模拟跳绳机的设计论文

11 引言跳绳是一种以四肢肌肉活动为主的全身运动，它花样繁多，可简可繁，随 时可做，一学就会，运动量可以根据动作繁简和速度快慢来调节， 特别适宜在气温较低的季节作为健身运动是一项男女老少皆宜的运动项目。跳绳不仅有利于发展腿部、上肢、腰部的肌肉力量，提高灵敏性、协调性、耐力等身体素质，尤其可以促 进少年儿童的身体发育，还有利于加强血液循环，促进体内新陈代谢，提高神经 系统的协调配合能力。 同 时， 研究证实，跳绳可以预防诸如糖尿病、关节炎、肥胖症、骨 质疏松、高血压、肌肉萎缩、高血脂、失眠症、抑郁症、更年期综合征等多种症病。对哺乳期和绝经 期妇女来说，跳 绳还兼有放松情绪的积极作用，因而也有利于女性的心理健康。在跳绳时身体以两腿的弹跳和双上肢的摇动为主，手握绳把不停的摇动会刺激拇指上的穴位，增加脑 神经细胞的活力。跳 绳时 的各种复杂的动作能够使大脑皮层的分析与综合机能得到提高。从运动量来说，持续跳绳 10 分钟，与慢跑30 分钟或跳健身舞 20 分钟相差无几，可谓耗时少、耗能大的需氧运动。“模拟跳绳机 ”与手摆式跳 绳不同，它是用灯光的发射与接收来代替绳子的摆动。当灯光照射时，如果人的脚没挡住灯光，即成功跳起时，跳绳机自动计数；当灯光照射时，人的脚挡住灯光，即该跳起时没有跳，跳绳机同样不工作，但会自动记录下犯规的次数。“模拟跳绳机 ”设计时，采用光电传感器，无触点、无 损伤、寿命 长，并有音乐伴奏，有一定的趣味性。设计制作成小型的可适合家庭使用， 设计制作成人型的可用于学校、机关、厂矿、小区等集体跳 绳使用。如果该项目设计的好，一定会推动群众性跳绳健身运动的发展。2 方案论证“模拟跳绳机 ”是采用灯光按一定的 规律扫描，代替传统的手动摆绳，并伴有摆绳着地时发出的响声及音乐伴奏，人进入跳绳区域后，跳绳机开始计数，如果犯规，即 该跳起来时没有跳起来，脚挡住了模拟摆绳 的光线，有两种方案可以 选择：方案(1)：跳绳 机会自动停止工作，显示出你跳的次数；方案(2)：跳绳 机不停止工作，但记录跳绳总数和犯规的次数。考虑到让其更适应大众，频繁的停止不太实用，如果在跳绳结束后，再 查看自己的跳绳总数和犯规次数， 则更加人性化，因此 选择 后一种方案。3 总体设计框图2模拟跳绳机的设计采用集成芯片，由语音电路录进音乐及超声波脉冲信号，由移位寄存器控制灯光，实现绳的摆动，然后由 计数器 实现控制灯光间隔扫描时间，其中信号发生端与接收端接在移位寄存器的输出端口，并且在信号的发射与接收过程中还伴有提示音，且有音乐伴奏。在跳 绳的 过程中如果脚阻挡了光线，则是犯规，犯规计数器将会 记下犯规的次数。 图 1 为 本设计的总体设计框图。跳绳次数计数器跳绳犯规次数计数器触发器灯光的发射和接收灯光扫描移位器复位触发器灯光间隔扫描控制器音乐及控制脉冲图 1 总体设计框图4 部分电路元件的介绍4.1 触发器 CC4043CC4043 引出端的功能 图如图 2，CC4043 是一个内含 4 个独立或非门的基本 RS 触发器，为四交叉耦合、三态 CMOS 或非锁存器。具有独立的 Q 输出端和单独的置位 S 和复位 R 输 入端。 Q 的输出有三态功能，由公共的三态控制输入端 EN 控制, 当 EN=1 时， Q 端输出内部锁存器的状态；当 EN=0 时，RS 触发器所有输出端悬空而处于高阻抗状态。三态功能使 CC4043 可以直接连到系统总线上。4.1.1 用或非门组成的基本 RS 触发器S0R0R1S1R2S2Q0Q1Q2Q3NCCC4043R3S3EN图 2 CC4043 的引出端功能 图3工作原理：电路有两个稳定状态 Q，由于交叉耦合的结果，当无输入信号即R=S=0 时，无论是 0 状态 Q=0，还是 1 状态，Q=1 都是稳定的。因为若 Q=0，反馈送到或非门 2 的输入端，使 Q=0，而 Q=0 和 S=0 一起又保证了 Q=1，显然 0 状态是稳定的；同理，当 Q=1, 反馈送到或非门 G2 的输入端，使 Q=1，一起与 S 保证了 Q=1，所以 1 状态也是稳定的。