象棋比赛器.doc

唐唐 山山 学学 院院 电子技术电子技术 课课 程程 设设 计计 题题 目目 象棋快棋赛电子裁判计时器的设计与仿真象棋快棋赛电子裁判计时器的设计与仿真 系系 部部 机电工程系机电工程系 班班 级级 姓姓 名名 学学 号号 指导教师指导教师 20132013 年年 1 1 月月 7 7 日至日至 1 1 月月 1111 日日 共共 1 1 周周 20132013 年年 1 1 月月 1111 日日 课程设计成绩评定表课程设计成绩评定表 出勤天数 出勤 情况 缺勤天数 出勤情况及设计过程表现 20 分 课设答辩 30 分 说明书 20 分 设计成果 30 分 成 绩 评 定 总成绩 100 分 提问 答辩 问题 情况 6 所设计电路分为哪几个部分 8 如何实现报警过程 10 在秒脉冲的模块中采用的是什么核心器件 简述引脚作用 综 合 评 定 指导教师签名 年 月 日 目 录 1 引言 1 1 1 设计目的 1 1 2 设计背景 1 2 设计原理 2 3 总体设计 3 3 1 设计方案 3 3 2 电路总体框图 3 3 3 各电路部分设计 4 3 3 1 秒脉冲模块原理图 4 3 3 2 控制模块原理图 5 3 3 3 蜂鸣模块原理 5 3 3 4 计数器原理图 6 3 3 5 译码器原理图 7 3 3 6 整个制作的原理图 8 3 4 设计结果及分析调试 9 3 4 1 秒脉冲调试 9 3 4 2 电路控制的调试 9 3 4 3 预制数据的调试 9 3 4 4 整个设计电路的调试 9 4 设计总结 10 参考文献 11 附录 1 器件明细表 12 附录 2 仿真电路图 13 1 引言 1 1 设计目的 电子产品在人们生活中越来越普及 我们的日常生活离不不开电子产品 如 电脑 手机 电视等等 在现代社会的发展背景下 社会的竞争也越来越激 烈 为了让学生更好的适应社会的发展 学校应该加大对学生的动手能力 不 断提高 当代大学生的综合素质 为了联系实际 让大学生充分发挥自己的想象 力 做出 一个有娱乐性的作品 让大学生活更加丰富多彩 学校特别为我们 增加了课程设 计这一门实践课 我们这次设计的是象棋快棋赛电子裁判计时 器 该电子裁判计 时器是由控制电路 计时电路 与译码显示电路及报警电路 组成 控制电路实现 裁判开启计时器 甲乙双方按规则交替启动对方计时器 的功能 以上两部分构成 主体电路 计时电路实现计时功能 译码显示电路 将参赛者甲乙的时间信息在显 示器上显示 报警电路实现超时报警 通过 555 秒脉冲发生电路为计时器提供精 准的时钟信号 用现代科技取代传统象棋 方法 在现代比赛中发挥了重要作用 使比赛更加公平和有效率 1 2 设计背景 在象棋 跳棋等棋类游戏受到越来越多的人欢迎的同时 棋类竞赛也受到 越来越多人的参与 关注 在象棋快棋比赛中 由于参赛双方必须在一定时间 内决出胜负 因此 必须双方的时间按照规则进行限制与记录 这样 必须有 可以按照比赛规则准确记录时间的并实现其它功能的设备 象棋快棋电子裁判 器能满足所有的需求 Multisim10 是一款知名的 EDA 仿真软件 由加拿大 IIT 公司于 2007 年推出 课程设计说明书 1 最新版本 在 Windows 环境下 Multisim10 软件有一个完整的集成化设计环境 它将原理图的创建 电路的测试分析 结的图表显示等全部集成到同一个电路 窗口中 在搭建实际电路之前 采用 Multisim10 仿真软件进行虚拟测试 Multisim10 软件进行设计仿真分析的基本步骤为 设计创建仿真电路原理图 电路图选项的设置 使用仿真仪器 设定仿真分析方法 启动 Multisim10 仿真 2 设计原理 本设计是制作一个象棋电子计时器 控制电路实现裁判开启计时器 甲乙 双方按规则交替启动对方计时器的功能 以上构成主体电路 主要解决的问题 是实现电路的倒计时功能 所以必须有一个脉冲 为确保产生的脉冲稳定 本 设计采用 555 时基电路构成的多谐振荡器产生周期为 1 秒的脉冲 计数部分采 用 74ls190 芯片来实现 190 芯片是 8421 码计时的 符合题目技术要求的需要 译码器采用 74ls248 芯片 74ls248 是把 8421BCD 码经过内部作和电路 翻译 成七段 a b c d e f g 输出 然后直接推动 LED 显示十进制数 为了显示三分钟需要三个数码管 而要分别显示甲乙两人则需要六个数码管 本应该 74 ls190 和 74ls248 各需 12 片 但是本设计用了 74ls27 的芯片加以控 制 所以只需要 6 个芯片就够了 除了以上模块外还有一个蜂鸣器电路 整个 电路就是把以上几个主要的部分用导线连接起来 这样就完成了设计 课程设计说明书 2 3 总体设计 3 1 设计方案 本电路由 555 脉冲模块 控制电路模块 计数器模块 译码器模块 蜂鸣 器模块五个模块组成 3 2 电路总体框图 说明 红黑对奕方的计时器共用一个秒时钟 双方均用 3 位数码管显示 预定的初值均为三分钟 采用倒计时方式 通过按扭启动 由本方控制对方 比如红方走完一步棋后必须按一次黑方的按键 该按键启动黑方倒计时 同 理 黑方走完一步棋后必须按一次红方的按键 该按键启动红方倒计时 秒脉冲 计数器译码器 数码显示器 计数器译码器 数码显示器 控 制 器 红方 黑方 图 3 1 象棋快棋赛电子裁判计时 器框图 课程设计说明书 