[摘要]本文介紹了門(mén)球賽計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)與制作方法，主要研究了計(jì)時(shí)器的電路組成及工作原理以及在電路設(shè)計(jì)和制作的過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決的方法。
　　[關(guān)鍵詞]計(jì)時(shí)器、單片機(jī)、錄音芯片、功放電路
　　門(mén)球是老年人業(yè)余體育活動(dòng)的一個(gè)重要項(xiàng)目，隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)比賽用具的要求越來(lái)越高，在門(mén)球比賽中，老人們需要一個(gè)自動(dòng)計(jì)時(shí)器，能夠?qū)崟r(shí)顯示比賽剩余時(shí)間，能夠在比賽暫停時(shí)自動(dòng)停止計(jì)時(shí)、比賽繼續(xù)時(shí)能夠自動(dòng)連續(xù)計(jì)時(shí)，并定時(shí)以聲音提示人們比賽剩余時(shí)間。該門(mén)球比賽定時(shí)器由于在室外使用，不僅要完成以上功能，而且要克服室外不良天氣影響，因此，要求電路既要功能齊全，又要抗干擾性強(qiáng)，能夠長(zhǎng)期在室外使用。
　　一、功能介紹
　　門(mén)球比賽定時(shí)器要求能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有：(1)30分倒計(jì)時(shí)，可顯示分鐘和秒；(2)語(yǔ)音報(bào)時(shí),當(dāng)比賽還剩15、10、5分鐘時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出語(yǔ)音：“比賽還有15、10、5分鐘”;(3)計(jì)時(shí)暫停,在比賽的30分鐘內(nèi)，若有什么特殊情況需要停止比賽，可用遙控器控制，也可使用面板上的開(kāi)關(guān)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲音：“比賽暫停”，計(jì)時(shí)暫停，所顯示的分鐘、秒不再發(fā)生變化；需要繼續(xù)比賽時(shí)，再用遙控器或按面板上的開(kāi)關(guān)控制，揚(yáng)聲器發(fā)出聲音：“比賽繼續(xù)”，所顯示的分鐘和秒在原來(lái)的基礎(chǔ)上繼續(xù)計(jì)時(shí)。
　　計(jì)時(shí)器外形如圖1所示：

　　計(jì)時(shí)器面板上的PUSH為電源保險(xiǎn)絲，橢圓部分為揚(yáng)聲器，音頻放大端可根據(jù)需要外接音頻放大器，手按下語(yǔ)音控制端可發(fā)出聲音：“比賽開(kāi)始、比賽繼續(xù)、比賽暫停”。
　　二、電路組成和工作原理
　　該定時(shí)器電路采用單片機(jī)電路控制實(shí)現(xiàn),分為六部分：電源電路、控制電路、錄放電路、數(shù)字顯示電路、音頻電路、遙控電路。電源電路由變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，可提供＋５v、+12v的電壓�？刂齐娐酚蓡纹瑱C(jī)89C51構(gòu)成，錄音電路采用芯片ISD1420，音頻放大電路使用功放塊LM368，數(shù)字顯示電路由448個(gè)高亮度發(fā)光二極管構(gòu)成了４個(gè)七段LED顯示器，分別顯示分鐘和秒。結(jié)構(gòu)如圖2所示：

　　1數(shù)字顯示
　　由于該計(jì)時(shí)器在室外使用，要求在太陽(yáng)照射下所顯示的數(shù)字應(yīng)該清晰明亮，因此采用高亮度的發(fā)光二極管，這里選用高亮度Φ5二極管。我們根據(jù)要求，組成大型數(shù)字顯示，每個(gè)字的每段用16個(gè)發(fā)光二極管：16個(gè)管分4段并聯(lián)，每段有4個(gè)管串聯(lián)。由于發(fā)光二極管的電流一般30～40mA，這樣四個(gè)管串聯(lián)后需加一個(gè)130Ω的電阻。若每個(gè)發(fā)光二極管的電流為35mA，則每個(gè)字的每個(gè)筆端的電流為35mA×4，每個(gè)字的電流為35mA×4×7，每個(gè)字所需要的功率約為1瓦。16個(gè)發(fā)光二極管排列順序如圖所示：

