象棋快棋赛电子裁判计时器的设计说明

1、 .电子技术应用实习电子技术应用实习题目：题目： 电子技术应用实习电子技术应用实习象棋快棋赛电子裁判计时器的设计象棋快棋赛电子裁判计时器的设计学生：学生： 贾坤贾坤 学学 号：号： 8 8班班 级级: : 电信电信 11011101 班班 专专 业：业： 电子信息工程电子信息工程指导教师：指导教师： 吴一帆、文卉吴一帆、文卉 20142014 年年 1 1 月月 .2 / 16目 录1 设计目的与要求 11.1 设计目的 11.2 设计要求 11.3 设计软件介绍 12 工作原理与系统方框图 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

2、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 14 .0 / 161设计的目的与要求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

3、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

4、 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。 .1 / 162工作原理与系统方框图2.1 工作原理电路工作原理为：接

5、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，则过程基本是一样的。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

6、毕后，再开始比赛。2.2 系统方框图脉冲产生电路甲或乙方按键计数器译码电路译码显示放大电路报警电路主持人控制开关置数输出图 1 电子裁判器框图 .2 / 163 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，

7、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 .3 / 16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、

8、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

9、，最后一个计数器的 TCD端接报警电路。 .4 / 16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 .5 / 163.4 译码显示电路参考电路如图 5 所示。主要功能是提供译码与显示。选择器件是七段数码管和 7448 七段

10、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 .6 / 16表表 1 17448译码输入输出对应关系表译码输入输出对应关系表输入输出数码管显示LTNRBINBIND

11、CBAabcdefg111000011111100111000100110001111001001101112110011011110131110100101100141110101110110151110110110111161110111011100071111000111111181111001111110193.5 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

12、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。 .7 / 16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，

13、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 .8 / 16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

14、.9 / 16定的时间误差，而且当计数越多误差越多，当 180 次计数时，误差在可以接受围。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

15、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

16、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 .10 / 16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。