门球比赛定时器电路的设计与制作

　　[摘要]本文介绍了门球赛计时器的设计与制作方法，主要研究了计时器的电路组成及工作原理以及在电路设计和制作的过程中出现的问题及解决的方法。
　　[关键词]计时器、单片机、录音芯片、功放电路
　　门球是老年人业余体育活动的一个重要项目，随着人们生活水平的提高，人们对比赛用具的要求越来越高，在门球比赛中，老人们需要一个自动计时器，能够实时显示比赛剩余时间，能够在比赛暂停时自动停止计时、比赛继续时能够自动连续计时，并定时以声音提示人们比赛剩余时间。该门球比赛定时器由于在室外使用，不仅要完成以上功能，而且要克服室外不良天气影响，因此，要求电路既要功能齐全，又要抗干扰性强，能够长期在室外使用。
　　一、功能介绍
　　门球比赛定时器要求能够实现的功能有：(1)30分倒计时，可显示分钟和秒；(2)语音报时,当比赛还剩15、10、5分钟时，扬声器发出语音：“比赛还有15、10、5分钟”;(3)计时暂停,在比赛的30分钟内，若有什么特殊情况需要停止比赛，可用遥控器控制，也可使用面板上的开关，扬声器发出声音：“比赛暂停”，计时暂停，所显示的分钟、秒不再发生变化；需要继续比赛时，再用遥控器或按面板上的开关控制，扬声器发出声音：“比赛继续”，所显示的分钟和秒在原来的基础上继续计时。
　　计时器外形如图1所示：

　　计时器面板上的PUSH为电源保险丝，椭圆部分为扬声器，音频放大端可根据需要外接音频放大器，手按下语音控制端可发出声音：“比赛开始、比赛继续、比赛暂停”。
　　二、电路组成和工作原理
　　该定时器电路采用单片机电路控制实现,分为六部分：电源电路、控制电路、录放电路、数字显示电路、音频电路、遥控电路。电源电路由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，可提供＋５v、+12v的电压。控制电路由单片机89C51构成，录音电路采用芯片ISD1420，音频放大电路使用功放块LM368，数字显示电路由448个高亮度发光二极管构成了４个七段LED显示器，分别显示分钟和秒。结构如图2所示：

　　1数字显示
　　由于该计时器在室外使用，要求在太阳照射下所显示的数字应该清晰明亮，因此采用高亮度的发光二极管，这里选用高亮度Φ5二极管。我们根据要求，组成大型数字显示，每个字的每段用16个发光二极管：16个管分4段并联，每段有4个管串联。由于发光二极管的电流一般30～40mA，这样四个管串联后需加一个130Ω的电阻。若每个发光二极管的电流为35mA，则每个字的每个笔端的电流为35mA×4，每个字的电流为35mA×4×7，每个字所需要的功率约为1瓦。16个发光二极管排列顺序如图所示：

　　要分别显示分钟、秒的个位、十位，一共需要4个7段LED显示，开始时，这四个字用一个12V电源，亮度不够。后来四个字用2个、4个电源亮度仍不够，达不到要求。经过反复试验，每个字用两个12V电源，其中的三段用一个12V电源，剩余四段用一个12V电源。
　　由图可知四个二极管串联后其阴极接三极管的集电极，译码器的输出端接到三极管的基极，三极管作为开关，当译码器的输出为高电平时，二极管亮；译码器的输出为低电平时，二极管不亮。数字显示电路除4个LED显示器外，分钟与秒之间还有两个点，每秒闪亮一次。
　　由单片机通过七段显示译码器74LS248控制LED显示。
　　２.控制电路
　　控制电路是指单片机89C51通过其输出端口控制其它电路的运行。89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为X1，输出端为X2。在X1和X2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。如图所示，电容器C1和C2通常取30pF左右，对振荡频率有微调作用，振荡频率范围是1.2～12MHz。本例中振荡频率取12MHz。
　　单片机89C51有四个并行I/O端口，分别为P0、P1、P2、P3。本文中P0、P1、P2端口均可作为输出口使用。单片机的P1.0～P1.3口经译码器接数字显示的分，P2.0～P2.3经译码器接数字显示的秒，P0.0～P0.4分别接DS1420的A3～A7地址端口，P0.5接1420的控制端，P0.6接音乐控制端，P0.7接音乐产生端，P3.0接录音控制键，P3.1接放音控制键，P3.2接按键，P3.3接遥控端，P3.4为分与秒之间的小灯控制。
　　3．录放音电路
　　录放电路的核心是芯片ISD420，ISD1420是语音录放集成电路，是目前国内使用较多的一种语音电路。这种录放电路录放音清晰度高、使用方便。ISD1420功能如图所示：

