下棋定时钟设计毕业设计.docx
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下棋定时钟设计毕业设计
下棋定时钟设计
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XX
内容摘要：
下棋定时钟设计是在下棋比赛过程中，两人下棋时对双方的每一步行棋时间设定一个倒计时。
本设计采用CD4060分频实现秒脉冲，可逆十进制计数器74LS192实现倒计时，LED数码管显示剩余时间。
此设计应用十分广泛，可用于下棋比赛或者是平常的对羿中限定时间等。
经过小小的改动，此设计还可用于其它倒计时，例如：
篮球比赛中的24秒进攻倒计时，交通灯电路的设计等。
本设计还有很多优点，如结构简单，制作成本低，便于空闲时个人制作。
关键词：
下棋分频倒计时LED显示
Chesssetclockdesign
Abstract:
Thetimingdesignofplayingchessisthatwhentwopeopleplaychessinplayingchesscompetitionprocess,atimecountdownissetuptothebothsidestolimitthetimeofeachfoot.ThedesignusestheCD4060todividefrequencytogainthesecondofpulse,reversibledecimalsystemcounter74LS192torealizethecountdownoftime,andtheLEDnumericalcodetodemonstratetheremainingtime.Theapplicationofthisdesignisverybroad,itmaybeusedtoplaychessprescribingatimelimittowaitamongcompetitionortwopeople’sgameintheusualtime.Byalittlechanging,thisdesignmaybeusedinothertimecountdown,forinstance:
Countdown24secondsinbasketballattackinggame,circuitaldesignoftrafficlightandsoon.Thedesignstillhavingmanymerits,forexample,itsstructureissimpleandthecostislow,anditisfittopersonalmakinginsparetimeverywell.
Keywords:
PlaychessFrequencydivisionTimecountdownLEDdisplay
下棋定时钟设计
前言
为使用方便，下棋定时钟总体上只设计了两个按键，一个拨动开关和两个拨码开关，拨动开关用于开始或暂停，两个按键用于选手，以上每个器件配备一个指示灯，哪位选手按键的指示灯亮就表示对这位选手进行倒计时，开始开关指示亮表示开始，未亮则表示暂停，拨码开关用于设定倒计时时间。
过程说明：
下棋倒计时器通电后，所有指示灯熄灭，用拨码开关进行倒计时时间设定，拨动开关导通后，开始指示灯亮，可进行倒计时，甲乙中某方首先出棋，如甲方出棋后按下其按键，则乙的指示灯亮（甲的指示灯不亮），且同时对乙进行倒计时，乙方必须在倒计时结束前行棋并按下其对应的按键，此时甲的指示灯亮，对甲进行倒计时，如此循环，某一方在设定时间内未行完棋的，即未在倒计时到零前按下选手键的，蜂鸣器将报警。
主要技术指标：
▲应用数字电路设计一个下棋定时数字钟；
▲限定时间为0～60秒；
▲两人使用，停止本方计时，启动对方计时；
▲超时报警；
▲功耗低，体积小，重量轻，交直流两用。
1下棋倒计时整体电路设计
按照系统设计的要求，系统由6个模块组成：
电源、秒脉冲、倒计时、选手操作、倒计时显示、超时报警。
电源部分主要提供较稳定的5V直流电源；选手操作部分是要实现停止本方计时，启动对方计时；秒脉冲部分是要实现1Hz的脉冲信号，为倒计时部分提供信号源，下棋倒计时系统结构图如图2-1所示。
图2-1下棋倒计时系统结构框图
1.1选手案件部分的设计
按键部分要求甲方按下其按键时，乙的指示灯亮，甲的指示灯不亮；乙方按下其按键时，甲的指示灯亮，乙的指示灯不亮。
因此可以采用RS触发器对电路进行转换，具体设计如下：
1.1.1RS触发器的特定
基本 RS 触发器具有置“ 0 ” 和置“1” 的功能，这种功能是由触发信号决定的。
RS触发器的真值表如图1.1.1-1，它由两个或非门组成，为高电平触发，此设计采用的是由四或门CMOS器件CD4001组成RS触发器[1]。
