的 15 次方分頻信號(hào)（1Hz） ；在 Q0 輸出端，可得到 2 的 13 次方分頻信號(hào)（4Hz） （用以 驅(qū)動(dòng)下述設(shè)計(jì)中告警電路自動(dòng)停止告警） 。 由于晶振產(chǎn)生頻率的穩(wěn)定性，本方案相比 lm555 方波產(chǎn)生電路，在頻率上具有無 可比擬的精確度，作為時(shí)鐘信號(hào)源更為合適。 仿真結(jié)果： 在最后一個(gè)計(jì)數(shù)器的 14，12 引腳接入頻率計(jì)，可測(cè)得分別輸出 4Hz 個(gè) 1Hz 的頻率 （見圖 2-8） 。 - 5 - 圖 2-8 仿真分頻電路的結(jié)果 2.32.3 計(jì)時(shí)器電路計(jì)時(shí)器電路 圖 2-9 時(shí)器原理圖 - 6 - 74ls192 為 10 進(jìn)制、異步清零、異步置數(shù)、可逆計(jì)數(shù)器，當(dāng)在其 4 號(hào)引腳（見圖 2-10）輸入時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器為倒計(jì)數(shù)模式，其 Q3-Q0 輸出端依次從 0000，1001，10000010，0001，0000循環(huán)計(jì)數(shù)，其 13 號(hào)輸出端子為退位信號(hào) 輸出端子，將其連接到下一個(gè) 192 計(jì)數(shù)器的 4 號(hào)引腳，即可得道 2 位十進(jìn)制倒計(jì)數(shù)電 路，再多接一個(gè) 192 計(jì)數(shù)器，即可組成 3 位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（見圖 2-9） ，以滿足設(shè)計(jì)中 3 分鐘倒計(jì)時(shí)的要求【3 個(gè)計(jì)數(shù)器的功能從左到右依次為：分（個(gè)位） ；秒（十位） ；秒 （個(gè)位） 】 。 圖 2-10 74lS192 引腳排列及邏輯符號(hào) 表 2-2 74LS1492 功能表： 第二個(gè)計(jì)數(shù)器需設(shè)計(jì)為六進(jìn)制，以滿足實(shí)際要求。因?yàn)?192 計(jì)數(shù)器為異步置數(shù)： 當(dāng) 11 號(hào)引腳（置數(shù)端子）得到使能信號(hào)時(shí)，不管下一個(gè)時(shí)鐘上升沿是否到來都立刻進(jìn) 行置數(shù)。所以本設(shè)計(jì)使用了逢 9 變 5 的方法，即當(dāng)計(jì)數(shù)器從 3 2 1 0 變?yōu)?9（二 進(jìn)制 1001）的一瞬間，通過與非門檢測(cè)到該輸入，立即帶動(dòng)計(jì)數(shù)器置數(shù)為 5（二進(jìn)制 0101） 。之后計(jì)數(shù)器檢測(cè)到時(shí)鐘上升沿，則依次變?yōu)?4 3 2，得以滿足六進(jìn)制倒計(jì) 數(shù)要求。 2.42.4 譯碼顯示電路譯碼顯示電路 - 7 - 圖 2-11 74LS(1)48 封裝及引腳圖 表 2-3 74LS48 功能表： 計(jì)數(shù)器輸出的二進(jìn)制信號(hào)，經(jīng)過 74ls48 譯碼器譯碼（見表 2-3）后，即可驅(qū)動(dòng)七 段數(shù)碼管顯示。74ls48 輸出為高電平有效，所以七段數(shù)碼管選用共陰極數(shù)碼管。 設(shè)計(jì)中使用兩組計(jì)數(shù)、譯碼芯片，以滿足單獨(dú)計(jì)時(shí)，單獨(dú)顯示的功能（見圖 2-13） 。 - 8 - 圖 2-13 兩組計(jì)時(shí)電路原理圖 2.52.5 計(jì)時(shí)器判零電路計(jì)時(shí)器判零電路 當(dāng)左右兩組計(jì)時(shí)器中其中一組達(dá)到 000 時(shí)，需檢測(cè)出是哪一組到零，用以判定輸 贏；以及出發(fā)告警電路；同時(shí)使得左右兩組計(jì)時(shí)器都停止計(jì)時(shí)。 