　　要分別顯示分鐘、秒的個(gè)位、十位，一共需要4個(gè)7段LED顯示，開(kāi)始時(shí)，這四個(gè)字用一個(gè)12V電源，亮度不夠。后來(lái)四個(gè)字用2個(gè)、4個(gè)電源亮度仍不夠，達(dá)不到要求。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，每個(gè)字用兩個(gè)12V電源，其中的三段用一個(gè)12V電源，剩余四段用一個(gè)12V電源。
　　由圖可知四個(gè)二極管串聯(lián)后其陰極接三極管的集電極，譯碼器的輸出端接到三極管的基極，三極管作為開(kāi)關(guān)，當(dāng)譯碼器的輸出為高電平時(shí)，二極管亮；譯碼器的輸出為低電平時(shí)，二極管不亮。數(shù)字顯示電路除4個(gè)LED顯示器外，分鐘與秒之間還有兩個(gè)點(diǎn)，每秒閃亮一次。
　　由單片機(jī)通過(guò)七段顯示譯碼器74LS248控制LED顯示。
　�。�.控制電路
　　控制電路是指單片機(jī)89C51通過(guò)其輸出端口控制其它電路的運(yùn)行。89C51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為X1，輸出端為X2。在X1和X2兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。如圖所示，電容器C1和C2通常取30pF左右，對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，振蕩頻率范圍是1.2～12MHz。本例中振蕩頻率取12MHz。
　　單片機(jī)89C51有四個(gè)并行I/O端口，分別為P0、P1、P2、P3。本文中P0、P1、P2端口均可作為輸出口使用。單片機(jī)的P1.0～P1.3口經(jīng)譯碼器接數(shù)字顯示的分，P2.0～P2.3經(jīng)譯碼器接數(shù)字顯示的秒，P0.0～P0.4分別接DS1420的A3～A7地址端口，P0.5接1420的控制端，P0.6接音樂(lè)控制端，P0.7接音樂(lè)產(chǎn)生端，P3.0接錄音控制鍵，P3.1接放音控制鍵，P3.2接按鍵，P3.3接遙控端，P3.4為分與秒之間的小燈控制。
　　3．錄放音電路
　　錄放電路的核心是芯片ISD420，ISD1420是語(yǔ)音錄放集成電路，是目前國(guó)內(nèi)使用較多的一種語(yǔ)音電路。這種錄放電路錄放音清晰度高、使用方便。ISD1420功能如圖所示：

　　管腳功能。A0～A7：地址輸入端，VCCD：數(shù)字電路電源正極VCCA：模擬電路電源負(fù)極；SP＋：功放輸出端，接揚(yáng)聲器（＋）；SP－：功放輸出端，接揚(yáng)聲器（—）；XCLK：外接時(shí)鐘，ANAIN：模擬量輸入；ANAOUT：模擬量輸出，AGC自功增益控制，MIC：駐極體話(huà)筒輸入，MICREF：駐極體話(huà)筒參數(shù)輸入，RLAYE：邊緣觸發(fā)放音端，REC：錄音觸發(fā)端，PLAYL：電平觸發(fā)放音端，RECLED：發(fā)光二極管接口端，NC：空腳
　　錄音分七段分別為：①比賽開(kāi)始，②比賽暫停，③比賽繼續(xù)，④比賽時(shí)間到，⑤比賽還有15分鐘，⑥比賽還有10分鐘，⑦比賽還有5分鐘；這七段錄音分別放在不同的地址單元，錄音單元分配：20H（比賽）21H（開(kāi)始）22H（暫停）23H（結(jié)束）24H（還有）25H（5分鐘）26H（10分鐘）27H（15分鐘）。
　　放音單元分配：40H（比賽）41H（開(kāi)始）42H（暫停）43H（結(jié)束）44H（還剩）45H（5分鐘）46H（10分鐘）47H（15分鐘）
　　1～4段每段錄音時(shí)間為2秒，5～7段每段錄音時(shí)間為3秒，ISD1420可分段存儲(chǔ)20秒語(yǔ)音信息，按每秒鐘可讀3個(gè)漢字計(jì)算，地址輸入端A0~A7有效取值范圍為00000000～10011111，這表明最多可被劃分為160個(gè)外存儲(chǔ)單元，可錄放多達(dá)160段語(yǔ)音信息。
　　語(yǔ)音或音樂(lè)信號(hào)通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)送到音頻功放電路。
　　4.無(wú)線(xiàn)遙控器
　　本電路的控制采用無(wú)線(xiàn)電遙控電路。該部分是采用超再生簡(jiǎn)易無(wú)線(xiàn)電遙控原理設(shè)計(jì)的，它采用不經(jīng)調(diào)制的等幅高頻信號(hào)作為遙控指令，其頻率為200MHz。計(jì)時(shí)器內(nèi)部的接收電路有一個(gè)繼電器，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)，它與單片機(jī)的P3.3端口相連，通過(guò)此端口控制其它電路的運(yùn)行。當(dāng)接收電路接收到遙控器發(fā)送的指令后繼電器釋放，P3.3端口接通，通過(guò)運(yùn)行程序，可使揚(yáng)聲器發(fā)出：“比賽暫停”或“比賽繼續(xù)”；而在未收到控制指令時(shí)，接收器的繼電器為吸合狀態(tài)，計(jì)時(shí)器正常工作。
　　5.音頻功放電路
　　該定時(shí)器要求揚(yáng)聲器功率大，聲音能傳播的距離遠(yuǎn)。因此揚(yáng)聲器前面需要連接功率放大電路，該電路采用類(lèi)似于變壓器耦合乙類(lèi)推挽功放電路，也采用推挽式接法。如圖5所示：功率放大器采用LM386集成功放。