图 3 波形图或非门构成的基本 RS 触 发器中， R、S 两端同时加信号情况时的波形如图 3所示。图 3 所示波形图具体地 说明了上述三种情况。不能预先确定状态的情况用虚线表示。4.1.2 特性表和特性方程根据工作原理分析,即可列出其特性表，如表 1：表 1 特性表R S Q0 1 11 0 00 0 不变1 1 不定基本 RS 触发器的主要优 点是：(1) 结构简单,只要把两个与非门或者或非门交叉连 接起来即可，是触发器的基础结构形式。(2) 具有置 0，置 1 和保持功能，其特性方程为：Qn+1=S+/RQnSR=0CC4043 为高 电平有效， 违 反约束条件即 R=S=1 时，Q=1。4.2 LM393LM393 如图 4 所示，各引脚功能见表 2。它由两个独立的电压比较器构成，是双路差分比较器 2。它的 电源可以由单个正电压供电，也可以由正负两个电压RQS4供电。由于输出是集电极开路，它可以和另外一个集电极开路的输出构成“ 与”逻辑关系。该系列由两个偏移电压指标低达 2.0 的独立精密电压比较器构成。该产品采用单电源操作设计，且适用电压范围广。也可采用分离式电源，低 电耗不受电源电压值影响。当输入端 3 的输入电平高于输入端 2 的输入电平时，输出端 1输出高电平，反之，当输入端 3 的输入电平低于输入端 2 的输入电平时， 输出端1 输出低电平。图4 LM393表 2 LM393 引脚功能管脚号 管脚功能1 比较器 A 输出2 比较器 A 反相输入3 比较器 A 同向输入4 电源5 比较器 B 同向输入6 比较器 B 反相输入7 比较器 B 输出8 电源+LM393 的主要特性有：(1) 单电压供 电或双电压供电； (2) 宽工作电压 2V 36V 或者1 V 18 V； (3) 单路耗电电 流(与供电电压无关) 典型值 0.4mA(TI,ST),0.8mA(UTC)；(4) 低输入偏置 电流典型值 25 nA；(5) 低输入失 调电压典型值 2 mV；(6) 输入共模 电压范围甚至可以包括接地；(7) 差分输入 电压范围等于额定供电电压范围 036 V；(8) 低饱和输 出电压；(9) 当低电耗比 标准比较器的优势明显时，可直接与 TTL 及 CMOS 逻辑电路接口；(10) LM393 的工作温度范围是 0C 到 70C。54.3 移位寄存器 CC40154.3.1 移位寄存器 CC4015 的结构组成移位寄存器如图 5 所示，它是串入并出的寄存器，CD4015 是由两组独立的 4 位串入并出移位寄存器组成。每组寄存器都有一个 CP 输入端，一个清零端 R 和一个串行数据输入端 D。每位寄存单元都有输出端引出，因而即可作串行输出，又可实现并行输出。加在 D 端上的数据在时钟脉冲上升沿的作用下向右移位。当在 R 端加高电平时 ，寄存器的 输出被全部清零。D1CP1CR1D2CP2CR2Q10Q11Q12Q13Q20Q21Q22Q23CC4015图 5 移位寄存器 4015通过信息在 CD4015 中的流动过程，我 们可知 CD4015 具有下述功能：(1) 从串行输 入到串行输出，数据延迟了 4 个时钟周期。因此，CD4015 可用作延迟电路；(2) 串行数据 经过 CD4015 以后，转换成了并行数据，可由 Q0Q3 端并行输出；(3) 可作为数据寄存器使用。4.3.2 移位寄存器 CC4015 的工作原理把 4 个触发器串接起来，就可以构成一个移位寄存器，由 4 个边沿 D 触发器构成的 4 位寄存器。数据从串行输入端 D1 输入，左 边触发器的输出作为右边触发器的数据输入。表 3 移位寄存器的输出状态表CP Q0 Q1 Q2 Q30 0 0 0 01 D3 0 0 02 D2 D3 0 03 D1 D2 D3 04 D0 D1 D2 D36假使移位寄存器的初始状态为 0000，先将数码 D3D2D1D0（1101）从高位（D3）至低位依次送到 D1 端， 经过第一个时钟脉冲后，Q0=D3。