象棋快棋赛电子裁判计时器的设计.doc

象棋快棋赛电子裁判计时器 电子技术应用实习题目： 电子技术应用实习 象棋快棋赛电子裁判计时器的设计学生姓名： 贾坤 学 号： 201184250108班 级: 电信1101班 专 业： 电子信息工程指导教师： 吴一帆、文卉 2014年 1月目 录1设计目的及要求11.1设计目的11.2设计要求11.3设计软件介绍12工作原理及系统方框图22.1工作原理22.2系统方框图23单元电路设计33.1秒脉冲电路33.2计数器电路43.3脉冲控制电路53.4显示译码电路63.5报警电路74调试过程84.1计数器调试过程84.2译码器调试过程94.3调试总结95 结论106 实习总结与心得10参考文献12附录13附录一 电子裁判器原理图13附录二 电子裁判器元件清单141 设计的目的及要求1.1 设计目的 根据象棋快棋赛的规则，红黑双方对弈时间累计均为180秒，超时判负，判负提醒效果明显，不间断提醒。设计计数电路，累计时间可以调整，简易可行，实用性强。1.2 设计要求 (1) 甲乙双方的计时器为一个秒时钟，双方均用3位数码管显示，预订的初始时间为180秒，采用倒计时方式，通过按钮启动，由本方控制对方，比如甲方走完一步棋后必须按一下甲方的按键，该按键启动乙方的倒计时。同理，乙方走完一步棋后必须按一次乙方的按键，该按键启动甲方的倒计时。 (2)超时发出报警判负，等待复位处理，否则一直提醒判负。 (3)累计时间在1到990秒可以改变。 (4)计数器在计时到达时停止计数，停在数字0。1.3 设计软件介绍proteus是世界上著名的eda工具，从原理图分布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到pcb设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是世界上将电路仿真软件、pcb设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器支持模型支持8051、avr、arm等，并持续增加其他系列处理器，在编译方面，它也支持iar、keil和mplab等多种编译器。主要用于在教学，技能考评，产品开发领域。proteus是一个巨大的教学资源，可用于模拟电路与数字电路的教学与实验，单片机与嵌入式系统教学与实验，微控制器系统的综合实验和创新实践与毕业设计等等。在产品开发上，它集成了原理图捕获、spice电路仿真和pcb设计，形成一个完整的电子设计系统。对于通用微处理器，还可以运行实际固件程序进行仿真。与传统的嵌入式设计过程相比，这个软件能极大缩短开发时间。2 工作原理及系统方框图2.1 工作原理电路工作原理为：接通电源后，主持人通过控制开关设置计数器的初值，即倒计时累计初始值。如果要改变预设定的累计时间，主持人提前通过累计数设置开关调整时间，试运行一次，观察计数是否正确，调试正确，然后比赛开始。如果甲先走，则乙方按下按钮，甲方的计时器开始倒计时，甲方走完一步之后，甲按下按钮，甲方计时器停止倒计时，乙方计时器开始倒计时，依此进行电子倒计时；相反如果乙方先走，则过程基本是相同的。当甲乙双方其中一个计时器倒计时到零后计数器不再计数，计数停止在数字0。蜂鸣器开始报警直到主持人重新预置数，蜂鸣器报警的那一方就被判定为输。当需要再次使用时，主持人通过开关重新对计数器置数，是否重新设计累计时间由主持人决定，调试完毕后，再开始比赛。2.2 系统方框图图1 电子裁判器框图3 单元电路设计 本节中主要分五大部分，秒脉冲，计数器部分，脉冲锁存部分，译码显示部分，报警部分。3.1 秒脉冲电路 秒脉冲的功能是产生周期为1s秒方波信号发生电路，为时钟提供时间基础，是计数的基准。采用集成电路555定时器与rc组成的多谐振荡器构成。需要的芯片有集成电路555定时器，还有比较精确的电阻和电容，构成比较的多谐振荡电路。555功能如图2，从功能图不难看出，在th端实施触发可使out的状态发生翻转，若在th端实施触发该端所加电压必须过2/3vcc,若在tr端实施触发该端所加电压必须过1/3vcc，out的状态才能发生翻转，因此th=1/3 vcc和tr=1/3vcc是55定时器的两个触发点。电路连接如图3。图2 555芯片功能图图3秒脉冲电路图3.2 计数器电路参考电路如图4所示。该电路完成三个功能：一是计数功能；二是由主持人开关控制计数器置数，设置倒计时器的初始值；三是为译码电路提供输入。由于题目要求是倒计时，所以我们这里要选择减法计数器或可逆计数器，本文选用的是可逆计数器74ls192；由于是十进制的，所以需要三位数码管分别显示个位、十位、百位，显示的是计数器的输出通过译码电路出来的结果。工作过程：通过主持人开关对控制个位、十位、百位的计数器进行置数，控制个位的计数器置数端都接低电平，控制十位的置数端低三位接低电平，高位接高电平，控制百位的计数器最低位接高电平，高三位接低电平。这样经过译码显示电路之后显示出来的分别就是“0”、“8”、“1”。图中q0,q1,q2,q3接译码部分。图中d0，d1，d2，d3接到置数开关上，这四位决定了电路的预置数。up和dn用来选择加法计数或减法计数，本文中clk信号接在dn上，选为减法计时的模式，pl为预置数输入端低有效，mr为清零端，电路工作是必须为低电平，最后一个计数器的tcd端接报警电路。 图4 计数器3.3脉冲锁存电路 参考电路如图5所示。四输入或门由甲信号，乙信号，脉冲信号，和一路恒为低电平的输入，当甲或乙的计数电路的计数到0时，就把一路信号置高，则输出为高电平，输出电平不再随脉冲电平改变改变，锁存脉冲电平。