圖 2-14 判零電路原理圖 設(shè)計(jì)中使用 4 個(gè) CD4072（4 輸入或門） ，構(gòu)成左右其中一組計(jì)時(shí)器的判零電路（見 圖 2-14） ，當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出 0000 0000 0000 時(shí)候，或門輸出低電平，而計(jì)數(shù)器為其他輸 出狀態(tài)時(shí)或門輸出均為高電平。從而能檢查計(jì)數(shù)器是否到零。 - 9 - 圖 2-15 CD4072 引腳圖 圖 2-16 CD4072 原理圖 圖 2-17 74LS00 引腳排列圖 圖 2-18 判零電路輸出端原理圖 通過在或門后接入 74LS00（二輸入與非門） （見圖 2-17） ，當(dāng)左右兩組計(jì)數(shù)器其中 一個(gè)到零后，與非門輸出高電平，從而觸發(fā)告警電路并暫停兩組計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)（見圖 2- 18） 。 2.62.6 自關(guān)斷告警電路自關(guān)斷告警電路 本模塊利用一個(gè) 74160 芯片做計(jì)時(shí)器，1 個(gè) 74161 芯片做翻轉(zhuǎn)器，配合 4066 模擬 開關(guān)，不但能實(shí)現(xiàn)判零后的告警，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉告警的功能（見圖 2-19） 。 - 10 - 圖 2-19 自關(guān)斷告警電路原理圖 圖 2-20 CD4066 引腳排列圖 當(dāng)左右兩組都計(jì)時(shí)器都不為 000 時(shí)，判零電路的與非門輸出的低電平信號(hào)到達(dá) CD4066 模擬開關(guān)，使得模擬開關(guān)關(guān)斷，U30（74161）芯片的時(shí)鐘輸入端保持低電平， 其 Q0 輸出保持為高電平，經(jīng)反相器后接入 160 芯片 MR 清零端的信號(hào)為低電平，160 芯 片不計(jì)數(shù)。 當(dāng)左右兩組都計(jì)時(shí)器有一組為 000 時(shí)，判零電路的與非門輸出的高電平信號(hào)到達(dá) CD4066 模擬開關(guān)，使得模擬開關(guān)開通，U32 反相器的輸入端變?yōu)榈碗娖剑ㄅc地相接） ， 因而使得 U30（74161）芯片的時(shí)鐘輸入端變?yōu)楦唠娖?，?Q0 輸出立即跳變?yōu)榈碗娖剑?經(jīng)反相器后輸出高電平，觸發(fā)告警器件工作（本原理圖用 led 代替蜂鳴器） ，同時(shí) U31（74160）計(jì)數(shù)器 MR 清零端的信號(hào)變?yōu)楦唠娖剑撚?jì)數(shù)器立即開始計(jì)數(shù)。 當(dāng) U31（74160）芯片計(jì)數(shù)到 9 時(shí)候，產(chǎn)生短促的高電平的進(jìn)位信號(hào)，到達(dá)上圖模 CD4066 是四雙向模擬開關(guān)（見圖 2- 20） ，主要用作模擬或數(shù)字信號(hào)的多路傳 輸。CD4066 的每個(gè)封裝內(nèi)部有 4 個(gè)獨(dú)立 的模擬開關(guān)，每個(gè)模擬開關(guān)有輸入、輸出、 控制三個(gè)端子，其中輸入端和輸出端可互 換。當(dāng)控制端加高電平時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通；當(dāng) 控制端加低電平時(shí)開關(guān)截止。模擬開關(guān)導(dǎo) 通時(shí)，導(dǎo)通電阻為幾十歐姆；模擬開關(guān)截 止時(shí)，呈現(xiàn)很高的阻抗，可以看成為開路。 - 11 - 擬開關(guān)的左端后（此時(shí)模擬開關(guān)仍為開通狀態(tài)） ，使得 U32 反相器的輸入電平變?yōu)楦唠?