應(yīng)用電子技術(shù)教育論文模擬跳繩機的設(shè)計

本科畢業(yè)論文（設(shè)計）論文題目：模擬跳繩機的設(shè)計學(xué)生姓名：所在院系：機電學(xué)院所學(xué)專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)教育導(dǎo)師姓名：完成時間：摘要隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，健康越來越被人們重視。在各種健身運動中，國內(nèi)外一些健身運動專家近年來格外推崇跳繩運動。跳繩是人們喜愛的一種群眾性的健身運動。但到目前為止，跳繩均采用手動擺繩的方法，在多人一齊跳繩時，采用手動擺繩是相當(dāng)困難的?！澳M跳繩機”是采用燈光按一定的規(guī)律掃描，并伴有繩著地時發(fā)出的響聲。只要有人進(jìn)入跳繩區(qū)域，跳繩機自動開始計數(shù)，如果腳擋住了模擬擺繩的光線，跳繩機不停止工作，但記錄腳擋光的次數(shù)。模擬擺繩頻率連續(xù)可調(diào)，也可選擇擺繩頻率由慢到快連續(xù)變化的擺繩模式。關(guān)鍵詞：燈光模擬擺繩，自動計數(shù)，頻率可調(diào)TheDesignofSimulationRopeSkippingMachineAbstractWiththesocialeconomy'sdevelopment,thehealthismoreandmoretakenbythepeople.Inkindsofhealthsports,somehealthsportsexpertsfromthedomesticandforeignesteemestheropeskippingmovementespeciallyinrecentyears.Theropeskippingisonekindofmasshealthsportswhichthepeoplelike.Butsofar,theropeskippingusesthemanualswingline,whenthemulti-peopleskipropeinonce,usingthemanualswinglineisquitedifficult."Thesimulationropeskippingmachine"usesthelightscanningaccordingtotherulewhichdecides,andaccompaniesthesoundwhichsendsoutwhentheropeiswell-grounded.Solongassomepeopleentertheropeskippingregion,theropeskippingmachineautomaticbeginningcounts.Ifthefeethavefiledthelight,theropeskippingmachinedon’tknockoff,butrecordingthenumberthatthetimesthefootfileslight.Theswinglinefrequencyispossibletomovecontinuously,alsomaychoosetheswinglinefrequencyfromtoinundatetotheswinglinepatternwhichcontinuouslychangesquickly.Keyword:LightSimulationSwingLine，AutomaticTally，F(xiàn)requencyAdjustable目錄TOC\o"1-3"1引言 22方案論證 23總體設(shè)計框圖 24部分電路元件的介紹 34.1觸發(fā)器CC4043 34.1.1用或非門組成的基本RS觸發(fā)器 34.1.2特性表和特性方程 44.2LM393 44.3移位寄存器CD4015 64.3.1CD4015的結(jié)構(gòu)組成 64.3.2CD4015的工作原理 64.4同步計數(shù)器CC4518 74.4.1CC4518的結(jié)構(gòu)組成 74.4.2CC4518的邏輯功能 84.5計數(shù)器 84.5.1數(shù)字電路中的計數(shù)器 84.5.2CC40110的功能介紹 94.6七段顯示譯碼器 94.7語音芯片ISD1700介紹 104.7.1ISD1700的結(jié)構(gòu)與工作模式分析 104.7.2ISD1700的管腳功能 115部分電路工作原理介紹 135.1音樂及控制脈沖產(chǎn)生電路分析 135.2信號的發(fā)射與接受 145.3擺繩落地提示電路 166整體電路介紹 166.1總的工作原理分析 167總結(jié) 18謝辭 19參考文獻(xiàn) 211引言跳繩是一種以四肢肌肉活動為主的全身運動，它花樣繁多，可簡可繁，隨時可做，一學(xué)就會，運動量可以根據(jù)動作繁簡和速度快慢來調(diào)節(jié)，特別適宜在氣溫較低的季節(jié)作為健身運動是一項男女老少皆宜的運動項目。