象棋裁判计时器课程设计报告.docx

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象棋裁判计时器课程设计报告

江苏师范大学物理与电子工程学院

本科生课程设计报告

课程名称：

电子线路课程实训

题目：

象棋快棋赛电子裁判计时器的设计

专业班级：

学生姓名：

学生学号：

日期：

指导教师：

一、课程设计目的、任务和内容要求：

本课程设计的任务就是设计一个裁判计时器的控制系统。

鼓励学生在熟悉基本原理的前提下，与实际应用相联系，提出自己的方案，完善设计。

具体设计任务如下：

1．熟悉计时器的工作原理；

2．写出象棋快棋赛电子裁判控制器的设计方案；

3．用硬件加以实现；

4．写课程设计报告。

设计要求：

当甲方走完一步棋后必须按一次甲方的按键，该按键启动倒计时。

同时，乙方走完一步棋后必须按一次甲方的按键，该按键启动甲方倒计时。

当累计时间超过三分钟是判负。

二、进度安排：

第1~3天：

查找资料，熟悉象棋快棋赛电子裁判计时器的设计原理，给出设计总体方案；

第4~6天：

各模块的详细设计；

第7~12天：

硬件连线，调试；

第13~14天：

写课程设计报告。

三、主要参考文献：

[1]黄继昌、张海贵、徐巧鱼编著.数字集成电路应用[M].北京:

中国电力出版社，2008.4

[2]刘福太、梁发麦、魏书田等编著.蓝板电子电路[M].北京:

科技出版社，2007

[3]陈振官等编著.数字电路及制作实例[M].北京:

国防工业出版社，2006.5

[4]刘福太、梁发麦、魏书田等编著.绿板电子电路[M].北京：

科技出版社，2007.7

[5]清华大学电子学教研组编，阎石主编.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：

高等教育出版社，2005

[6]清华大学电子学教研组编，童诗白、华成英主编.模拟电子技术基础（第四版）[M].北京：

高等教育出版社，2006.5

摘要.....................................................1

1.绪论...................................................3

2.设计方案简述..........................................4

2.1设计要求...................................................4

2.2方案分析...................................................4

2.3方案模块...................................................4

3.详细设计.............................................5

3.1象棋快棋赛电子裁判计时器框图...............................5

3.2秒脉冲模块原理图...........................................5

3.3控制模块原理图.............................................6

3.4蜂鸣器模块原理图...........................................7

3.5计数器模块原理图...........................................8

3.6译码器模块原理图...........................................9

3.7整个制作的原理图...........................................11

4.设计结果及分析、调试........................................12

4.1秒脉冲调试.................................................12

4.2电路控制的调试.............................................12

4.3预置数据的调试.............................................12

4.4整个设计电路的调试.........................................13

5.总结..................................................14

5.1自我评价...................................................14

5.2应用前景...................................................14

5.3收获体会...................................................14

5.4附件.......................................................15

参考文献........................................................16

摘要

随着电子技术的发展，是的棋类计时器的发展日新月异。

由于计时领域越来越广，所以对计时器的要求也越来越高。

本设计是制作一个象棋赛电子计时器，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74ls192芯片来实现，192芯片是8421码计时的，符合本题目技术要求的需要。

译码部分采用74ls48芯片，74ls48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3个数码管，而要分别显示甲乙两个人则需要6个数码管，本应该74ls192和74ls48各需12片，但是本设计用了一个74ls74的芯片加以控制，所以只需要6个芯片就够了。

除了以上的模块外还有一个蜂鸣器电路。

整个线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。

关键词：

控制；倒计时；译码显示

Abstract

Withthedevelopmentofelectronictechnology,thedevelopmentofthechesstimeronthecrescentbenefits.Duetothetimingofthefieldmorewidely,sothetimerareincreasinglyhighrequirements.

Thisdesignismakingachessgameelectronictimer,thecontrolcircuitcanplaystheroleofstartingthetimerandenablebothpartiestostarteachothers'timer.themainproblemistorealizethecountdownfunction，somusthaveapulse.Toensurethestabilityofpulse,thisdesignusestheyankees555moreharmonicoscillatorcircuitconstituteproducedfor1secondpulsecycle.Count74ls192partadoptschiptorealize,192chipis8421yardsofthistopic,andtimingofthetechnicalrequirements.Decoderchip,74ls48partadoptsthe74ls48is8421BCDyardsafterinternalandcircuit"translation"intosevensections（a,b,c,d,e,f,g）output,thendirectlypromoteLEDdisplay,decimalnumber.Inordertoshowfiveminutestothreedigitaldisplay,tubeweretwopartybtosix,correspondingtothe74ls192and74ls48shouldneed12slices,butthisdesignusesa74ls74chipcontrolled,soneedonlysixchipwillbeenough.Besidesabovemodulesandabuzzercircuit.Thelineisthemainpartoftheabovewithwiresconnected,hascompletedthedesignofhardware.