平，因而 U30 計(jì)數(shù)器時(shí)鐘輸入端變回低電平。因?yàn)檫M(jìn)位信號(hào)是短促的，所以在進(jìn)位信 號(hào)結(jié)束后，U30 計(jì)數(shù)器時(shí)鐘輸入端變回高電平，使得 Q0 輸出端由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑?經(jīng)反相器后輸出低電平，告警器件停止工作，同時(shí) U31（74160）計(jì)數(shù)器 MR 清零端的信 號(hào)變?yōu)榈碗娖?，該?jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。告警電路回歸初始狀態(tài)。 該告警電路告警時(shí)長(zhǎng)跟輸入時(shí)鐘頻率 n 有關(guān)，告警時(shí)長(zhǎng) t=10/n，該設(shè)計(jì)中默認(rèn)的 n 為 4Hz，所以告警時(shí)長(zhǎng)默認(rèn)為 2.5 秒。 2.72.7 玩家控制電路玩家控制電路 設(shè)計(jì)本電路用于雙方玩家控制各自的計(jì)時(shí)器開始/暫停計(jì)時(shí)（見圖 2-21） 。 圖 2-21 玩家控制電路原理圖 前述檢零電路判決為非零后，上圖控制電路的 U27 反相器獲得的信號(hào)為低電平， 經(jīng)反相后，U21（CD4066）模擬開關(guān)為開通狀態(tài)，來自時(shí)鐘發(fā)生電路的脈沖信號(hào)得以通 過。 當(dāng)檢零電路檢測(cè)到 000 后，上圖控制電路的 U27 反相器獲得的信號(hào)為高電平，經(jīng) 反相后，U40(與門)輸出鎖定為 0，輸入的時(shí)鐘脈沖信號(hào)被截止，左右兩組計(jì)時(shí)器均停 止計(jì)時(shí)。 - 12 - 玩家控制端共用一個(gè)RS觸發(fā)器（用兩個(gè)與非門搭建） ，取觸發(fā)器的Q端、Q端分 別接入到U19、U41兩個(gè)與門，作為控制兩組計(jì)時(shí)器 計(jì)時(shí)/暫停 的控制器。 基本RS觸發(fā)器的邏輯方程為： 圖2-22 RS觸發(fā)器由兩個(gè)與非門搭建而成 約束方程：SR=0 根據(jù)上述兩個(gè)式子得到它的四種輸入與輸出的關(guān)系: 1.當(dāng) R 端有效(0)，S 端無效時(shí)(1)，則 Q=1,Q 非=0，觸發(fā)器置 1； 2.當(dāng) R 端無效(1)、S 端有效時(shí)(0)，則 Q=0,Q 非=1，觸發(fā)器置 0。 當(dāng)左家按下按鈕后，RS觸發(fā)器Q端輸出為0，Q輸出為1，U41與門停止鎖零，時(shí) 鐘信號(hào)得以通過，右組計(jì)時(shí)器得以開始計(jì)時(shí)；與此同時(shí)，U19因?yàn)橛幸粋€(gè)輸入端為0， 輸出鎖零，時(shí)鐘信號(hào)被截至，左組計(jì)時(shí)器暫停計(jì)時(shí)。 當(dāng)右家按下按鈕后，RS 觸發(fā)器 Q 端輸出為 1，Q輸出為 0，U41 與門鎖零，時(shí)鐘 信號(hào)被截至，右組計(jì)時(shí)器暫停計(jì)時(shí)；與此同時(shí)，U19 因?yàn)槠渲幸粋€(gè)輸入端為 1，時(shí)鐘信 號(hào)得以通過，左組計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)。 2.82.8 3 3 或或 5 5 分鐘時(shí)間預(yù)置開關(guān)分鐘時(shí)間預(yù)置開關(guān) - 13 - 圖 2-23 3 或 5 分鐘時(shí)間預(yù)置開關(guān)原理圖 3 的二進(jìn)制數(shù)為 0011，5 的二進(jìn)制數(shù)為 0101，這兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)的差別在于中間兩 位是 01 還是 10，為簡(jiǎn)單起見，本電路（見圖 2-23）只加入一個(gè)自鎖開關(guān)和一組反相 器，通過通、斷開關(guān)，使得兩組計(jì)時(shí)器的分鐘位的預(yù)置數(shù)端分別為 0011 和 0101，從而 實(shí)現(xiàn) 3 或 5 分鐘預(yù)置數(shù)功能。 