跳繩不僅有利于發(fā)展腿部、上肢、腰部的肌肉力量，提高靈敏性、協(xié)調(diào)性、耐力等身體素質(zhì)，尤其可以促進(jìn)少年兒童的身體發(fā)育，還有利于加強血液循環(huán)，促進(jìn)體內(nèi)新陳代謝，提高神經(jīng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合能力。同時，研究證實，跳繩可以預(yù)防諸如糖尿病、關(guān)節(jié)炎、肥胖癥、骨質(zhì)疏松、高血壓、肌肉萎縮、高血脂、失眠癥、抑郁癥、更年期綜合征等多種癥病。對哺乳期和絕經(jīng)期婦女來說，跳繩還兼有放松情緒的積極作用，因而也有利于女性的心理健康。在跳繩時身體以兩腿的彈跳和雙上肢的搖動為主，手握繩把不停的搖動會刺激拇指上的穴位，增加腦神經(jīng)細(xì)胞的活力。跳繩時的各種復(fù)雜的動作能夠使大腦皮層的分析與綜合機能得到提高。從運動量來說，持續(xù)跳繩10分鐘，與慢跑30分鐘或跳健身舞20分鐘相差無幾，可謂耗時少、耗能大的需氧運動?！澳M跳繩機”與手?jǐn)[式跳繩不同，它是用燈光的發(fā)射與接收來代替繩子的擺動。當(dāng)燈光照射時，如果人的腳沒擋住燈光，即成功跳起時，跳繩機自動計數(shù)；當(dāng)燈光照射時，人的腳擋住燈光，即該跳起時沒有跳，跳繩機同樣不工作，但會自動記錄下犯規(guī)的次數(shù)?！澳M跳繩機”設(shè)計時，采用光電傳感器，無觸點、無損傷、壽命長，并有音樂伴奏，有一定的趣味性。設(shè)計制作成小型的可適合家庭使用，設(shè)計制作成人型的可用于學(xué)校、機關(guān)、廠礦、小區(qū)等集體跳繩使用。如果該項目設(shè)計的好，一定會推動群眾性跳繩健身運動的發(fā)展。2方案論證“模擬跳繩機”是采用燈光按一定的規(guī)律掃描，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手動擺繩，并伴有擺繩著地時發(fā)出的響聲及音樂伴奏，人進(jìn)入跳繩區(qū)域后，跳繩機開始計數(shù)，如果犯規(guī)，即該跳起來時沒有跳起來，腳擋住了模擬擺繩的光線，有兩種方案可以選擇：方案(1)：跳繩機會自動停止工作，顯示出你跳的次數(shù)；方案(2)：跳繩機不停止工作，但記錄跳繩總數(shù)和犯規(guī)的次數(shù)?？紤]到讓其更適應(yīng)大眾，頻繁的停止不太實用，如果在跳繩結(jié)束后，再查看自己的跳繩總數(shù)和犯規(guī)次數(shù)，則更加人性化，因此選擇后一種方案。3總體設(shè)計框圖模擬跳繩機的設(shè)計采用集成芯片，由語音電路錄進(jìn)音樂及超聲波脈沖信號，由移位寄存器控制燈光，實現(xiàn)繩的擺動，然后由計數(shù)器實現(xiàn)控制燈光間隔掃描時間，其中信號發(fā)生端與接收端接在移位寄存器的輸出端口，并且在信號的發(fā)射與接收過程中還伴有提示音，且有音樂伴奏。在跳繩的過程中如果腳阻擋了光線，則是犯規(guī)，犯規(guī)計數(shù)器將會記下犯規(guī)的次數(shù)。圖1為本設(shè)計的總體設(shè)計框圖。跳繩次數(shù)計數(shù)器跳繩犯規(guī)次數(shù)計數(shù)器觸發(fā)器燈光的發(fā)跳繩次數(shù)計數(shù)器跳繩犯規(guī)次數(shù)計數(shù)器觸發(fā)器燈光的發(fā)射和接收燈光掃描移位器復(fù)位觸發(fā)器燈光間隔掃描控制器音樂及控制脈沖圖1總體設(shè)計框圖4部分電路元件的介紹4.1觸發(fā)器CC4043CC4043引出端的功能圖如圖2，CC4043是一個內(nèi)含4個獨立或非門的基本RS觸發(fā)器，為四交叉耦合、三態(tài)CMOS或非鎖存器。具有獨立的Q輸出端和單獨的置位S和復(fù)位R輸入端。Q的輸出有三態(tài)功能，由公共的三態(tài)控制輸入端EN控制,當(dāng)EN=1時，Q端輸出內(nèi)部鎖存器的狀態(tài)；當(dāng)EN=0時，RS觸發(fā)器所有輸出端懸空而處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。三態(tài)功能使CC4043可以直接連到系統(tǒng)總線上。4.1.1用或非門組成的基本RS觸發(fā)器圖2CC4043的引出端功能圖工作原理：電路有兩個穩(wěn)定狀態(tài)Q，由于交叉耦合的結(jié)果，當(dāng)無輸入信號即R=S=0時，無論是0狀態(tài)Q=0，還是1狀態(tài)，Q=1都是穩(wěn)定的。