張旭

摘 要：本文是基于全數(shù)字電路的無(wú)線遙控計(jì)分器設(shè)計(jì)，電路全部采用不可編程的全數(shù)字芯片來完成，結(jié)合數(shù)字電子技術(shù)課程中所學(xué)習(xí)的邏輯芯片，該系統(tǒng)主電路采用12V電源供電，結(jié)合降壓器和三極管電路實(shí)現(xiàn)不同電壓輸出;遙控部分采用四路無(wú)線遙控組件，顯示部分采用2組1.5寸的2位數(shù)碼管，用ULN2003大電流驅(qū)動(dòng)陣列驅(qū)動(dòng)顯示;計(jì)數(shù)部分采用CD4033十進(jìn)制計(jì)數(shù)器;控制和緩沖部分采用了四路遙控器模塊和CD4013雙D觸發(fā)器。該設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可操作，控制和顯示效果良好，但是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適合電子基本理論知識(shí)扎實(shí)而又不擅長(zhǎng)單片機(jī)編程應(yīng)用的學(xué)生。

關(guān)鍵詞：數(shù)字芯片;無(wú)線遙控;計(jì)分器;電路設(shè)計(jì)

1.項(xiàng)目目的

無(wú)線遙控計(jì)分器是一種用無(wú)線遙控器控制比分加減的數(shù)字顯示控制裝置。考慮到現(xiàn)在各類學(xué)校，尤其在一些中高等學(xué)校中文體活動(dòng)開展比較活躍，各種體育比賽也比較多。在比賽和訓(xùn)練需要使用計(jì)分器等設(shè)備。特別是籃球比賽和訓(xùn)練需要應(yīng)用比較復(fù)雜的計(jì)時(shí)器，滿足實(shí)現(xiàn)暫停、比分清零、復(fù)位、加分、減等功能。這種無(wú)線遙控裝置比傳統(tǒng)的人工手動(dòng)計(jì)分牌更方便更靈活。再結(jié)合高等職業(yè)學(xué)校電子相關(guān)專業(yè)的學(xué)生在電子課程中的實(shí)際應(yīng)用，開發(fā)這個(gè)項(xiàng)目既有利于提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)作的實(shí)踐技能鞏固電子相關(guān)課程的理論知識(shí)，又能為用到計(jì)分器的各種活動(dòng)和比賽提供簡(jiǎn)單高效的服務(wù)。該項(xiàng)目的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.遙控計(jì)分器的功能和特性

2.1裝置的功能

（1）實(shí)現(xiàn)比賽計(jì)分的功能

遙控計(jì)分器滿足諸如籃球、足球等運(yùn)動(dòng)或活動(dòng)的訓(xùn)練、比賽的計(jì)分顯示?？梢允褂眠b控器遠(yuǎn)距離進(jìn)行操作，并能夠控制比分復(fù)位、清零等功能。

（2）文體等活動(dòng)的比賽計(jì)分要求

計(jì)分牌比分分兩隊(duì)顯示，比分設(shè)置最大為兩位數(shù)，考慮到一般比賽的活動(dòng)計(jì)分范圍，兩位數(shù)基本能夠滿足要求。兩邊的比分都可以用四路遙控器中相應(yīng)的按鈕進(jìn)行加減比分。

對(duì)于籃球賽特設(shè)“2分、3分”“+”按鍵，方便比賽計(jì)分。

（3）顯示和指示器的要求

采用2組1.5寸的2位數(shù)碼管，用ULN2003大電流驅(qū)動(dòng)陣列驅(qū)動(dòng)顯示，數(shù)碼管的顯示顏色可以選擇綠色或是紅色。還有使用繼電器控制的測(cè)試燈可以進(jìn)行裝置功能的測(cè)試和照明使用?？梢杂迷趯W(xué)?；蝮w育場(chǎng)舉行的多種文體活動(dòng)和比賽當(dāng)中，實(shí)用性比較強(qiáng)。

2.2裝置的性能

（1）裝置采用12V電源供電，可以接220V市電通過降壓模塊實(shí)現(xiàn)，也可直接使用12V的直流鋰電池等電源。既可以滿足室內(nèi)比賽也滿足外場(chǎng)比賽的要求。

（2）顯示方式采用高亮度的數(shù)碼管顯示，可以根據(jù)比賽場(chǎng)地要求選擇不同尺寸的數(shù)碼管，顯示清晰，亮度高，能耗低。還可以根據(jù)不同場(chǎng)地要求加裝測(cè)試和照明的燈光顯示。

（3）遙控器控制，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控。遙控距離遠(yuǎn)，靈敏度高，操作簡(jiǎn)單。

（4）成本低，性價(jià)比高，采用數(shù)碼管作為顯示器價(jià)格低廉，實(shí)用性很強(qiáng)。裝置采用全數(shù)字電路的芯片，原理簡(jiǎn)單，理論基礎(chǔ)低，入手簡(jiǎn)單，便于制作。

3.裝置的硬件電路設(shè)計(jì)

3.1裝置的電路構(gòu)成

硬件電路由四路遙控模塊組件、12V電源模塊電路、計(jì)數(shù)器電路、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示電路、測(cè)試燈模塊電路組成。