由于跟随数码 D3后面的数码是 D2，则经过 第二个时钟脉冲后，触发器 FF0 的状态移入触发器FF1，而 FF0 变为新的状态 。即 Q1=D3，Q0=D2。依次 类推，可得 4 位右向移位寄存器的状态，如表 3 可知，输入数码依次由低位触发 器移到高位触发器，做右向移动。经过 4 个时钟脉冲后，四个触发器的输出状态 Q3Q2Q1Q0 与输入数码D3D2D1D0 相对应。为了加深理解，在图画出了数 码 1101（相当于Q3=1，Q2=1，Q1=0，Q0=1）在寄存器中移位的波形，经过 4 个脉冲后，1101 出现在寄存器的输出端 Q3Q2Q1Q0。这样，就可将串行输入（从 D1 端输入）的数码转换为并行输出（从 Q3，Q2，Q1，Q0 端输出）的数码 ，以便打印或计算机的处理。在图 6 中还画出了第五个到第八个时钟脉冲的作用下，输入数码在寄存器中移位的波形。由图可见，在第八个时钟脉冲作用后，数码端已经全部移出寄存器这说明存入该寄存器的数码也可以串行输出。CPDQ0Q1Q2CPQ3图 6 移位寄存器的输出波形图4.4 同步计数器 CC45184.4.1 CC4518 的结构组成半导体集成电路型 CC4518 （图 7）CMOS 双 BCD 十进制同步加法计数器。CP 为输 入端时钟端，时钟允许端（EN）和复位端 CR，EN=1（高电平时）计数脉冲CC4518 的计 数单元是 T 型触发器，有两个时钟输入端 CP 和 EN，如果要用 时钟的上升沿触发，则信号由 CP 端输入，并使 EN 端为 1。74.4.2 CC4518 的逻辑功能T 型触发器的特性方程是：Qn+1=T/Qn+/TQnCP1EN1CR1CP2EN2CR2Q10Q11Q12Q13Q20Q21Q22Q23CC4518图 7 同步计数器 CC4518由特性方程可得：T 触发器的功能是 T 为 1 时，为计数器状态，T 为 0 时为保持状态。/Qn T=1Qn+1 = Qn T=0由此可得出 T 触发器的逻辑功能表（表 4）和其 输出波形图（图 8）。表 4 T 触发器的逻辑功能表T Qn Qn+10 0 00 1 11 0 11 1 0DQn+1Qn图 8 T 触发器的输出波形4.5 计数器4.5.1 数字电路中的计数器8从电路组成看，其主要组成单元是时钟触发器。 计数器如图 9 所示，它是 计数、锁存、译码显 示电路。由四片 CC40110 和四个共阴极 LED 数码管组成。十进制计数芯片 CC40110 具有加 /减计数、 锁存、7 段显示译码、驱动等功能。图中用4 片级联组成 09999 加计数器，CT 端接地（允许计 数）。4.5.2 CC40110 的功能介绍CC40110 是一只集 计数，移码，驱动为一体的四合 电路，它即可作加法计数又可作减法计数。电路中 VDD，VSS 分别为正负电 源端，ag 为数码输出端，CPU 加 计数脉冲输入端，CPD 为减计数脉冲输入端， CR 为清零端，高电平时计数器清零，CO 为进位脉冲 输入端，做加法计数时，每当计满 10 后输出一个进位脉冲；BO 为借位脉冲输入端，作减法计数时，每计满 10 后输出一个借位脉冲。/CT 为触发器控制端，/CT=0 时计数器工作， /CT=1 时计数器处于禁止状态，不计数。/LE 为锁 存控制端，当 /LE=0 时正常显示，/LE=1 时显示数被锁存。它是十进制同步加法计数器，CPU 是输入加法计数脉冲，CO 是送给高位的输出进位信号，当 CP 到来时要求电路按照 8421 BCD 码进行加法计数。图 9 计数器4.6 七段显示译码器数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成，如图 10 所示。