图1.1.1-1触发器真值表
1.1.2案件部分的实现
如图1.1.2-1连接按键部分后，当按键A被按下时，Q端输出高电平B方指示灯亮，
端输出低电平，A方指示灯不亮；当按键B按下时，Q端输出低电平B方指示灯不亮，
端输出高电平，A方指示灯亮。
从而可以实现停止本方计时，启动对方计时的要求。
图中限流电阻R31和R32阻值参数计算如下[2]：
门电路输入信号为高电平，输出为低电平，故有：
（1.1.2-1）
（其中
为LED的电流，
为LED的正向压降，
为门电路的典型输出低电平电压）
由于
=5mA，
=2.2V，
=5V，
=0.5V，所以可得：
＝480Ω（1.1.2-2）
可取常用值470Ω。
下拉电阻R33和R34是为了保证门电路没有悬空状态，阻值选择1kΩ。
图1.1.2-1按键部分的设计
1.2秒脉冲的设计
脉冲源是倒计时器的心脏，它能自动不停地产生脉冲信号，以供计时之用，其的稳定性和准确性对计时器起着至关重要的作用。
由于整个电路需要1Hz的脉冲，采用将32768Hz的晶振用CD4060进行14级分频，分频后可得到2Hz的脉冲，再用4013进行一次分频，就可得到1Hz的脉冲。
1.2.14060的特点
CD4060在数字集成电路中可实现的分频次数较高，而且CD4060还包含振荡电路所需的非门，使用更为方便。
CD4060计数为14级2进制计数器，可以将32768Hz的信号分频为2Hz，图4的电路为常用的石英振荡电路，外接小容量电容和石英晶体与内部电路形成振荡，振荡频率有很高的稳定度和精度，Q5~Q14输出的是分别除以
……
的频率，Cb用于微调频率。
图1.2.1-1CD4060常用电路图
1.2.213的功能
用双D触发器4013构成T＇触发器，实现二分频。
1.2.3秒脉冲的实现
由CD4060和4013组成的秒脉冲部分电路如图5，设计中C4选取15pF的瓷介电容，C5选30pF的微调电容。
秒脉冲部分总电路如图1.2.3-1所示。
图1.2.3-1秒脉冲部分总电路图
在4013的信号输出端和两块74LS192计数脉冲进入端之间加入一个拨动开关S3（见总电路图），作为开始或暂停键使用。
再加入发光二极管做指示灯，为保证其正常工作，采用与按键指示灯相同的接法，电阻采用同样大小的470Ω。
1.3倒计时的设计
要实现倒计时，除了秒脉冲之外，还需要倒计时计数器，此处可采用74LS192实现，因为74LS192是异步置数，同步可逆十进制计数器，且输出为BCD码。
1.3.174LS192的特点
选用74LS192是因为要求一开始显示的值为0～60秒中预选的数，而74LS192是可以预置的，其功能简介如下：
▲CR是异步清零端，且高电平有效；
▲
是并行置数端，低电平有效，且在CR＝0时有效；
▲CPU和CPL是两个时钟脉冲，当CPL＝1时，时钟脉冲由CPU端接入，并且CR＝0，
＝1时，74LS192处于加计数状态；当CPL＝1脉冲从CPD端输入，且CPL＝CPU=1时，计数器处于保持状态。
当CPL＝1脉冲从CPD端输入，且CR＝0，
＝1计数器处于减计数状态。
▲
是非同步进位输出端，
是非同步借位输出端。
74LS192的视图及管脚简介如图1.3.1-1，其真值表如1.3.1-1。
图1.3.1-174LS192引脚图
表1.3.1-174LS192的真值表
输入
输出
CR
CPL
CPD
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
×
×
d
c
b
a
d
c
b
a
0
1
1
1
×
×
×
×
加计数
0
1
1
1
×
×
×
×
减计数
1.3.2秒倒计时的实现
电路设计：
由于一个74LS192只能实现十以内进制的倒计时，要实现0～60进制都可进行的倒计时，必须由两个74LS192组成可以实现0～99进制的倒计时器。
具体设计如图1.3.2-1。
图2.3.2-1由两个74LS192组成99进制倒计时
1.4倒计时过程描述
▲在甲选手按键按下前，乙选手两个74LS192的CR＝0，
＝0，CPL和CPD为任意值时为置数状态，两个74LS192输出数据为预先设定的0～60中的数；甲选手按键按下后对甲方两个74LS192置数，乙方两个74LS192的
＝1，CR＝0，
＝CPL＝1，CP接高电平，计数脉冲由减计数端CPD输入，进行减计数。
▲减计数时，计个位数的74LS192计数到0时借位输出端
输出低电平，输入到计十位数的74LS192，计十位数的74LS192计数减少一位。
▲若乙方按下按键，则又对甲方倒计时；当某方两个74LS192的数据都减少到0时，选手还未按下按键，计十位数的74LS192的