因為若Q=0，反饋送到或非門2的輸入端，使Q=0，而Q=0和S=0一起又保證了Q=1，顯然0狀態(tài)是穩(wěn)定的；同理，當(dāng)Q=1,反饋送到或非門G2的輸入端，使Q=1，一起與S保證了Q=1，所以1狀態(tài)也是穩(wěn)定的。RQSRQS圖3波形圖或非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器中，R、S兩端同時加信號情況時的波形如圖3所示。圖3所示波形圖具體地說明了上述三種情況。不能預(yù)先確定狀態(tài)的情況用虛線表示。4.1.2特性表和特性方程根據(jù)工作原理分析,即可列出其特性表，如表1：表1特性表RSQ01110000不變11不定基本RS觸發(fā)器的主要優(yōu)點是：(1)結(jié)構(gòu)簡單,只要把兩個與非門或者或非門交叉連接起來即可，是觸發(fā)器的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。(2)具有置0，置1和保持功能，其特性方程為：Qn+1=S+/RQnSR=0CC4043為高電平有效，違反約束條件即R=S=1時，Q=1。4.2LM393LM393如圖4所示，各引腳功能見表2。它由兩個獨立的電壓比較器構(gòu)成，是雙路差分比較器[2]。它的電源可以由單個正電壓供電，也可以由正負(fù)兩個電壓供電。由于輸出是集電極開路，它可以和另外一個集電極開路的輸出構(gòu)成“與”邏輯關(guān)系。該系列由兩個偏移電壓指標(biāo)低達(dá)2.0的獨立精密電壓比較器構(gòu)成。該產(chǎn)品采用單電源操作設(shè)計，且適用電壓范圍廣。也可采用分離式電源，低電耗不受電源電壓值影響。當(dāng)輸入端3的輸入電平高于輸入端2的輸入電平時，輸出端1輸出高電平，反之，當(dāng)輸入端3的輸入電平低于輸入端2的輸入電平時，輸出端1輸出低電平。圖4LM393表2LM393引腳功能管腳號管腳功能1比較器

A

輸出2比較器

A

反相輸入3比較器

A

同向輸入4電源－5比較器

B

同向輸入6比較器

B

反相輸入7比較器B輸出8電源+LM393的主要特性有：(1)單電壓供電或雙電壓供電；(2) 寬工作電壓2V~36V或者±1V~±18V；(3)單路耗電電流(與供電電壓無關(guān))典型值0.4mA(TI,ST),0.8mA(UTC)；(4)低輸入偏置電流典型值25nA；(5)低輸入失調(diào)電壓典型值2mV；(6)輸入共模電壓范圍甚至可以包括接地；(7)差分輸入電壓范圍等于額定供電電壓范圍0~±36V；(8)低飽和輸出電壓；(9)當(dāng)?shù)碗姾谋葮?biāo)準(zhǔn)比較器的優(yōu)勢明顯時，可直接與TTL及CMOS邏輯電路接口；(10)LM393的工作溫度范圍是0°C到70°C。4.3移位寄存器CC40154.3.1移位寄存器CC4015的結(jié)構(gòu)組成移位寄存器如圖5所示，它是串入－并出的寄存器，CD4015是由兩組獨立的4位串入－并出移位寄存器組成。每組寄存器都有一個CP輸入端，一個清零端R和一個串行數(shù)據(jù)輸入端D。每位寄存單元都有輸出端引出，因而即可作串行輸出，又可實現(xiàn)并行輸出。加在D端上的數(shù)據(jù)在時鐘脈沖上升沿的作用下向右移位。當(dāng)在R端加高電平時，寄存器的輸出被全部清零。圖5移位寄存器4015通過信息在CD4015中的流動過程，我們可知CD4015具有下述功能：(1)從串行輸入到串行輸出，數(shù)據(jù)延遲了4個時鐘周期。因此，CD4015可用作延遲電路；(2)串行數(shù)據(jù)經(jīng)過CD4015以后，轉(zhuǎn)換成了并行數(shù)據(jù)，可由Q0～Q3端并行輸出；(3)可作為數(shù)據(jù)寄存器使用。4.3.2移位寄存器CC4015的工作原理把4個觸發(fā)器串接起來，就可以構(gòu)成一個移位寄存器，由4個邊沿D觸發(fā)器構(gòu)成的4位寄存器。數(shù)據(jù)從串行輸入端D1輸入，左邊觸發(fā)器的輸出作為右邊觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入。表3移位寄存器的輸出狀態(tài)表CPQ0Q1Q2Q3000001D30002D2D3003D1D2D304D0D1D2D3假使移位寄存器的初始狀態(tài)為0000，先將數(shù)碼D3D2D1D0（1101）從高位（D3）至低位依次送到D1端，經(jīng)過第一個時鐘脈沖后，Q0=D3。由于跟隨數(shù)碼D3后面的數(shù)碼是D2，則經(jīng)過第二個時鐘脈沖后，觸發(fā)器FF0的狀態(tài)移入觸發(fā)器FF1，而FF0變?yōu)樾碌臓顟B(tài)。