基于數(shù)字電路的無線遙控計(jì)分器設(shè)計(jì)

張旭

摘 要：本文是基于全數(shù)字電路的無線遙控計(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)動陣列驅(qū)動顯示;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扎實(shí)而又不擅長單片機(jī)編程應(yīng)用的學(xué)生。

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

1.項(xiàng)目目的

無線遙控計(jì)分器是一種用無線遙控器控制比分加減的數(shù)字顯示控制裝置?？紤]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。這種無線遙控裝置比傳統(tǒng)的人工手動計(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)這個項(xiàng)目既有利于提高學(xué)生動手實(shí)作的實(shí)踐技能鞏固電子相關(guān)課程的理論知識，又能為用到計(jì)分器的各種活動和比賽提供簡單高效的服務(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)動或活動的訓(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)動陣列驅(qū)動顯示，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試燈可以進(jìn)行裝置功能的測試和照明使用?？梢杂迷趯W(xué)校或體育場舉行的多種文體活動和比賽當(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)不同場地要求加裝測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，操作簡單。

（4）成本低，性價比高，采用數(shù)碼管作為顯示器價格低廉，實(shí)用性很強(qiáng)。裝置采用全數(shù)字電路的芯片，原理簡單，理論基礎(chǔ)低，入手簡單，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)動顯示電路、測試燈模塊電路組成。

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，我們可以選用一個鋰電池。但是對于12V的電源輸入，我們在供給各部分電路時需要將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)店購買，價格低廉，使用方法簡單。需要注意的是我們在使用的時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單易懂，顯示器硬件價格低廉。每組數(shù)碼管連接對應(yīng)一組的兩位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出，用以顯示對應(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)動數(shù)碼管，本身的電流輸出能力有限，再加之分流會嚴(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ULN2003電流驅(qū)動芯片就可以很好的解決這個問題。數(shù)碼管電壓采用10V的電壓，所以我們在12V電源輸出端使用一個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，再測試下電路的穩(wěn)定性，最終項(xiàng)目完成。

6.結(jié)束語

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，同時在學(xué)校的活動和比賽中有很高的實(shí)用性。