2.92.9 開始開始/ /停止（置數(shù)）按鈕停止（置數(shù)）按鈕 圖 2-24 開始/停止（置數(shù)）按鈕原理圖 該電路使用 74161 計(jì)數(shù)器來等效 T 觸發(fā)器（見圖 2-24） ，從而實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能。按鈕 每按一下，輸出狀態(tài)均改變一次，實(shí)現(xiàn)了開始、停止并置數(shù)兩個(gè)功能之間的切換。 2.102.10 防抖開關(guān)防抖開關(guān) - 14 - 實(shí)際安裝測(cè)試時(shí)，由于彈簧按鈕有抖動(dòng)（接通的瞬間產(chǎn)生多個(gè)短促高低電平） ，導(dǎo) 致每按一下按鈕，74161 芯片并不能很好地完成“開始”/“停止（置數(shù)） ”的翻轉(zhuǎn)功能， 為此在所有的彈簧按鈕后加入 RS 觸發(fā)器（見圖 2-25） ，利用 RS 觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)，從 而消除按鈕的抖動(dòng)。 圖2-25 RS觸發(fā)器構(gòu)成圖 在機(jī)械開關(guān)與被驅(qū)動(dòng)電路間接的接入一個(gè)基本 RS 觸發(fā)器，如圖所示。S 為 =0， R=l，可得出 A=l， A=0。當(dāng)按壓按鍵時(shí)，S=l，R=0，可得出 A=0，A=1，改變了輸 出信號(hào) A 的狀態(tài)。若由于機(jī)械開關(guān)的接觸抖動(dòng)，則 R 的狀態(tài)會(huì)在 0 和 1 之間變化多次， 若 R=l，由于 A=0，因此 G2 門仍然是“有低出高” ，不會(huì)影響輸出的狀態(tài)。同理，當(dāng)松 開按鍵時(shí)， S 端出現(xiàn)的接觸抖動(dòng)亦不會(huì)影響輸出的狀態(tài)。因此，圖 2-26 所示的電路， 開關(guān)每按壓一次，輸出的輸出信號(hào)僅發(fā)生一次變化。 圖 2-26 防抖型開始/停止（置數(shù)）按鈕原理圖 - 15 - 3.3.系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試 3.13.1 仿真測(cè)試仿真測(cè)試 主電路的仿真測(cè)試正常，所有的芯片都能正常工作，所有的開關(guān)、按鈕都能實(shí)現(xiàn) 控制功能，仿真結(jié)果如下圖所示： 圖 3-1 總仿真圖 3.23.2 實(shí)物測(cè)試實(shí)物測(cè)試 在焊接完所有的元件后，我對(duì)依次對(duì)各功能模塊進(jìn)行測(cè)試。 3.2.1 電源測(cè)試 電源實(shí)物測(cè)試正常，通過示波器觀察輸出電壓的紋波，其起伏只有 mv 級(jí)別，足以 滿足實(shí)際使用。 3.2.2 時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路測(cè)試 通過實(shí)際測(cè)試，74161 分頻輸出的秒時(shí)鐘頻率穩(wěn)定在 1.00Hz 和 4.00Hz，滿足要求。 3.2.3 計(jì)時(shí)與顯示電路測(cè)試 - 16 - 在測(cè)試該電路時(shí)，我加入了 1Hz 的脈沖給計(jì)數(shù)器，但發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管恒為 0。于是我用 示波器觀察 48 譯碼器輸入端，發(fā)現(xiàn)譯碼器輸入端電平并無變化，因此推出 192 芯片不 計(jì)數(shù)。