即Q1=D3，Q0=D2。依次類推，可得4位右向移位寄存器的狀態(tài)，如表3可知，輸入數(shù)碼依次由低位觸發(fā)器移到高位觸發(fā)器，做右向移動。經(jīng)過4個時鐘脈沖后，四個觸發(fā)器的輸出狀態(tài)Q3Q2Q1Q0與輸入數(shù)碼D3D2D1D0相對應(yīng)。為了加深理解，在圖畫出了數(shù)碼1101（相當(dāng)于Q3=1，Q2=1，Q1=0，Q0=1）在寄存器中移位的波形，經(jīng)過4個脈沖后，1101出現(xiàn)在寄存器的輸出端Q3Q2Q1Q0。這樣，就可將串行輸入（從D1端輸入）的數(shù)碼轉(zhuǎn)換為并行輸出（從Q3，Q2，Q1，Q0端輸出）的數(shù)碼，以便打印或計算機的處理。在圖6中還畫出了第五個到第八個時鐘脈沖的作用下，輸入數(shù)碼在寄存器中移位的波形。由圖可見，在第八個時鐘脈沖作用后，數(shù)碼端已經(jīng)全部移出寄存器這說明存入該寄存器的數(shù)碼也可以串行輸出。CPCPDQ0Q1Q2CPQ3圖6移位寄存器的輸出波形圖4.4同步計數(shù)器CC45184.4.1CC4518的結(jié)構(gòu)組成半導(dǎo)體集成電路型CC4518（圖7）CMOS雙BCD十進(jìn)制同步加法計數(shù)器。CP為輸入端時鐘端，時鐘允許端（EN）和復(fù)位端CR，EN=1（高電平時）計數(shù)脈沖CC4518的計數(shù)單元是T型觸發(fā)器，有兩個時鐘輸入端CP和EN，如果要用時鐘的上升沿觸發(fā)，則信號由CP端輸入，并使EN端為1。4.4.2CC4518的邏輯功能T型觸發(fā)器的特性方程是：Qn+1=T/Qn+/TQn圖7同步計數(shù)器CC4518由特性方程可得：T觸發(fā)器的功能是T為1時，為計數(shù)器狀態(tài)，T為0時為保持狀態(tài)。/QnT=1Qn+1=QnT=0由此可得出T觸發(fā)器的邏輯功能表（表4）和其輸出波形圖（圖8）。表4T觸發(fā)器的邏輯功能表TQnQn+1000011101110DDQn+1Qn圖8T觸發(fā)器的輸出波形4.5計數(shù)器4.5.1數(shù)字電路中的計數(shù)器從電路組成看，其主要組成單元是時鐘觸發(fā)器。計數(shù)器如圖9所示，它是計數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路。由四片CC40110和四個共陰極LED數(shù)碼管組成。十進(jìn)制計數(shù)芯片CC40110具有加/減計數(shù)、鎖存、7段顯示譯碼、驅(qū)動等功能。圖中用4片級聯(lián)組成0～9999加計數(shù)器，CT端接地（允許計數(shù)）。4.5.2CC40110的功能介紹CC40110是一只集計數(shù)，移碼，驅(qū)動為一體的四合電路，它即可作加法計數(shù)又可作減法計數(shù)。電路中VDD，VSS分別為正負(fù)電源端，a~g為數(shù)碼輸出端，CPU加計數(shù)脈沖輸入端，CPD為減計數(shù)脈沖輸入端，CR為清零端，高電平時計數(shù)器清零，CO為進(jìn)位脈沖輸入端，做加法計數(shù)時，每當(dāng)計滿10后輸出一個進(jìn)位脈沖；BO為借位脈沖輸入端，作減法計數(shù)時，每計滿10后輸出一個借位脈沖。/CT為觸發(fā)器控制端，/CT=0時計數(shù)器工作，/CT=1時計數(shù)器處于禁止?fàn)顟B(tài)，不計數(shù)。/LE為鎖存控制端，當(dāng)/LE=0時正常顯示，/LE=1時顯示數(shù)被鎖存。它是十進(jìn)制同步加法計數(shù)器，CPU是輸入加法計數(shù)脈沖，CO是送給高位的輸出進(jìn)位信號，當(dāng)CP到來時要求電路按照8421BCD碼進(jìn)行加法計數(shù)。圖9計數(shù)器4.6七段顯示譯碼器數(shù)字顯示電路通常由譯碼器、驅(qū)動器和顯示器等部分組成，如圖10所示。下面對顯示器介紹。數(shù)碼管[11]是利用不同發(fā)光段組合的方式顯示不同數(shù)碼的。因此，為了使數(shù)碼管能將數(shù)碼所代表的數(shù)顯示出來，必須將數(shù)碼經(jīng)譯碼器譯出，然后經(jīng)驅(qū)動器點亮對應(yīng)的段。例如，對于8421碼的0011狀態(tài)，對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為3，則譯碼驅(qū)動器使a，b，c，d，g各段點亮。即對應(yīng)于某一組數(shù)碼，譯碼器應(yīng)有確定的幾個輸出段有信號輸出，這是分段式數(shù)碼管電路的主要特點。七段顯示譯碼器輸出高電平有效，可以用作共陰極顯示器。