　　管脚功能。A0～A7：地址输入端，VCCD：数字电路电源正极VCCA：模拟电路电源负极；SP＋：功放输出端，接扬声器（＋）；SP－：功放输出端，接扬声器（—）；XCLK：外接时钟，ANAIN：模拟量输入；ANAOUT：模拟量输出，AGC自功增益控制，MIC：驻极体话筒输入，MICREF：驻极体话筒参数输入，RLAYE：边缘触发放音端，REC：录音触发端，PLAYL：电平触发放音端，RECLED：发光二极管接口端，NC：空脚
　　录音分七段分别为：①比赛开始，②比赛暂停，③比赛继续，④比赛时间到，⑤比赛还有15分钟，⑥比赛还有10分钟，⑦比赛还有5分钟；这七段录音分别放在不同的地址单元，录音单元分配：20H（比赛）21H（开始）22H（暂停）23H（结束）24H（还有）25H（5分钟）26H（10分钟）27H（15分钟）。
　　放音单元分配：40H（比赛）41H（开始）42H（暂停）43H（结束）44H（还剩）45H（5分钟）46H（10分钟）47H（15分钟）
　　1～4段每段录音时间为2秒，5～7段每段录音时间为3秒，ISD1420可分段存储20秒语音信息，按每秒钟可读3个汉字计算，地址输入端A0~A7有效取值范围为00000000～10011111，这表明最多可被划分为160个外存储单元，可录放多达160段语音信息。
　　语音或音乐信号通过模拟开关送到音频功放电路。
　　4.无线遥控器
　　本电路的控制采用无线电遥控电路。该部分是采用超再生简易无线电遥控原理设计的，它采用不经调制的等幅高频信号作为遥控指令，其频率为200MHz。计时器内部的接收电路有一个继电器，相当于开关，它与单片机的P3.3端口相连，通过此端口控制其它电路的运行。当接收电路接收到遥控器发送的指令后继电器释放，P3.3端口接通，通过运行程序，可使扬声器发出：“比赛暂停”或“比赛继续”；而在未收到控制指令时，接收器的继电器为吸合状态，计时器正常工作。
　　5.音频功放电路
　　该定时器要求扬声器功率大，声音能传播的距离远。因此扬声器前面需要连接功率放大电路，该电路采用类似于变压器耦合乙类推挽功放电路，也采用推挽式接法。如图5所示：功率放大器采用LM386集成功放。

　　6.电源
　　该电路中的单片机、模拟开关、译码器、录放电路均需要+5V电压，数字显示电路需要+12V电压，因此，电源应提供+5V、+12V的电压。
　　一个LED数字显示需要两个12V的电压，四个LED显示需要八个12V的电压。由数字显示电路可知，每个字需要1瓦的功率。但是，一个稳压器W7812提供的功率较小，不足1瓦。因此，如图5所示，采用并联方式可提供较大的功率。这样的四个电路就可提供八个12V的电压，满足了数字显示电路的需要。
　　+5V电压是在产生12V的电压的基础上再经稳压器W7805和滤波后可产生＋5V的电压。
　　+12V电源电路图如下:
　

　　四、结束语
　　该电路在电源、数字显示、声控电路上的设计思路新颖，有独到之处。为满足每个显示字所需的功率，电源变压器的副边采用并联输出2个12V电压，四个这样的电路即可提供八个12V电压。数字显示要求高亮度，我们根据定时器外形的大小及亮度要求，每个字的每段使16个发光二极管，这16个管在排列上有一个特点：16个管分4段并联，每段有4个管串联。这样排列既符合亮度要求又美观大方。声控电路

为满足扬声器输出高功率，在扬声器的前面采用了由2个功放LM386组成的推挽电路，这在电路设计上又是一个亮点。
　　该定时器电路比较简单、价钱较低，已经在青岛市老年门球比赛中多次使用，效果良好，有一定的推广价值
　　参考文献:
　　1.《新型实用功率放大器集锦》，人民邮电出版社，杨帮文编著,2005年6月
　　2.《单片微型计算机实用系统设计》，人民邮电出版社，潘新民王燕芳编著,2003年5月

转载请注明来自：http://www.yueqikan.com/dianlilw/4662.html