3 3 3 各电路部分设计 3 3 1 秒脉冲模块原理图 VCC 5V C2 100nF R2 10k R3 10k J2 Key Space J3 Key Space XFG1 图 3 2 秒脉冲模块原理图 秒脉冲发生器原理图 555 脉冲发生器周期计算公式如下 T R1 2R2 Cln2 48k 2 48k 10uF ln2 1s 其中 R1 R2 47k 电位器为 2k 电容为 10uF 课程设计说明书 4 3 3 2 控制模块原理图 图 3 3 控制模块原理图 说明 红和黑分别通过按下开关与否来控制红黑数码器的显示与否 红按 下开关后通过控制器给 74ls190 芯片置数 同时通过 74ls248 来控制黑数码管 显示 黑的功能和红相似 3 3 3 蜂鸣模块原理 U14A 74LS27D VCC 5V VCC 5V R1 10k X1 4V 0 5W 图 3 4 蜂鸣模块原理图 说明 当数码管显示不全为 0 时 第一片 74ls190 的 13 脚输出为高电平蜂 鸣器不响 当数码管显示全为 0 时 第一片 74ls190 的 13 脚输出为低电平 蜂 鸣器响 同时 3 片的 14 脚位高电平清零 课程设计说明书 5 3 3 4 计数器原理图 图 3 5 计数器原理图 说明 红和黑中任何一方按下开关后 图中为低电平 11 脚低电平有效进 行置数 74ls190 置数完成后通过秒脉冲给予的信号来进行减数同时把每一时 刻的数通过 Q0 Q1 Q2 Q4 送给 74ls248 译码器已成数码管可显示的高低电 平 课程设计说明书 6 3 3 5 译码器原理图 U7 DCD HEX U8 DCD HEX U9 DCD HEX U10 DCD HEX U11 DCD HEX U12 DCD HEX U13A 74LS27D U15A 74LS27D VCC 5V U1 74LS190D A 15 B 1 C 10 D 9 U D 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 CTEN 4 LOAD 11 RCO 13 MAX MIN 12 CLK 14 U2 74LS190D A 15 B 1 C 10 D 9 U D 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 CTEN 4 LOAD 11 RCO 13 MAX MIN 12 CLK 14 U3 74LS190D A 15 B 1 C 10 D 9 U D 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 CTEN 4 LOAD 11 RCO 13 MAX MIN 12 CLK 14 U4 74LS190D A 15 B 1 C 10 D 9 U D 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 CTEN 4 LOAD 11 RCO 13 MAX MIN 12 CLK 14 U6 74LS190D A 15 B 1 C 10 D 9 U D 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 CTEN 4 LOAD 11 RCO 13 MAX MIN 12 CLK 14 U5 74LS190D A 15 B 1 C 10 D 9 U D 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 CTEN 4 LOAD 11 RCO 13 MAX MIN 12 CLK 14 VCC 5V 图 3 6 译码器原理图 说明 74LS248 将 74LS27 送来的数据编译成七段 a b c d e f g 输出 然后直接推动 LED 显示十进制数 并且由控 制模块的 Q Q 端来控制应该哪一组数码管亮 以显示所要显示的数字 课程设计说明书 7 3 3 6 整个制作的原理图 U7 DCD HEX U8 DCD HEX U9 DCD HEX U10 DCD HEX U11 DCD HEX U12 DCD HEX U13A 74LS27D U15A 74LS27D U14A 74LS27D U16A 74LS74D 1D 2 1Q 5 1Q 6 1CLR 1 1CLK 3 1PR 4 U17A 74LS74D 1D 2 1Q 5 1Q 6 1CLR 1 1CLK 3 1PR 4 VCC 5V VCC 5V VCC 5V VCC 5V C1 100nF C2 100nF R1 10k R2 10k R3 10k J1 Key Space J2 Key Space J3 Key Space U1 74LS190D A 15 B 1 C 10 D 9 U D 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 CTEN 4 LOAD 11 RCO 13 MAX MIN 12 CLK 14 U2 74LS190D A 15 B 1 C 10 D 9 U D 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 CTEN 4 LOAD 11 RCO 13 MAX MIN 12 CLK 14 U3 