圖10七段顯示譯碼器4.7語音芯片ISD1700介紹4.7.1ISD1700的結(jié)構(gòu)及工作模式ISD1700是種單片優(yōu)質(zhì)語音錄放電路，該芯片提供多項新功能，包括內(nèi)置專利的多信息管理系統(tǒng)，新信息提示,雙運作模式（獨立&嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部包含有自動增益控制、麥克風(fēng)前置擴大器、揚聲器驅(qū)動線路、振蕩器與內(nèi)存的全方位整合系統(tǒng)功能。其外形如圖等11：圖11ISD1700ISD1700的功能特點有：(1)可錄、放音十萬次，存儲內(nèi)容可以斷電保留一百年；(2)兩種控制方式，兩種錄音輸入方式，兩種放音輸出方式；(3)可處理多達(dá)255段信息；(4)有豐富多樣的工作狀態(tài)提示；(5)多種采樣頻率對應(yīng)多種錄放時間；(6)音質(zhì)好，電壓范圍寬，應(yīng)用靈活，價廉物美。芯片的采樣頻率可以通過調(diào)節(jié)震蕩電阻來改變，從而決定錄放時間和錄放音質(zhì)。表3為其參數(shù)表：表5ISD1700的參數(shù)時間（秒）2030374560采樣率（KHz）1286.45.34ROSC阻值（KΩ）6080100120160

ISD1700的獨立按鍵工作模式錄放電路非常簡單，而且功能強大。不僅有錄、放功能，還有快進(jìn)、擦除、音量控制、直通放音和復(fù)位等功能。這些功能僅僅通過按鍵就可完成。在按鍵模式工作時，芯片可以通過LED管腳給出信號來提示芯片的工作狀態(tài)，并且伴隨有提示音，用戶也可自定4種提示音效。按下REC鍵，REC管腳電平變低后開始錄音,直到松開按鍵使電平拉高或者芯片錄滿時結(jié)束。錄音結(jié)束后，錄音指針自動移向下一個有效地址。而放音指針則指向剛剛錄完的那段語音地址。放音操作有兩種模式，分別是邊沿觸發(fā)和電平觸發(fā)，都由PLAY管腳觸發(fā)。邊沿觸發(fā)模式時，點按一下PLAY鍵，PLAY管腳電平變低便開始播放當(dāng)前段的語音，并在遇到EOM標(biāo)志后自動停止。放音結(jié)束后，播放指針停留在剛播放的語音起始地址處，再次點按放音鍵會重新播放剛才的語音。在放音期間，LED燈會閃爍直到放音結(jié)束時熄滅。如果在放音期間點按放音鍵會停止放音。電平放音模式時，一直按住PLAY鍵，使PLAY管腳電平持續(xù)為低，那么會將芯片內(nèi)所有語音信息播放出來,并且循環(huán)播放直到松開按鍵將PLAY管腳電平拉高。在放音期間LED閃爍。當(dāng)放音停止，播放指針會停留在當(dāng)前停止的語音段起始位置。本設(shè)計中采用電平放音模式。4.7.2ISD1700的管腳功能表6ISD1700管腳功能管腳名稱PDIP/SOIC管腳引腳說明VCCD1數(shù)字電路電源/LED2LED指示信號輸出/RESET3芯片復(fù)位MISO4SPI接口的串行輸出。ISD1700在SCLK下降沿之前的半個周期將數(shù)據(jù)放置在MISO端。數(shù)據(jù)在SCLK的下降沿時移出MOSI5SPI接口的數(shù)據(jù)輸入端口。主控制芯片在SCLK上升沿之前的半個周期將數(shù)據(jù)放置在MOSI端。數(shù)據(jù)在SCLK上升沿被鎖存在芯片內(nèi)。此管腳在空閑時，應(yīng)該被拉高SCLK6SPI接口的時鐘。由主控制芯片產(chǎn)生，并且被用來同步芯片MOSI和MISO端各自的數(shù)據(jù)輸入和輸出。此管腳空閑時，必須拉高。/SS7為低時，選擇該芯片成為當(dāng)前被控制設(shè)備并且開啟SPI接口。空閑時，需要拉高。VSSA8模擬地AnaIn9芯片錄音或直通時，輔助的模擬輸入。需要一個交流耦合電容（典型值為0.1uF），并且輸入信號的幅值不能超出1.0Vpp。APC寄存器的D3可以決定AnaIn信號被立刻錄制到存儲器中，與MIC信號混合被錄制到存儲器中，或者被緩存到喇叭端，并由直通線路從AUD/AUX輸出。MIC+10麥克風(fēng)輸入+MIC-11麥克風(fēng)輸入-VSSP212負(fù)極PWM喇叭驅(qū)動器地SP-13喇叭輸出-VCCP14PWM喇叭驅(qū)動器電源SP+15喇叭輸出+VSSP116正極PWM喇叭驅(qū)動器地AUD/AUX17輔助輸出，決定于APC寄存器的D7，用來輸出一個AUD或AUX輸出。AUD是一個單端電流輸出，而AuxOut是一個單端電壓輸出。他們能夠被用來驅(qū)動一個外部揚聲器。出廠默認(rèn)設(shè)置為AUD。APC寄存器的D9可以使其掉電。AGC18自動增益控制/VOL19音量控制ROSC20振蕩電阻，ROSC用一個電阻連接到地，決定芯片的采樣頻率VCCA21模擬電路電源/FT22在獨立芯片模式下，當(dāng)FT一直為低，AnaIn直通線路被激活。