下eBO CT LE CR CPDCPUa b c d gfCO40110eBO CT LE CR CPDCPUa b c d gfCO40110eBO CT LE CR CPDCPUa b c d gfCO40110eBO CT LE CR CPDCPUa b c d gfCO40110abfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp a bfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp a bfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp a bfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpR1*7R1* 7R1*7R1*7VCCAB200 200 200 2009面对显示器介绍。数码管 11是利用不同发光段组合的方式显示不同数码的。因此，为了使数码管能将数码所代表的数显示出来，必须将数码经译码器译出，然后经驱动器点亮对应的段。例如， 对于 8421 码的 0011 状态，对应的十 进制数为 3，则译码驱动器使 a，b，c，d，g 各段点亮。即 对应于某一组数码， 译码器应有确定的几个输出段有信号输出，这是分段式数 码管电路的主要特点。七段显示译码器输出高电平有效，可以用作共阴极显示器。图 10 七段显示译码器4.7 语音芯片 ISD1700 介 绍4.7.1 ISD1700 的结构及工作模式ISD1700 是种单片优质语音录放电路，该芯片提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示, 双运作模式（独立 & 嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、 扬声器驱动线路、振荡器与内存的全方位整合系统功能。其外形如图等 11： 图 11 ISD1700ISD1700 的功能特点有：(1) 可录、放音十万次，存 储内容可以断电保留一百年；10(2) 两种控制方式，两种录音输入方式，两种放音输出方式；(3) 可处理多达 255 段信息；(4) 有丰富多 样的工作状态提示；(5) 多种采样频 率对应多种录放时间；(6) 音质好，电压范围宽，应用灵活，价廉物美。芯片的采样频率可以通过调节震荡电阻来改变，从而决定录放时间和录放音质。表 3 为其参数表：表 5 ISD1700 的参数时间（秒） 20 30 37 45 60采样率（KHz） 12 8 6.4 5.3 4ROSC 阻值（K ） 60 80 100 120 160ISD1700 的独立按键工作模式录放电路非常简单，而且功能强大。不仅有录、放功能，还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能。这些功能仅仅通过按键就可完成。 在按键模式工作时，芯片可以通 过 LED 管脚给出信号来提示芯片的工作状态，并且伴随有提示音，用户也可自定 4 种提示音效。按下 REC 键，REC 管脚电平变低后开始录音,直到松开按键使电平拉高或者芯片录满时结束。录音结束后，录音指针自动移向下一个有效地址。而放音指 针则指向刚刚录完的那段语音地址。放音操作有两种模式，分别是边沿触发和电平触发，都由 PLAY 管脚触发。边沿触发模式时，点按一下 PLAY 键， PLAY 管脚电平变低便开始播放当前段的语音，并在遇到 EOM 标志后自动停止。放音结束后，播放指针停留在刚播放的语音起始地址处，再次点按放音键会重新播放刚才的语音。在放音期间，LED 灯会闪烁直到放音结束时熄灭。如果在放音期间点按放音键会停止放音。电平放音模式时，一直按住 PLAY 键，使 PLAY 管脚电平持续为低，那么会将芯片内所有语音信息播放出来 ,并且循环播放直到松开按键将 PLAY 管脚电平拉高。在放音期间 LED 闪烁。当放音停止，播放指针会停留在当前停止的语音段起始位置。本设计中采用电平放音模式。4.7.2 ISD1700 的管脚功能表 6 ISD1700 管脚功能管脚名称 PDIP/SOIC 管脚 引 脚 说 明VCCD 1 数字电路电源/LED 2 LED 指示信号输出/RESET 3 芯片复位11MISO 4 SPI 接口的串行输出。 