3.2 電源模塊

電源模塊采用12V電源供電，可以接220V市電通過降壓模塊實(shí)現(xiàn)，也可直接使用12V的直流鋰電池等電源。如果使用220V市電，我們只需要用一個(gè)降壓模塊，將220V的電源轉(zhuǎn)換成12V直流電輸出即可。如果不用220V市電，我們可以選用一個(gè)鋰電池。但是對(duì)于12V的電源輸入，我們?cè)诠┙o各部分電路時(shí)需要將12V直流電壓轉(zhuǎn)換成其他數(shù)值適合電路其他部門芯片所使用的電壓值。對(duì)于這部分的電路我們只需要用三極管電路、降壓器、穩(wěn)壓器就可以實(shí)現(xiàn)。

3.3計(jì)數(shù)器電路

系統(tǒng)采用的是原理最簡(jiǎn)單的模式，不用單片機(jī)系統(tǒng)，只需要一般的數(shù)字芯片去實(shí)現(xiàn)。該裝置最核心的部分就是計(jì)數(shù)器電路，主要實(shí)現(xiàn)比分的增減。本系統(tǒng)采用的是CD4033十進(jìn)制計(jì)數(shù)芯片，每邊采用兩個(gè)CD4033實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)的加減，該芯片還帶有其他功能的端口，方便我們利用它去實(shí)現(xiàn)更多的控制和功能。該芯片功能簡(jiǎn)單好用，輸出端直接控制數(shù)碼管的接口，線路連接清晰可操作。

3.4遙控器模塊電路

該部分電路采用的是四路遙控器組件，可以在實(shí)體店或是網(wǎng)店購(gòu)買，價(jià)格低廉，使用方法簡(jiǎn)單。需要注意的是我們?cè)谑褂玫臅r(shí)候需要在遙控器的按鍵電路端加裝去抖電路，我們這是主要是用CD4013雙D觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)按鍵去抖，來消除機(jī)械按鍵的毛刺干擾現(xiàn)象，用以提高裝置工作的可靠性。

3.5數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示電路

數(shù)碼管采用2組2位的數(shù)碼管作為顯示器，顯示器的顯示原理簡(jiǎn)單易懂，顯示器硬件價(jià)格低廉。每組數(shù)碼管連接對(duì)應(yīng)一組的兩位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出，用以顯示對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器輸出的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)將二進(jìn)制變成七段數(shù)碼顯示的十進(jìn)制數(shù)。但是直接用十進(jìn)制芯片輸出的電流去驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，本身的電流輸出能力有限，再加之分流會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)碼管的正常顯示，造成亮度不夠。所以，解決方案就是在計(jì)數(shù)器的輸出和數(shù)碼管之間加一個(gè)ULN2003電流驅(qū)動(dòng)芯片就可以很好的解決這個(gè)問題。數(shù)碼管電壓采用10V的電壓，所以我們?cè)?2V電源輸出端使用一個(gè)TIP127三極管電路實(shí)現(xiàn)電壓輸出10V，計(jì)數(shù)器芯片的電壓采用5V電壓，我們用一個(gè)7805降壓器就可以實(shí)現(xiàn)5V電壓輸出。

4.電路仿真

硬件電路的設(shè)計(jì)方案出來后，我們可以對(duì)主電路進(jìn)行仿真。由于該項(xiàng)目沒有用單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以選擇了適合電子電路仿真的軟件MULTISIM進(jìn)行仿真。用 MULTISIM繪制本項(xiàng)目的仿真電路圖。由于MULTISIM軟件中沒有四路遙控器這個(gè)模擬元器件，在不影響仿真結(jié)果的情況下， 用四組輕觸按鍵模擬無(wú)線遙控控制的輸入口。經(jīng)過仿真，該項(xiàng)目能夠正常運(yùn)行，能滿足設(shè)計(jì)的要求。該項(xiàng)目的電流原理圖如圖2所示。

5.硬件電路焊接

經(jīng)過電路仿真，驗(yàn)證了項(xiàng)目的可行性，接下來就是將相應(yīng)的元件按照仿真電路焊接在電路板上。通過調(diào)試，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，再測(cè)試下電路的穩(wěn)定性，最終項(xiàng)目完成。

6.結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)以基礎(chǔ)數(shù)字電路邏輯芯片為核心的控制電路實(shí)現(xiàn)了遙控計(jì)分的功能。該項(xiàng)目原理雖然簡(jiǎn)單，但是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要處理的細(xì)節(jié)非常多，比如電源模塊轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)、數(shù)碼管亮度電流驅(qū)動(dòng)的處理以及按鍵去抖的解決方案，在具體的設(shè)計(jì)過程中要經(jīng)過仔細(xì)的思考才能拿出良好的解決方案。通過仿真和實(shí)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)的正確性和實(shí)用性。系統(tǒng)電路制造簡(jiǎn)單，成本低，顯示清晰，比較適合作為高校電子相關(guān)專業(yè)的實(shí)作項(xiàng)目，同時(shí)在學(xué)校的活動(dòng)和比賽中有很高的實(shí)用性。