AnaIn信號被立刻從AnaIn經(jīng)由音量控制線路發(fā)射到喇叭以及AUD/AUX輸出。不過，當(dāng)在SPI模式下，SPI無視這個輸入，而且直通線路被APC寄存器的D0所控制。該管腳有一個內(nèi)部上拉設(shè)備和一個內(nèi)部防抖動電路，允許使用按鍵開關(guān)來控制開始和結(jié)束。/PLAY23播放控制端/REC24錄音控制端/ERASE25擦除控制端/FWD26快進(jìn)控制端RDY/INT27一個開路輸出。Ready(獨立模式)該管腳在錄音，放音，擦除和指向操作時保持為低，保持為高時進(jìn)入掉電狀態(tài)。Interrupt(SPI模式)在完成SPI命令后，會產(chǎn)生一個低信號的中斷。一旦中斷消除，該管腳變回為高。VSSD28數(shù)字地5部分電路工作原理介紹5.1音樂及控制脈沖產(chǎn)生電路分析如圖11為音樂及控制脈沖產(chǎn)生電路。電路中心控制芯片為ISD1700語音芯片，在本電路中芯片采用獨立按鍵工作模式，且通過LED管腳給出信號來提示芯片的工作狀態(tài)。D1即為指示燈。按下REC鍵，芯片為錄音狀態(tài)，同時開啟音樂播放和超聲波脈沖產(chǎn)生器，這時芯片同時把音樂和脈沖錄進(jìn)芯片中，這時它們就存儲在芯片中。播放時，采用電平放音模式，按下PLAY開關(guān)，使其管腳一直處于低電平狀態(tài)，這樣芯片就一直重復(fù)播放音樂及超聲脈沖。音樂通過管腳AUD經(jīng)放大后播放，以用來伴奏，而混聲通過AUD管腳再經(jīng)過一高通濾波器后，只剩下超聲脈沖，該脈沖即為電路的可變控制脈沖，接至主控電路。我們通過可變電阻RS來改變芯片的采樣頻率，從而決定錄放時間和錄放音質(zhì)。這樣就能改變脈沖的頻率，從而改變擺繩的頻率。同時音樂播放速率也同時改變，這就保證了音樂播放速率與擺繩頻率同步的目的。我們之所以把音樂和脈沖一起錄進(jìn)芯片，就使為了保證二者的同時改變，以求達(dá)到同步的目的。圖12音樂及脈沖產(chǎn)生電路5.2信號的發(fā)射與接收信號的發(fā)射與接收電路如圖12所示，從圖5輸入端A1~A8分別接在移位器的8個輸出端口，正常工作時，這8個信號輸入端依次僅有一個有效信號輸入，假使信號的輸入端A1有高電平輸入時，三極管T1、T9導(dǎo)通，電流從三極管T9的基極流出，經(jīng)過發(fā)光二極管[12]L1流向三極管T1的集電極，同時發(fā)光二極管L1發(fā)光，小喇叭發(fā)音提示燈光在擺動，如果此時屬于正常跳繩，即沒有發(fā)生腳阻擋燈光的犯規(guī)現(xiàn)象，信號接入端的二極管受到光照后，阻值變小，此時經(jīng)過它的電平仍為高電平，此高電平使該線路上的另一個二極管導(dǎo)通，輸出高電平加在比較器LM393的同相輸入端，三極管T9的集電極經(jīng)過電阻R29降將壓后接入比較器的反相輸入端，此時反相輸入端的輸入電壓低于同相輸入端的電壓，比較器輸出端1輸出高電平，此時該三極管T12不導(dǎo)通，即M點處的電平為低電平，經(jīng)過觸發(fā)器4043作用后輸出低電平，此時犯規(guī)計數(shù)器不計數(shù)。MM圖13信號的發(fā)射與接收假使跳繩的人腳阻擋燈光時，即處于犯規(guī)的情況下，信號接受端的二極管不能接受到信號發(fā)射端二極管發(fā)射的光，此時則二極管LA1的電阻較大，那么由三極管T9集電端提供的高電平經(jīng)過二極管LA1變?yōu)榈碗娖?，這時的低電平不能使本線路中的二極管導(dǎo)通，此低電平接入比較器LM393的同相輸入端，三極管T9的集電極經(jīng)過電阻R29將壓后接入比較器的反相輸入端，此時比較器的反相輸入端的電壓高于同相輸入端的電壓，則比較器的輸出端的輸出電壓為低電壓，此時三極管T12導(dǎo)通，集電極輸出高電平，接入觸發(fā)器的輸入端S2端，則觸發(fā)器輸出端Q23為高電平，這時犯規(guī)計數(shù)器開始工作，計數(shù)加1，記下犯規(guī)的次數(shù)。同理，依次類推，A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8的工作原理與A1處的工作原理是相同的。當(dāng)A1~A8所接受的電平為低電平時，三極管T1~T11均不導(dǎo)通，比較器LM393的兩個輸入端輸入的均是低電平，此時比較器沒有輸出。跳繩計數(shù)器和犯規(guī)計數(shù)器均不計數(shù)。