74LS190D A 15 B 1 C 10 D 9 U D 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 CTEN 4 LOAD 11 RCO 13 MAX MIN 12 CLK 14 U4 74LS190D A 15 B 1 C 10 D 9 U D 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 CTEN 4 LOAD 11 RCO 13 MAX MIN 12 CLK 14 U6 74LS190D A 15 B 1 C 10 D 9 U D 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 CTEN 4 LOAD 11 RCO 13 MAX MIN 12 CLK 14 U5 74LS190D A 15 B 1 C 10 D 9 U D 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 CTEN 4 LOAD 11 RCO 13 MAX MIN 12 CLK 14 XFG1 X1 4V 0 5W VCC 5V 图 3 7 整个制作的原理图 说明 接通电源后 第一片的 74LS190 的 13 脚输出高 低电平 当为低电 平时 通过与非门输出高电平至 14 脚清零 同时 8550 的基极为低电平 三极 管导通 报警器响 当按下红方黑方中的任何一个开关时 11 脚位低电平进行置 数并且通过 74LS27 来控制哪一组数码惯亮 松手后秒脉冲接第三片 74LS190 的 4 脚 来控制减数 同时使得第一片 13 脚输出高电平使得 14 脚为低电平 74LS190 输出的数据送给 74LS248 译码器译成七段 a b c d e f g 输 出 然后直接推动 LED 显示十进制数 随着秒脉冲的不断到来数码管不断的 减一 直至数码管显示为零 当数码管显示为零时 报警器响 本设计还可以 改变时间的初值以满足不同的比赛需要 课程设计说明书 8 3 4 设计结果及分析调试 3 4 1 秒脉冲调试 整个硬件通电后 数字显示正常 按下开关后发现脉冲跳的几乎是一秒 符合实验要求 3 4 2 电路控制的调试 在实际电路演示过程中 电路控制部分不能十分理想的控制电路的工作 有时候会出现差错 通过重新整理电路 并尝试几种改变方案 但还是原来电 路的效果最好 3 4 3 预置数据的调试 接通电源 分别拨动三个拨码开关 进行预置数 发现数码管的整个演示 结果都非常正确 3 4 4 整个设计电路的调试 首先接通电源 在经过秒脉冲调试 电路控制调试 预置数据的一系列调 试后 发现电路基本上能够正常工作 没有存在太大的问题 并能达到了本次 课程设计的基本要求 课程设计说明书 9 4 设计总结设计总结 通过本次课程设计 我们掌握了不少芯片的用法 又一次巩固了知识 是 一次理论到实践的跨越 最初的时候我们茫然到不知如何下手 遇到各种各样 的困难 到网上查了不少资料 但还是似懂非懂的 后来老师给我们讲解了电 路图的大概原理 帮助我们理解电路中各个原件的功能和作用 充分理解了与 门 非门 与非门的作用 并且增强了我们的动手能力 充分调动了我们的积 极性 使我们对这门课更感兴趣 让我们把课本上的知识运用到实际生活中去 经过这次设计 我感到学到了很多 进一步加深了对数字电路的了解 让 我对它有了更加浓厚的兴趣 我们了解了很多元件的功能 并且对于其在电路 中的使用有了更多的认识 比如一些芯片的功能 通过动手实践让我们对各个 元件的印象深刻 同时通过这次课程设计使我懂得了理论与实际结合是很重要 的 只有理论知识是远远不够的 只有把所学的理论知识与实践结合起来 从 理论中得出结论 才能真正为社会服务 从而提高自己的实际动手能力和独立 思考能力 此次课程设计学到了许多可能学不到的东西 比如多利思考解决问 题的能力和与人合作共同提高 我们都受益匪浅 不仅了解自己的不足 而且 深刻的体会到合作的重要性 两个人共同探讨 可以使问题变得比预料的简单 化 避免走歧路 在整个过程中我们的指导老师起着举足轻重的作用 老师的 严谨的工作态度是我们成功的前提 10 参考文献 1 付家才 电子工程实践技术 北京 北京工业出版社 2003 2 毕满清 电子技术实验与课程设计 北京 机械工业出版社 2001 3 阎石主编 数字电子技术基础 第五版 北京 高等教育出版社 2009 4 丁润涛主编 电子工程手册 北京 机械工业出版社 1995 11 附录 1 所用器件表 器件名称器件型号数量 与非门 74LS27D3 D 触发器 74LS74D2 计数器 74LS190D6 译码器 74LS2486 时钟信号发生器 XFG11 LED 数码管 DCD HEX6 整流桥 3N2491 灯泡 4v 0 5w1 开关手动开关 3 12 附录 2 仿真电路图 U7 DCD HEX U8 DCD HEX U9 DCD HEX U10 DCD HEX U11 DCD HEX U12 DCD HEX U13A 74LS27D U15A 74LS27D U14A 74LS27D U16A 74LS74D 1D 2 1Q 5 1Q 6 1CLR 1 1CLK 3 1PR 4 U17A 74LS74D 1D 2 1Q 5 1Q 6 1CLR 1 1