端就会发出低电平驱动蜂鸣器发出鸣叫声。
▲控制置数部分由两个拨码开关控制。
1.4.1显示部分的设计
由于倒计数部分输出的是BCD码，采用74LS48译码，译码之后可直接用共阴极的数码管显示。
1.4.274LS48的特点
74LS48是较常用的译码器，它能将BCD码转换为和七段数码管相对应的信号输出，其译码对应表如表1.4.2-1所示。
表1.4.2-1译码器74LS48的功能表
十进制
或功能
输入
输出
DCBA
abcdefg
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
消隐
动态消隐
试灯输入
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
L
LLLL
LLLH
LLHL
LLHH
LHLL
LHLH
LHHL
LHHH
HLLL
HLLH
HLHL
HLHH
HHLL
HHLH
HHHL
HHHH
LL LL
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
L
H
HHHHHHL
LHHLLLL
HHLHHLH
HHHHLLH
LHHLLHH
HLHHLHH
HLHHHHH
HHHLLLL
HHHHHHH
HHHHLHH
LLLHHLH
LLHHLLH
LHLLLHH
HLLHLHH
LLLHHHH
LLLLLLL
LLLLLLL
LLLLLLL
HHHHHHH
1.4.3数码管的选择
七段LED数码显示管由8个发光二极管组成，通常构成字形“日”。
各段光二极管由74LS48驱动，74LS48控制二极管导通，则相应的一个笔画或一个点就发光，由此就能显示出对应字符。
通常将各段发光二极管的阴极或阳极连在一起作为公共端。
将各段发光二极管阳极连在一起的叫共阳极显示器，用低电平驱动；将阴极连在一起的叫共阴极显示器，用高电平驱动。
此处选用常用的发红光共阴极数码管BS202[5]。
1.4.4显示部分的实现
将74LS48和共阴极数码管用电阻连接就可实现译码显示，电阻阻值选取与按键发光二极管相同的470Ω,选取显示部分电路如图2.4.3-1所示。
图2.4.3-1显示部分电路
1.5报警部分
报警控制电路使用电磁式蜂鸣器发出报警声，用三极管的开关、放大作用对蜂鸣器发出的声音进行控制。
1.5.1蜂鸣器工作原理
电磁式蜂鸣器内部的线圈（音圈）在通电之后产生的磁场与喇叭磁铁所产生的永久磁场相互作用,于是线圈振动从而带动与其黏结在一起的振膜振动而发出声音。
电磁式蜂鸣器的线圈与膜片并不是黏结在一起,而且线圈是固定不能移动[6]。
1.5.2报警电路的实现
当某放选手的限时到00时，计十位的74LS192的
端发出借位信号（低电平），该信号先通过一个非门，再通过一个限流电阻（通常选择1kΩ）与8050三极管的基极相连接。
通过三极管的电压发生变化时，三极管将工作于饱和状态。
从而使压电蜂鸣器发出声音。
电路图如图1.5.2-1所示。
图1.5.2-1报警工作电路
1.6电源部分电路设计
本设计中多使用TTL74系列（电源电压范围+4.75V～+5.25V）和C4000系列（电源电压范围+3V～+12V）的器件，可见这两种系列的电压要求都是可用5V的直流电，因此可采用常用的集成直流稳压电源。
稳压器选用7805，整流部分采用常用的二极管桥式整流，二极管选用1N4001，变压器的参数以及滤波电容的电容值计算如下：
1.6.1变压器的参数计算[7]：
▲保证稳压器在电网电量低时仍处于稳压状态，要求：
（1.6.1-1）
式中，
是稳压器的最小输入输出压差，典型值为3V。
按一般电源指标的要求，当输入交流电压220V变化
10%时，电源应稳压。
所以稳压电路的最低输入电压：
（1.6.1-2）
由于
V，所以有
，取值9V。
▲另一方面，为保证稳压器安全工作，要求：
（1.6.1-3）
式中
是稳压器的最大输入输出压差，典型值为35V，可见9V在所需范围内。
▲由于
A，以变压器副边P
4.5W，变压器的效率η＝0.7，则原边功率P
6W，由以上分析可见，输出电压为9V，输出电流1A，功率为9W的变压器。
▲滤波电容C要求满足：
～
（1.6.1-4）
（式中T为输入交流信号周期；RL为整流滤波电路的等效负载电路）
因此有
µF（1.6.1-5）
选取C1=2200µF，接入电容C2（0.33µF）用于在输入线较长时抵消其电感效应，以仿产生自激振荡；C3（0.1µF）用于消除电路的高频噪声，改善负载瞬态效应[8]。
为便于随处可使用该器件，制作干电池提供电源的设计，具体设计如图1.6-1所示。
图1.6-1电源部分电路图
2设计总电路
图2-1设计总电路
3局部PCB板
图3-1按键部分PCB版