在此說明的是發(fā)光二極管D1~D8也是依次發(fā)光的，只要有一個輸入端口Ai(i=1、2、3、4、5、6、7、8)接的是高電平，那么它所接的三極管T9就導(dǎo)通，如果是正常跳繩，則小喇叭發(fā)音提示燈光在掃描，犯規(guī)計數(shù)器不工作；如果出現(xiàn)犯規(guī)現(xiàn)象，小喇叭發(fā)音同時犯規(guī)計數(shù)器記犯規(guī)次數(shù)。信號發(fā)射端的端口與接收端的端口是一一對應(yīng)的。當(dāng)A8所接的電平為高電平時，并且是正常跳繩，則跳繩計數(shù)器開始工作計數(shù)加1。5.3擺繩落地提示電路當(dāng)燈光掃描擺動時，圖13是燈光模擬擺繩發(fā)出提示的電路，當(dāng)三極管T9導(dǎo)通時，T9發(fā)射極是高電平，此時高電平通過電阻R18作用于三極管T11的基極，使三極管T10，T11導(dǎo)通，由于小喇叭（由電感線圈組成的震蕩器）的上端與T11的發(fā)射端相連，因此這時小喇叭的上端為正極，下端與地相連，因此小喇叭的下端為負(fù)極；同時三極管T10的發(fā)射極對電容C2充電，在充電的過程中，三極管T11的基極的電流不斷的增大，當(dāng)電容充電結(jié)束時，三極管T10的電流達(dá)到飽和狀態(tài)，三極管截止；然后電容C2開始放電，放電的過程中，使得通過三極管T10的電流減小，即通過振蕩器小喇叭的電流減小，此時使得小喇叭的極性發(fā)生改變，上端為負(fù)極，下端為正極，此時震蕩器震蕩發(fā)音提示燈在掃描。當(dāng)電容C2放電結(jié)束后，通過三極管T10重新對電容充電。開始了新的循環(huán)工作;當(dāng)燈光不擺動時，三極管T9不導(dǎo)通，此時電阻R18的兩端沒有電壓，此時三極管T10、T11不導(dǎo)通，小喇叭不發(fā)音，表明燈光沒有擺動。圖14振蕩電路圖6整體電路介紹6.1總的工作原理分析（主控電路原理圖見圖15）當(dāng)脈沖信號到來時，作用于移位器4015時，移位器復(fù)位，當(dāng)按下按鈕SB，這時觸發(fā)器的S0輸入端為高電平，根據(jù)觸發(fā)器的邏輯功能，此時觸發(fā)器輸出端輸出的是高電平，即輸出正脈沖，此脈沖接入移位寄存器4015的輸入端D1，即數(shù)據(jù)輸入端，此時移位器的輸出端Q10(A1)為高電平，其它端均為低電平，Q10輸出的高電平又接入觸發(fā)器的R0輸入端，此時由于觸發(fā)器的S0接入的也是低電平，則觸發(fā)器輸出端Q0為低電平，當(dāng)下一次掃描脈沖來臨時，移位器4015的輸出端Q10變?yōu)榈碗娖?，將高電平移向輸出端Q11(A2)，此時其它輸出端均為低電平，當(dāng)?shù)谌齻€掃描脈沖來臨時，移位器4015輸出端Q11變?yōu)榈碗娖?，輸出端Q12(A3)變?yōu)楦唠娖?，同樣，其它的輸出端均為低電平。同理，依次類推，Q13(A4)，Q20(A5)，Q21(A6)，Q22(A7)，Q23(A8)依次變?yōu)楦唠娖?。在燈光掃描擺動過程中，振蕩電路一直振蕩發(fā)音提示燈光在模擬擺繩。當(dāng)輸出端Q23是高電平時，則跳繩機計數(shù)器開始工作，并加1，此處的計數(shù)器計的是繩子擺動的次數(shù)，如果跳繩犯規(guī)，則犯規(guī)計數(shù)器開始工作并加1，記下犯規(guī)的次數(shù)。則成功跳繩次數(shù)等于模擬跳繩機擺繩擺動的次數(shù)減去犯規(guī)的次數(shù)。當(dāng)輸出端Q23是高電平時，同時輸出端Q23將高電平接入觸發(fā)器4043的R1輸入端，由于此時觸發(fā)器的另一個輸入端S1接入的是低電平，由觸發(fā)器的工作原理可的得，此時觸發(fā)器的輸出端Q1為低電平。觸發(fā)器的輸出端Q1的低電平接入計數(shù)器4518的復(fù)位端CR1和CR2，使掃描時間間隔計數(shù)器4518處于不復(fù)位狀態(tài)，計數(shù)器開始計數(shù)。當(dāng)脈沖來臨時，計數(shù)器4518的低位部分開始從0000狀態(tài)計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器4518低位部分的狀態(tài)由0000計數(shù)到1000時，由于低位部分的最高位Q13與高位部分脈沖輸入端CP2相連，此時低位向高位部分進(jìn)1，此時低位部分為1000，高位部分由0000變?yōu)?001，當(dāng)下一個脈沖來臨時，低位部分加1變1001，再來一個脈沖后，由于計數(shù)器4518是十進(jìn)制計數(shù)器，因此它由1001變?yōu)?000，又開始進(jìn)行循環(huán)計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器4518低位部分的狀態(tài)由1000計數(shù)到下一個1000時，一共經(jīng)歷了十個脈沖，此時低位再次向高位部分進(jìn)1，高位部分由0001變?yōu)?010。