ISD1700 在 SCLK 下降沿之前的半个周期将数据放置在 MISO 端。数据在 SCLK 的下降沿 时移出MOSI 5 SPI 接口的数据输入端口。主控制芯片在 SCLK 上升沿之前的半个周期将数据放置在 MOSI 端。数据在 SCLK 上升沿被锁存在芯片内。此管脚在空 闲时，应该被拉高SCLK 6 SPI 接口的 时钟 。由主控制芯片产生，并且被用来同步芯片 MOSI 和 MISO 端各自 的数据输入和输出。此管脚空闲时，必须拉高。/SS 7 为低时，选择该芯片成为当前被控制 设备并且开启 SPI 接口。空 闲时 ，需要拉高。VSSA 8 模拟地Ana In 9 芯片录音或直通时，辅助的模 拟输入。需要一个交流耦合电容（典型值为 0.1uF ），并且 输入信号的幅值不能超出 1.0Vpp 。 APC 寄存器的 D3 可以决定 Ana In 信号被立刻 录制到存 储器中，与 MIC 信号混合被录制到存储器中，或者被缓 存到喇叭端，并由直通 线路从 AUD/AUX 输出。MIC+ 10 麦克风输入 +MIC- 11 麦克风输入-VSSP2 12 负极 PWM 喇叭驱动器地SP- 13 喇叭输出 -VCCP 14 PWM 喇叭驱动器电源SP+ 15 喇叭输出 +VSSP1 16 正极 PWM 喇叭驱动器地AUD/AUX17 辅助输出，决定于 APC 寄存器的 D7 ，用来 输出一个 AUD 或 AUX 输出。 AUD 是一个单端电流输出，而 Aux Out 是一个单端电压输出。他 们能够被用来驱动一个外部扬声器。出厂默 认设置为 AUD 。 APC 寄存器的 D9 可以使其掉电。AGC 18 自动增益控制/VOL 19 音量控制12ROSC 20 振荡电阻， ROSC 用一个电 阻连接到地，决定芯片的采样频率VCCA 21 模拟电路电源/FT 22 在独立芯片模式下，当 FT 一直为低，Ana In 直通线路被激活。 Ana In 信号被立刻从 Ana In 经由音量控制线路发射到喇叭以及 AUD/AUX 输出。不过，当在 SPI 模式下， SPI 无视这个输入，而且直通线路被 APC 寄存器的 D0 所控制。 该管脚有一个内部上拉设备和一个内部防抖动电路 ，允 许使用按键开关来控制开始和结束。/PLAY 23 播放控制端/REC 24 录音控制端/ERASE 25 擦除控制端/FWD 26 快进控制端RDY / INT 27 一个开路输出。Ready( 独立模式 ) 该管脚在录音，放音，擦除和指向操作时保持为低，保持为 高时进入掉电状态。Interrupt( SPI 模式 ) 在完成 SPI 命令后，会 产生一个低信号的中断。一旦中断消除，该管脚变回为高。VSSD 28 数字地5 部分电路工作原理介绍5.1 音乐及控制脉冲产生电路分析如图 11 为音乐及控制脉冲产生电路。电路中心控制芯片为 ISD1700 语音芯片，在本电路中芯片采用独立按键工作模式，且通 过 LED 管脚给出信号来提示芯片的工作状态。D1 即为 指示灯。按下 REC 键，芯片 为录音状态，同时开启音乐播放和超声波脉冲产生器， 这时芯片同时把音乐和脉冲录进芯片中，这时它们就存储在芯片中。播放时，采用电平放音模式，按下 PLAY 开关，使其管脚一直处于低电平状态，这样芯片就一直重复播放音乐及超声脉冲。音乐通过管脚 AUD经放大后播放，以用来伴奏，而混声通过 AUD 管脚再经过一高通滤波器后，只剩下超声脉冲，该脉冲即为电 路的可变控制脉冲，接至主控电路。我 们通过可变电阻 RS 来改变芯片的采 样频率，从而决定录放时间和录放音质。这样就能改变脉冲的频率，从而改变摆绳 的频率。同 时音乐播放速率也同时改变， 这就保证了音乐播放速率与摆绳频率同步的目的。我们之所以把音乐和脉冲一起录进芯片，13就是为了保证二者的同时改变，以求达到同步的目的。