电平锁存后不再计数，同时报警电路触发。表示一方输了，只有裁判重新置数后报警消失。图中的甲信号，乙信号均为计数器的四路输出接在四输入或非门后的输出到图4中的或门中。 图5 脉冲锁存电路3.4译码显示电路参考电路如图5所示。主要功能是提供译码及显示。选择器件是七段数码管和7448七段共阴数码管译码电路，7448将计数器输出的bcd码转换成七段数码管中显示的相应的数字。abcdefg分别为数码管的7段，其与输入abcd的关系如表1电路图中每一个数码管对应着一个7448译码电路。lt为灯测试端lt时数码管全亮，rbi为灭零输入端，当电路前端出现多余的零时就会灭掉该灯，本计数电路中不灭零，所以电平置高。bi/rbo为灭灯输入或灭零输出端，作为输入时，电平为低则数码管全灭，作输出时则为输出灭零信号，本电路中接高电平。图6 译码电路芯片表1 7448译码输入输出对应关系表输 入输 出数码管显示ltnrbinbindcbaabcdefg111000011111100111000100110001111001001101112110011011110131110100101100141110101110110151110110110111161110111011100071111000111111181111001111110193.5报警电路 参考电路如图7所示。该部分主要功能是报警。选择的器件为有源蜂鸣器，输入接锁存电路输出端，当计数值为0时蜂鸣器报警。蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它，计数器输出的ttl电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大电路。实验通过一个三极管来放大驱动蜂鸣器。同时还加上一个led发光二极管，当蜂鸣器响的同时二极管发光。此时这一方判输，蜂鸣器和led不停发出报警，提醒裁判比赛结束，本电路中锁存了脉冲后，必须手动对计数器置数。图7 报警电路4调试过程4.1计数器调试过程 如图8 计数器74ls192接线图，编译成功后，进行仿真，abcd输入端给0，当ldn端为0时，此时计数器置数，输出都为零，然后在clk的下一个时钟周期，计数器开始正常计数。个位上的数多数时间为零，所以不接如置数电路，直接在低电平，设置预置数为0。在设置十位电路时，需要对预置数经行可调的设置，把abcd分别接如电平选择开关，如图9，可选择预置数。我们用同样的方式调试百位的计数器。计数和置数范围是0到9，因此最大计数为990。图8 控制个位显示的计数器的调试图图9 74ls192预置数设置电路4.2译码器调试过程 如图10为译码电路调试接线图，编译成功后，进行仿真，让计数器正常工作，注意数码管是共阴型，然后观察送给七段数码管，相关位的电平。图90 译码电路图4.3调试总结 当前两部分调试成功后，我们几部分电路组合在一起在仿真中观察结果。调试中注意接线较多不要接错了电平。在波形发生电路中555产生的波形会产生一定的时间误差，而且当计数越多误差越多，当180次计数时，误差在可以接受范围内。当需要更精确计时电路时，就需要更加精确的电阻。每次仿真时要先对74ls192芯片预置数后，计数才能开始计数。5 结论 通过运用6片74ls192，6片7448数码管驱动芯片，6个数码管构成了甲乙两人的电子裁判计时器，比赛开始，对计数器置数，使得两人计数初值为120秒，然后其中一个按下按键，己方的计时器停止计数，对方的计时器开始倒计时，当有人计时器记到0时，蜂鸣器报警。控制甲乙计数的开关必须和预置数开关在实际设计上做到能够在按下计数开关时将预置数送如74ls192一次。对与预置数可调的功能在实际运用中可以不设置，通过简单的数字逻辑电路，完成了我们需要的电子裁判计时器功能。6 实习总结与心得 总的来说，这次设计从选课题，设计电路，仿真路调试电路，到文档制作，充分的理解了设计一个数字电路的过成，虽然没有实际制作，但是收获也非常多。 学会去设计一个电路必须从电路要实现的功能开始，功能决定了设计的方向，而且对实用性的决定步骤就在这里。明确设计目的，找到设计要求，就基本决定电路的方向。接着，模块化的实现电路各部分功能，此时要考虑使用芯片的价格性能等因数。这时候才知道数字电路也不是那么好学的。要读芯片的功能，各个引脚的接法，性能等等。例如555芯片学的时候觉得很简单，用起来就需要考虑电容和电阻的大小，产生的方波周期是最难做到精确。仿真时，选用软件是proteus，这是一个简单易用的数字电路软件，这次使用让我对它的使用熟练不少。设计中更加需要耐心，特别是在电路中某个引脚连接错误，需要查找错误，就特别需要仔细，仿真电路出错时，依次检查模块，这样能提高检查速度。最后文档制作，由与课程设计文档的要求比较严格，所以制作所花的时间比较久，这让我感觉到对word这样的文本编辑器使用的了解太少了，使用中遇到了非常多的问题，不过最终都解决，收获颇多。通过这次设计让我了解到了实践和理论间的差距，二者相辅相成，学习这一类的课程必须同过理论与实践结合在一起，才能提高自己的实际操作能力，并且从中培养自己的独立思考，勇于克服苦难。让我感触很多深的还有在这个过程中同学间的配合，共同探讨，共同前进的精神。因为我对电路知识不是很清楚，当我有不明白的地方去向其他同学请教时，即使他们忙于思考，也会停下来帮助我，消除我的盲点，当我有什么想法告诉他们的时候，他们也会认真采纳我的建议。实训非常短，当却给越来越不思进取的心增添了许多斗志，让我有了改正以往陋习的觉悟。参考文献1 模拟电子技术基础 高教出版社 童