同理，當(dāng)計數(shù)器4518低位部分第三次次向高位部分進(jìn)1，高位部分由為0011。依次到0111時，此時共計數(shù)68個脈沖，這時計數(shù)器的高位部分的輸出端Q20，Q21，Q22都為高電平，這三個高電平分別作用二極管D3，D4，D5的負(fù)極，此時這的三個二極管均不導(dǎo)通，則二極管D3，D4，D5的正極為高電平，那么這時加在二極管D2正極的電平為高電平，二極管D2導(dǎo)通，此時接入觸發(fā)器4043的輸入端S0、S1均為高電平，根據(jù)觸發(fā)器的工作原理可得，觸發(fā)器的輸出端Q0、Q1均為高電平，觸發(fā)器Q1端的高電平使計數(shù)器4518停止計數(shù)工作，觸發(fā)器Q0端的高電平使移位器4015開始進(jìn)行循環(huán)輸出，則燈光開始進(jìn)行循環(huán)性的掃描擺動工作。圖15主控電路圖7結(jié)論畢業(yè)論文是我們本科生在學(xué)習(xí)階段的一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次比較完整的模擬跳繩機的設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)。和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識的能力，同時也增強我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及專業(yè)軟件制圖等非專業(yè)能力，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志力、抗壓能力及耐力水平也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的，也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。雖然畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容繁多，過程繁瑣，但我的收獲卻更加豐富。通過查找資料，設(shè)計電路以及制作電路，能夠讓人詳細(xì)對跳繩機的工作原理、操作過程以及使用方法有一個深刻的理解。各種芯片的適用條件，各種元件設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，我都是隨著設(shè)計的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會應(yīng)用的。在設(shè)計成形后，為了進(jìn)一步的完善燈光模擬跳繩機對人是否進(jìn)入跳繩區(qū)域，可以在離地高度約一米處安裝一個主要由四個發(fā)光二極管和四個接收二極管組成的燈光發(fā)射與接收電路來檢測人是否進(jìn)入跳繩區(qū)域。設(shè)計方法和燈光的發(fā)射與接收一樣，只是少了四個發(fā)射與接收的二極管，然后輸出端作為觸發(fā)器4043的一個輸入端，另一個輸入端是移位器4015輸出端Q3（10端），觸發(fā)器的輸出端接入跳繩次數(shù)計數(shù)器，當(dāng)人進(jìn)入跳繩區(qū)域時，身體將阻擋上部的燈光接收電路，燈光的發(fā)射與接收電路部分輸出高電平使觸發(fā)器輸出高電平，則計數(shù)器開始計擺繩次數(shù)。相反，當(dāng)人沒有進(jìn)入跳繩區(qū)域時，觸發(fā)器4043輸出低電平，則擺繩計數(shù)器不計數(shù)。在電路的設(shè)計過程中，每一部的設(shè)計都必須是正確無誤的，都需要一絲不茍，精益求精的刻苦鉆研精神。在設(shè)計過程中，和老師的溝通交流更使我從經(jīng)濟實用的角度對設(shè)計有了新的認(rèn)識，也對自己提出了新的要求。要想更完美的進(jìn)行，與其他專業(yè)人才及老師的交流溝通也是很有必要的。這期間我請教了關(guān)于單片機、PLC、家電等多方面的各位老師，更加理清了模擬跳繩機各部分電路的原理知識。提高是有限的，但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計讓我積累了無數(shù)實際經(jīng)驗，讓我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強的溝通力和理解力。順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。雖然有些地方還有不足，但正是因為這些不足在一定程度上給了我們無限的創(chuàng)造