后來又仔細(xì)看了 192 芯片的功能圖，發(fā)現(xiàn)要進(jìn)行倒計(jì)數(shù)，除了要在 4 引腳加入 時(shí)鐘信號(hào)，還需將 5 引腳接入高電平。而實(shí)物上我將 5 引腳懸空未接（仿真時(shí)懸空此 引腳也可正常計(jì)數(shù)） ，為此我嘗試將 5 引腳接入高電平， （見圖 3-2）經(jīng)測(cè)試計(jì)數(shù)器能正 常工作。 圖 3-2 改正前后的 74LS192 計(jì)數(shù)器接線圖 3.2.4 判零電路測(cè)試 經(jīng)測(cè)試該電路在檢測(cè)到計(jì)時(shí)器歸零時(shí)，能立即輸出高電平。 3.2.5 自關(guān)斷告警電路測(cè)試 經(jīng)測(cè)試該電路與仿真結(jié)果相同，能自動(dòng)關(guān)斷告警。 3.2.6 玩家控制端按鈕 與 開始/停止（置數(shù)） 翻轉(zhuǎn)開關(guān)測(cè)試 在實(shí)際測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)每按一次上述彈簧按鈕，開始/停止（置數(shù)）翻轉(zhuǎn)狀態(tài)連續(xù)改 變多次而不是一次，后經(jīng)研究，得知是按鈕在接電、斷電瞬間有抖動(dòng)，導(dǎo)致了輸出狀 態(tài)翻轉(zhuǎn)多次。為此在按鈕后加入了 RS 觸發(fā)器，用以消除開關(guān)抖動(dòng)，詳細(xì)見上文 2.10 防抖開關(guān)。 在改進(jìn)為防抖開關(guān)后，本人再次測(cè)試，發(fā)現(xiàn)按下按鈕后，電路狀態(tài)不再跳變，工 作狀態(tài)非常穩(wěn)定，完全實(shí)現(xiàn)了按鈕的功能。 3.2.7 3 或 5 分鐘預(yù)置時(shí)間開關(guān)測(cè)試 該開關(guān)能實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)。 3.2.8 指示燈測(cè)試 在完成所有的基本功能后，我加入了 6 盞指示燈，分別用于顯示分頻電路出來的 秒脈沖頻率，指示左、右玩家的行進(jìn)方，指示計(jì)時(shí)器是否處于計(jì)時(shí)狀態(tài)，指示左、右 5 號(hào)引腳未接高電平 5 號(hào)引腳接高電平 - 17 - 玩家是誰(shuí)因時(shí)間耗盡而輸?shù)舯荣?。?jīng)過實(shí)際調(diào)試，Led 的工作正常。 4.4.使用說明書使用說明書 接入市電后，若秒脈沖指示燈閃爍（見圖 4-1） ，說明電路正常工作。 按下置數(shù)按鈕，即可預(yù)置 3 或 5 分鐘的時(shí)間（開關(guān)斷開時(shí)為 3 分鐘，開關(guān)閉合時(shí) 為 5 分鐘） 。 按下開始按鈕，即可開始計(jì)時(shí)。比賽雙方每走完一次棋，按一下己方控制按鈕即 可。 當(dāng)結(jié)束指示燈亮、蜂鳴器響時(shí)，比賽結(jié)束。若要進(jìn)行下一場(chǎng)比賽，只需再次按下 開始/停止按鈕。 - 18 - 圖 4-1 實(shí)物圖 5.5.結(jié)論結(jié)論 現(xiàn)代電子技術(shù)在國(guó)防、科學(xué)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、通訊及文化生活等各個(gè)領(lǐng)域中都起著 巨大的作用。現(xiàn)在的世界，電子技術(shù)無處不在。 本題目以數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)為基本，運(yùn)用眾多數(shù)字芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。通 過本設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)了電子技術(shù)在生活中的廣泛應(yīng)用。 對(duì)于這次的課程設(shè)計(jì)，本人認(rèn)識(shí)了很多元器