　　6.電源
　　該電路中的單片機(jī)、模擬開(kāi)關(guān)、譯碼器、錄放電路均需要+5V電壓，數(shù)字顯示電路需要+12V電壓，因此，電源應(yīng)提供+5V、+12V的電壓。
　　一個(gè)LED數(shù)字顯示需要兩個(gè)12V的電壓，四個(gè)LED顯示需要八個(gè)12V的電壓。由數(shù)字顯示電路可知，每個(gè)字需要1瓦的功率。但是，一個(gè)穩(wěn)壓器W7812提供的功率較小，不足1瓦。因此，如圖5所示，采用并聯(lián)方式可提供較大的功率。這樣的四個(gè)電路就可提供八個(gè)12V的電壓，滿(mǎn)足了數(shù)字顯示電路的需要。
　　+5V電壓是在產(chǎn)生12V的電壓的基礎(chǔ)上再經(jīng)穩(wěn)壓器W7805和濾波后可產(chǎn)生＋5V的電壓。
　　+12V電源電路圖如下:
　

　　四、結(jié)束語(yǔ)
　　該電路在電源、數(shù)字顯示、聲控電路上的設(shè)計(jì)思路新穎，有獨(dú)到之處。為滿(mǎn)足每個(gè)顯示字所需的功率，電源變壓器的副邊采用并聯(lián)輸出2個(gè)12V電壓，四個(gè)這樣的電路即可提供八個(gè)12V電壓。數(shù)字顯示要求高亮度，我們根據(jù)定時(shí)器外形的大小及亮度要求，每個(gè)字的每段使16個(gè)發(fā)光二極管，這16個(gè)管在排列上有一個(gè)特點(diǎn)：16個(gè)管分4段并聯(lián)，每段有4個(gè)管串聯(lián)。這樣排列既符合亮度要求又美觀(guān)大方。聲控電路

為滿(mǎn)足揚(yáng)聲器輸出高功率，在揚(yáng)聲器的前面采用了由2個(gè)功放LM386組成的推挽電路，這在電路設(shè)計(jì)上又是一個(gè)亮點(diǎn)。
　　該定時(shí)器電路比較簡(jiǎn)單、價(jià)錢(qián)較低，已經(jīng)在青島市老年門(mén)球比賽中多次使用，效果良好，有一定的推廣價(jià)值
　　參考文獻(xiàn):
　　1.《新型實(shí)用功率放大器集錦》，人民郵電出版社，楊幫文編著,2005年6月
　　2.《單片微型計(jì)算機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，人民郵電出版社，潘新民王燕芳編著,2003年5月

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