Keywords:

control；countdown；decoding

一、绪论

二、

课题背景

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，必须对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。

象棋快棋赛电子裁判计时器能够满足所有的要求。

目的及意义

本设计就是要设计一个象棋快棋赛电子裁判计时器，有了裁判计时器就可以在不需要裁判的条件下下快棋，即公正又省力，而且减少由于人为因素而导致的误判、误罚。

任务

本课程设计的任务就是设计一个象棋快棋赛电子裁判计时器。

具体设计任务如下：

1．熟悉象棋快棋赛电子裁判计时器的工作原理；

2．写出象棋快棋赛电子裁判计时器的设计方案；

3．用硬件加以实现；

4．写课程设计报告。

电路功能

当甲方按下甲方按键时启动乙方的倒计时，当乙方按下乙方的按键时启动甲方的倒计时，任何一方超过设定时间时蜂鸣器响，即该方输。

同时可以对时间要求进行设置，时间设置范围为0—999s。

二、设计方案简述

2.1设计要求

设计一个甲乙双方的象棋快棋赛电子裁判计时器，具体的设计实验要求如下：

1、当甲方走完一步棋后必须按一次甲方的按键，该按键启动乙方倒计时。

2、同理，当乙方走完一步棋后必须按一次乙方的按键，该按键启动甲方倒计时。

3、当任何一方累计时间超过三分钟是判负。

2.2方案分析

（1）秒脉冲方案选择

选用555芯片，两个47K的电阻，一个2K电位器，一个10uF的电容，一个0.01uF的电容，此电路可以产生时间为一秒的秒脉冲，占空比为2/3,此电路的占空非常精确且秒脉冲也较方案一准确。

（2）计数器方案选择

用可逆减法计数器设计一个倒计时电路，通过秒脉冲使可逆减法计数器实现减法运算，然后通过译码器显示倒计时的时间。

此方案在电路开始工作前或在电路工作中都可以改变所需要的倒计时时间，这样就可以进行时间的改变。

2.3方案模块

555秒脉冲模块、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的设计以及每个模块具体的分析和实验原理。

再制作整个模块的原理图、硬件的调试改进。

三、设计总原理分析

3.1象棋快棋赛电子裁判计时器框图

图3—1象棋快棋赛电子裁判计时器总框图

说明：

甲通过控制器按下按钮后控制乙数码管的显示，同时熄灭甲数码管；而乙通过控制器按下按钮后控制甲数码管的显示，同时熄灭乙数码管。

数码管的减数则有秒脉冲来控制，整个原理大致如此，具体如下：

3.2秒脉冲模块原理图

秒脉冲输出

图3—2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。

3.3控制模块原理图

乙

甲

控制乙数码管显示

控制甲数码管显示

接3片74ls192的11脚，电平有效，置数。

图3—3控制原理图

说明：

甲和乙分别通过按下开关与否来控制甲乙数码管的显示与否，甲按下开关后通过3给74ls192芯片置数，同时通过74ls74来控制乙数码管显示。

乙的功能和甲相似。

74ls74的特性表及逻辑图如下：

表3—1D型锁存器的特性表

CLK

图3—474ls74逻辑图

3.4蜂鸣器模块原理图

接3片74ls192的14脚，用来清零

接第一片74ls192的13脚，用来控制蜂鸣器的响与停，以及用来对3片74ls192清零

图3—5蜂鸣器原理图

说明：

当数码管显示不全为0时，第一片74ls192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74ls192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。

3.5计数器模块原理图

秒脉冲

图3—6计数器原理图

说明：

甲和乙中任何一方按下开关后，图中的3为低电平，11脚低电平有效进行置数，74ls192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74ls48译码器已成数码管可显示的高低电平。