RECPLAYERASEFWDVOLRESETFTSSSCLKMOSIMISOMIC+MIC-AnalnRoscAGCLEDVccdVssdVccaVssaVccpVssp1Vssp2SP+SP-AUDINTVCCR1 R2R4C1MK1 C2C10C11R3 D1LEDVCCC3C5+C6+C4C8+C7 +C9C12R9C13VCCRS C14C15R6R5R7R8LF412VCCA4.7k 4.7k4.7k1k1.6k390 0.1uf0.1uf 0.1uf0.1uf0.1uf0.1uf0.1uf0.1uf0.1uf0.1uf0.1uf4.7k 0.01uf4.7uf0.01uf1.6k 24.5k3.7k图 12 音乐及脉冲产生电路5.2 信号的发射与接收信号的发射与接收电路如图 12 所示，从图 5 输入端 A1A8 分别接在移位器的 8 个输出端口，正常工作 时， 这 8 个信号输入端依次仅有一个有效信号输入，假使信号的输入端 A1 有高电平输入时，三极管 T1、T9 导通，电流从三极管 T9的基极流出，经过发光二极管 12L1 流向三极管 T1 的集电极，同时发光二极管L1 发光，小喇叭发音提示灯光在 摆动，如果此时属于正常跳绳，即没有发生脚阻挡灯光的犯规现象，信号接入端的二极管受到光照后，阻值变小，此 时经过它的电平仍为高电平，此高电平使 该线路上的另一个二极管导通，输出高电平加在比较器 LM393 的同相输入端，三极管 T9 的集电极经过电阻 R29 降将压后接入比较器的反相输入端，此时反相 输入端的输入电压低于同相输入端的电压，比较器14输出端 1 输出高电平，此时该三极管 T12 不导通，即 M 点处的电平为低电平， 经过触发器 4043 作用后输出低电平，此时犯规计数器不计数。R120KR9520L1GNDT9R220KR10520L2GNDVCCR1720KGNDR320KR11520L3GNDR420KR12520L4GNDR520KR13520L5GNDR620KR14520L6GNDR720KR15520L7GNDR820KR16520L8GNDVT10T11C2104uR191KR181KGND5VR2810KGNDR2110KR2210KR2310KR2410KR2510KR2610KR2710KD8D7D6D5D4D3D2D1LA3LA4LA5LA6LA7LA2LA8R2910KR3010KGNDLA1 R2010KA1A2A3A4A5A6A7A8T1T2T3T4T5T6T7T8M231ALM393R3110K图 13 信号的发射与接收假使跳绳的人脚阻挡灯光时，即处于犯规的情况下，信号接受端的二极管不能接受到信号发射端二极管发射的光，此时则二极管 LA1 的电阻较大，那么由三极管 T9 集电端提供的高电平经过二极管 LA1 变为 低电平， 这时的低电平不能使本线路中的二极管导通，此低电平接入比较器 LM393 的同相输入端，三极管T9 的集 电极经过电阻 R29 将压后接入比较器的反相 输入端，此时比较器的反相输入端的电压高于同相输入端的电压，则比较器的输出端的输出电压为低电压，此时三极管 T12 导通，集 电极输出高电平，接入触发器的输入端 S2 端， 则触发器输出端 Q23 为高电平， 这时犯规计数器开始工作，计数加 1，记下犯规的次数。同理，依次类推，A2 、A3、A4、A5、A6、A7、A8 的工作原理与 A1 处的工作原理是相同的。当 A1A8 所接受的电平为低电平时，三极管 T1T11 均不导通，比较器 LM393 的两个输入端输入的均是低电平，此时比较器没有输出。跳绳计数器和犯规计数器均不计数。在此说明的是发光二极管 D1D8 也是依次发光的，只要有一个输入端口M15T9VCCR1720KGNDVT10T11C2104uR191KR181KGND5VAi (i=1、2、3、4、5、6、7、8) 接的是高电平，那么它所接的三极管 T9 就导通，如果是正常跳绳，则小喇叭发音提示灯光在扫描，犯 规计数器不工作；如果出现犯规现象，小喇叭发音同时犯规计数器记犯规次数。信号发射端的端口与接收端的端口是一一对应的。当 A8 所接的电平为高电平时，并且是正常跳 绳，则跳绳计数器开始工作计数加 1。