图3-2秒脉冲部分PCB板
4元件清单
编号
元件名称
规格
数量
1
变压器
DS18B20
1
2
集成稳压器
7805
1
3
串行计数器
CD4060
1
4
双D触发器
4013
1
5
可逆计数器
74LS192
4
6
译码器
74LS48
4
7
七段数码数码管
REDCC
4
8
四或非门
CD4001
1
9
保险丝
FUSE
1
10
晶振
32768Hz
1
11
电磁蜂鸣器
BUZZER
1
12
三极管
8050
1
13
二极管
1N4001
7
14
发光二极管
LED
3
15
拨码开关
DIP-4
2
16
按钮开关
SW-PB
2
17
拨动开关
SW-SPST
2
18
碳膜电阻
470Ω
31
19
100Ω
1
20
1kΩ
4
21
1MΩ
1
22
电解电容
2200μF
1
23
瓷介电容
0.33μF
1
24
0.1μF
1
25
15pF
1
26
可调电容
30pF
1
5结束语
我在这一次下棋定时器设计中，收获了许多，每走一步都是新的尝试和挑战，这也是在大学期间独立完成的项目之一，我开始了独立的学习和实验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩作品一次又一次的完善起来，每一次改进都是我学习的收获，虽然我的论文作品还不算完善，但我可以自豪的说，这里面的一切一切，都是我自己劳动学习的收获，我相信其中的酸甜苦辣最终会化为甜美的甘泉，这次做论文的经历也使我终生受益，我感受到做论文是要真真正正的用心去做一件事情，是真正自己学习的过程和研究的过程，希望这次的经历能让我在以后的学习中激励我继续进步，在我十几年的求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成学业，怀一颗感恩的心，在以后的奋斗路上。
最后，我要特别感谢XX老师，是他在我的本次设计给了我巨大的帮助，使我能够顺利完成这次设计，在此衷心的感激，老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论都使我受益匪浅。
无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，感谢他耐心的辅导，帮助我解决了很多问题，使这个论文更加完善，这里我表示非常真诚的感谢。
附录1:
交流电源部份
附录2:
直流电源部分
附录3:
按键部分
附录4:
秒脉冲部分
附录5:
倒计时部分
附录6:
显示时部分
参考文献：
[1]康华光:
电子技术基础（数字部分）,北京高等教育出版社，1999.9,P130-136
[2]康华光:
电子技术基础（模拟部分）,北京高等教育出版社，1999.10,P50-55
[3]卿太全:
李萧．常用数字集成电路原理与应用,北京人民邮电出版社，1998.7,P82-89
[4]刘正科:
集成电路简介,北京电子工业版社，2002.10,P45-47．
[5]高吉祥:
电子技术基础实验与课程设计,北京电子工业版社，2002.2,P103-108．
[6]廖先芸:
电子技术实践与训练,北京高等教育出版社，2000.5,P56-60．
[7]陈明荧:
课程设计实训教材,北京清华大学出版社，2004.7,P182-189．
[8]韩广兴:
电子元器件与实用电路基础,北京电子工业出版社，2005.1,P202-206．
[9]石宗义:
电路原理图与电路板设计教程,北京北京希望电子出版社，2004.2,P158-189．
[10]汤元信:
电子工艺及电子工程设计,北京北京航空航天大学出版社，1999.3,P125-159.
[11]吴中俊：
可编程序控制器原理及应用，北京电子工业出版社，2008.8,P52-P57.
[12]王移之：
大学计算机基础教程，北京高等教育出版社，2004,9,P78-P128.
[13]杨振山：
大学计算机文化，北京高等教育出版社，2007.8,P99-P200
[14]刘瑞鑫：
计算机组装与维护，北京机械工业出版社，2005.10,P26-P128
[15]谢希仁:
计算机网络,大连理工大学出版社，2004.12,P30-P200
[16]张鸾清：
科技论文写作浅说，四川高校学报编辑文集，1989.9，P22-P23
[17]吴秀清：
科技论文参考文献的写作要求，上海工程技术大学学报，2003.2，P20-21
[18]王立松:
谈科技论文中的参考文献，编辑之友，1995.6，P20
[19]辛希孟：
信息技术和信息服务国际研讨会论文集,北京,社会科学出版社，1994.5，P12-P14
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