下面为74ls192的逻辑图和功能表及引出端符号表。

表3—274ls192功能表

图3—774ls192逻辑图

表3—3引出端符号表

TCd

错位输出端（低电平有效）

TCu

进位输出端（低电平有效）

CPd

减计数时钟输入端（上升沿有效）

CPu

加计数时钟输入端（上升沿有效）

异步清除端

P0-P3

并行数据输入端

异步并行置入控制端（低电平有效）

Q0-Q3

输出端

3.6译码器原理图

接Q*

接Q

图3—8译码器原理图

说明：

74ls48将74ls74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。

74ls48的功能表及引出端符号表如下：

表3—474ls48的功能表

DECIMAL

FUNCTION

RBI

BI/RBO

RBI

表3—5引出端符号表

A0—A1

译码地址输入端

BI/RBO

消隐输入（低电平有效）/脉冲消隐输出（低电平有效）

灯测试输入端（低电平有效）

RBI

脉冲消隐输入端（低电平有效）

Ya—Yg

段输出

3.7整个制作的原理图

图3—9整个制作的原理图

说明：

接通电源后，第一片的74ls192的13脚输出高/低电平。

当为低电平时，通过或非门输出高电平至14脚清零，同时8550的基极为低电平，三极管导通，蜂鸣器响。

当按下甲乙中的任何一个开关时11脚位低电平进行置数并且通过74ls74来控制哪一组数码管亮。

松手后秒脉冲接第三片74ls192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。

74ls192输出的数据送给74ls48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0。

当数码管显示为0时，蜂鸣器响。

本设计还可以改变时间的初值以满足不同的比赛需要。

四、设计结果及分析调试

4.1秒脉冲调试

整个硬件通电后，数码管显示的数字出现错误，数字总是显示不全，于是我用万用表将电路又重新检查一遍，发现有虚焊的现象，可是重新焊过后，但是还是原来的问题。

后来我请教了同学，他们帮我将电路检查了一遍，发现原来我将数码管的g和f的接线端弄反了，重新焊过后，又进行了调试，发现数字显示正常。

按下开关后发现脉冲跳的几乎是一秒，符合实验的要求。

4.2电路控制的调试

在实际电路演示过程中我发现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。

比如复位开关有时管用，有时就失去作用；甲的控制开关不能控制数码管。

于是重新整理了电路，也尝试了好几种的改进措施，比如将甲开关与74ls192的14脚之间的连线断开，接入两个与非门。

但其演示效果还不如原来好。

所以最后仍采用了原来的电路，但是将原来的甲开关变为了整体的控制复位开关，乙开关调整为甲、乙控制开关，原来的复位开关也直接忽略。

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，现将各个置数值及各个拨码开关的状态列成表格，具体表格内容如下所示：

表4—1拨码开关的状态表

数码管显示

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。

五、总结

5.1自我评价

对于这次的课程设计，我们小组分别设计了555秒脉冲模块、控制电路模块、计数器模块、译码器模块、蜂鸣器模块，在设计好各个模块的基础上再将这五个模块整合在一起，实现了本课题的基本要求并且发挥部分的功能。

对于本次的设计，既有优点也存在不足。

整个设计功能良好，但还有一些小问题存在，比如说偶尔出现控制错误，特别是按键有时无效或者按下一次执行多次操作，这些还是有待改进的。

还有整个电路的布局还不是十分美观，即要求功能好的同时也要有一定的可观赏性，这也是需要以后进行改进的。

5.2应用前景

在许多领域中，计时器都有着普遍应用，比如在体育比赛中的计时器、安全措施中的定时报警器、游戏中的倒计时仪器、维持秩序的交通信号灯、红绿灯、交通信号控制机、闹钟等等……可见计时器在现代社会中有着很重要的地位。

此次在设计计时器时，采用了模块化的思想，使得设计简单、快捷。

本设计完成了可预置时间的功能，在现实的应用中可实现在许多特定场合进行临时改变时间的功能，在社会生活中具有广泛的应用价值。

5.3收获体会

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

通过两个星期的课程设计实践，让我真正学到了不少的东西，通过学习使自己对课本上的知识可以应用于实际，使得理论与实际相结合，加深了自己对课本知识更好的理解，亲身感受到了一个电子产品的制作全过程，让我们真正学以致用。

两周的课程设计使我动手操作能力有了跨越式的进步，对我们学生来说，理论与实践同样重要，这是我们以后在工作中说明自己能力的一个重要指标。

在完成自己的作品之后，小组间还互相交流，检查电路，排除错误，从而进一步增强了自己的分析能力。

另外，此次课程设计能顺利圆满的完成，除了依靠本人坚持不懈的努力外，还得感谢那些一直在背后辛勤指导我们的老师和乐于助人的同学。

总体来说,这次课程设计让我受益匪浅。

在摸索该如何设计程序使之实现所需功能的过程中,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力，让我在体会到了设计的艰辛的同时,也体会到成功的喜悦。

除此之外，也让我学会了焊接电路板，培养了专心致志的工作学习习惯，懂得了相互之间的理解与体谅，可谓获益匪浅。

如果非要用一句话来概括我们的体会的话，那只能是：

痛并快乐着。

5.4附件（主要元件清单）

LG5011AH6个

8550三极管1个

DIP—4P拨码开关3个

1K电阻1个

74LS741个

47K电阻2个

74LS1923个

2K电位器1个

74LS483个

10uF50V1个

NE5551个

103电容1个

74LS021个

10K电阻2个

六脚带锁开关1个

74LS011个

六脚不带锁开关2个

74LS001个

蜂鸣器1个

USB接口1个

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