5.3 摆绳落地提示电路当灯光扫描摆动时，图 13 是灯光模拟摆绳发出提示的电路，当三极管 T9 导通时，T9 发射极是高 电平，此时高电平通过电阻 R18 作用于三极管 T11 的基极，使三极管 T10，T11 导通，由于小喇叭（由 电感线圈 组成的震荡器）的上端与 T11的发射端相连，因此这时小喇叭的上端为正极，下端与地相连，因此小喇叭的下端为负极；同时三极管 T10 的发射极对电容 C2 充电 ，在充电的过程中，三极管T11 的基极的电流不断的增大，当 电容充电结束时 ，三极管 T10 的电流达到饱和状态，三极管截止；然后电 容 C2 开始放电，放电的 过程中，使得通 过三极管 T10的电流减小，即通过振荡器小喇叭的电流减小，此 时 使得小喇叭的极性发生改变，上端为负极，下端为正极，此时震荡器震荡发音提示灯在扫描。当 电容 C2 放电结束后，通过三极管 T10 重新对电容充电。开始了新的循环工作; 当灯光不摆动时，三极管 T9 不导通，此时电阻 R18 的两端没有电压，此时三极管 T10、T11 不导通，小喇叭不发音，表明灯光没有摆动。图 14 振荡电路图6 整体电路介绍（主控电路原理图见图 15）当脉冲信号到来时，作用于移位器 4015 时，移位器复位，当按下按钮 SB，这时触发器的 S0 输入端 为高电平，根据触发器的逻辑功能，此时触发器输出端输 出的是高电平，即 输出正脉冲，此脉冲接入移位寄存器 4015 的输入端 D1，即数据 输入端，此时移位器的输出端 Q10(A1)为高电平，其它端均为低电平，Q10 输 出的高电平又接入触发 器的 R0 输入端，此时由于触16发器的 S0 接入的也是低 电 平， 则触发器输出端 Q0 为低电平，当下一次 扫描脉冲来临时，移位器 4015 的输出端 Q10 变为低电平，将高电平移向输出端 Q11(A2)，此时其它输出端均为低电平，当第三个扫描脉冲来临时，移位器 4015 输出端Q11 变为低电平，输出端 Q12(A3)变为高电平，同样 ，其它的输出端均为低电平。同理，依次类推，Q13(A4) ，Q20(A5)，Q21(A6)，Q22(A7)，Q23(A8)依次变为高电平。在灯光扫描摆动过 程中，振 荡电路一直振荡发 音提示灯光在模拟摆绳。当输出端 Q23 是高电平时，则跳绳机计数器开始工作，并加 1，此处的计数器计的是绳子摆动的次数，如果跳绳犯规， 则犯规计 数器开始工作并加 1，记下犯规的次数。则成功跳绳次数等于模拟跳绳机摆绳摆动的次数减去犯规的次数。当输出端 Q23 是高电平时，同时输出端 Q23 将高电平接入触发器 4043 的R1 输入端，由于此时触发 器的另一个输入端 S1 接入的是低电平，由触发器的工作原理可的得，此时触发器的 输出端 Q1 为低电平。触 发器的输出端 Q1 的低电平接入计数器 4518 的复位端 CR1 和 CR2，使扫描 时间间隔计数器 4518 处于不复位状态， 计数器开始计数。当脉冲来临时，计数器 4518 的低位部分开始从 0000 状态计数，当计数器4518 低位部分的状态由 0000 计数到 1000 时，由于低位部分的最高位 Q13 与高位部分脉冲输入端 CP2 相 连，此 时低位向高位部分进 1，此时低位部分为 1000，高位部分由 0000 变为 0001，当下一个脉冲来临时，低位部分加 1 变 1001，再来一个脉冲后，由于计数器 4518 是十进制计数器，因此它由 1001 变为 0000，又开始进行循环计数，当计数器 4518 低位部分的状态由 1000 计数到下一个 1000 时，一共经历了十个脉冲，此时 低位再次向高位部分进 1，高位部分由 0001 变为0010。同理，当 计数器 4518 低位部分第三次次向高位部分进 1，高位部分由 为0011。依次到 0111 时，此时共计数 68 个脉冲， 这时计 数器的高位部分的输出端Q20，Q21，Q22 都为高电 平， 这三个高电平分别作用二极管 D3，D4，D5 的负极，此时这的三个二极管均不导通，则二极管 D3，D4，D5 的正极为高电平，那么这时加在二极管 D2 正极的电平为高电平，二极管 D2 导通，此时接入触发器 4043的输入端 S0、S1 均为高电平，根据触 发器的工作原理可得，触发器的输出端Q0、Q1 均为 高电平，触 发 器 Q1 端的高电平使计数器 4518 停止计数工作，触发器 Q0 端的高电平使移位器 4015 开始进行循环输出， 则灯光开始进行循环性的扫描摆动工作。7 结论毕业论文是我们本科生在学习阶段的一次非常难得的理论与实际相结合的17RECPLAYERASEFWDVOLRESETFTSSSCLKMOSIMISOMIC+MIC-AnalnRoscAGCLEDVccdVssdVccaVssaVccpVssp1Vssp2SP+SP-AUDINTVCCR1 R2R4C1MK1 C2C10C11R3 D1LEDVCCC3C5+C6+C4C8+C7 +C9C12R9C13VCCRS C14C15R6R5R7R8LF412VCCAD1CP1CR1D2CP2CR2Q10Q11Q12Q13Q20Q21Q22Q23 CC4015CP1EN1CR1CP2EN2CR2Q10Q11Q12Q13Q20Q21Q22Q23 CC4518D3S0 R0R1S1R2S2Q0Q1Q2Q3NC CC4043R3S3ENR1010kR1110kR1310KR1410KR1210kR910kD5VCCVCCD2VCCR1210kD44.7k 4.7k4.7k1k1.6k390 0.1uf0.1uf 0.1uf0.1uf0.1uf0.1uf0.1uf0.1uf 0.1uf0.1uf0.1uf4.7k 0.01uf4.7uf0.01uf1.6k 24.5k3.7k图 15 主控电路图机会，通过这次比较完整的模拟跳绳机的设计，我 摆脱了单纯的理论知识学习状态。和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学专业基础知识的能力，同时也增强我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及专业软件制图等非专业能力，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志力、抗 压能力及耐力水平也都得到了不同程18度的提升。这是我们都希望看到的，也正是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐，但我的收 获却更加丰富。通过查找资料，设计电路以及制作电路，能 够让人详细对跳绳机的工作原理、操作过程以及使用方法有一个深刻的理解。各种芯片的适用条件，各种元件设备的选用标准，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。在设计成形后，为了进一步的完善灯光模拟跳绳机对人是否进入跳绳区域，可以在离地高度约一米处安装一个主要由四个发光二极管和四个接收二极管组成的灯光发射与接收电路来检测人是否进入跳绳区域。设计方法和灯光的发射与接收一样，只是少了四个 发射与接收的二极管，然后输出端作为触发器 4043的一个输入端，另一个输入端是移位器 4015 输出端 Q3（10 端），触发器的输出端接入跳绳次数计数器，当人 进入跳绳区域时，身体将阻挡上部的灯光接收电路，灯光的发射与接收电路部分输出高电平使触发器输出高电平，则计数器开始计摆绳次数。相反，当人没有进入跳绳区域时，触发器 4043 输出低电平，则摆绳计数器不计数。在电路的设计过 程中，每一部的 设计都必 须是正确无误的，都需要一丝不苟，精益求精的刻苦 钻研精神。在设计过程中，和老师的沟通交流更使我从经济实用的角度对设计有了新的认识，也 对自己提出了新的要求。要想更完美的 进 行，与其他 专业人才及老师的交流沟通也是很有必要的。这期间我请教了关于单片机、PLC 、家电等多方面的各位老师，更加理清了模 拟跳绳机各部分电路的原理知识。提高是有限的，但提高也是全面的，正是这