基于數字電路的無線遙控計分器設計

張旭

摘 要：本文是基于全數字電路的無線遙控計分器設計，電路全部采用不可編程的全數字芯片來完成，結合數字電子技術課程中所學習的邏輯芯片，該系統(tǒng)主電路采用12V電源供電，結合降壓器和三極管電路實現不同電壓輸出;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位數碼管，用ULN2003大電流驅動陣列驅動顯示;計數部分采用CD4033十進制計數器;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。該設計簡單可操作，控制和顯示效果良好，但是電路結構復雜，適合電子基本理論知識扎實而又不擅長單片機編程應用的學生。

關鍵詞：數字芯片;無線遙控;計分器;電路設計

1.項目目的

無線遙控計分器是一種用無線遙控器控制比分加減的數字顯示控制裝置?？紤]到現在各類學校，尤其在一些中高等學校中文體活動開展比較活躍，各種體育比賽也比較多。在比賽和訓練需要使用計分器等設備。特別是籃球比賽和訓練需要應用比較復雜的計時器，滿足實現暫停、比分清零、復位、加分、減等功能。這種無線遙控裝置比傳統(tǒng)的人工手動計分牌更方便更靈活。再結合高等職業(yè)學校電子相關專業(yè)的學生在電子課程中的實際應用，開發(fā)這個項目既有利于提高學生動手實作的實踐技能鞏固電子相關課程的理論知識，又能為用到計分器的各種活動和比賽提供簡單高效的服務。該項目的電路結構如圖1所示。

2.遙控計分器的功能和特性

2.1裝置的功能

（1）實現比賽計分的功能

遙控計分器滿足諸如籃球、足球等運動或活動的訓練、比賽的計分顯示。可以使用遙控器遠距離進行操作，并能夠控制比分復位、清零等功能。

（2）文體等活動的比賽計分要求

計分牌比分分兩隊顯示，比分設置最大為兩位數，考慮到一般比賽的活動計分范圍，兩位數基本能夠滿足要求。兩邊的比分都可以用四路遙控器中相應的按鈕進行加減比分。

對于籃球賽特設“2分、3分”“+”按鍵，方便比賽計分。

（3）顯示和指示器的要求

采用2組1.5寸的2位數碼管，用ULN2003大電流驅動陣列驅動顯示，數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行裝置功能的測試和照明使用?？梢杂迷趯W校或體育場舉行的多種文體活動和比賽當中，實用性比較強。

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現，也可直接使用12V的直流鋰電池等電源。既可以滿足室內比賽也滿足外場比賽的要求。

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

（3）遙控器控制，能夠實現遠距離遙控。遙控距離遠，靈敏度高，操作簡單。

（4）成本低，性價比高，采用數碼管作為顯示器價格低廉，實用性很強。裝置采用全數字電路的芯片，原理簡單，理論基礎低，入手簡單，便于制作。

3.裝置的硬件電路設計

3.1裝置的電路構成

硬件電路由四路遙控模塊組件、12V電源模塊電路、計數器電路、數碼管驅動顯示電路、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現，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直流電壓轉換成其他數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)壓器就可以實現。

3.3計數器電路

系統(tǒng)采用的是原理最簡單的模式，不用單片機系統(tǒng)，只需要一般的數字芯片去實現。該裝置最核心的部分就是計數器電路，主要實現比分的增減。本系統(tǒng)采用的是CD4033十進制計數芯片，每邊采用兩個CD4033實現兩位數的加減，該芯片還帶有其他功能的端口，方便我們利用它去實現更多的控制和功能。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，可以在實體店或是網店購買，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)器來實現按鍵去抖，來消除機械按鍵的毛刺干擾現象，用以提高裝置工作的可靠性。

3.5數碼管驅動顯示電路

數碼管采用2組2位的數碼管作為顯示器，顯示器的顯示原理簡單易懂，顯示器硬件價格低廉。每組數碼管連接對應一組的兩位十進制計數器的輸出，用以顯示對應的計數器輸出的結果，實現將二進制變成七段數碼顯示的十進制數。但是直接用十進制芯片輸出的電流去驅動數碼管，本身的電流輸出能力有限，再加之分流會嚴重影響數碼管的正常顯示，造成亮度不夠。所以，解決方案就是在計數器的輸出和數碼管之間加一個ULN2003電流驅動芯片就可以很好的解決這個問題。數碼管電壓采用10V的電壓，所以我們在12V電源輸出端使用一個TIP127三極管電路實現電壓輸出10V，計數器芯片的電壓采用5V電壓，我們用一個7805降壓器就可以實現5V電壓輸出。

4.電路仿真

硬件電路的設計方案出來后，我們可以對主電路進行仿真。由于該項目沒有用單片機進行設計，所以選擇了適合電子電路仿真的軟件MULTISIM進行仿真。用 MULTISIM繪制本項目的仿真電路圖。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。經過仿真，該項目能夠正常運行，能滿足設計的要求。該項目的電流原理圖如圖2所示。

5.硬件電路焊接

經過電路仿真，驗證了項目的可行性，接下來就是將相應的元件按照仿真電路焊接在電路板上。通過調試，實現相應的功能，再測試下電路的穩(wěn)定性，最終項目完成。

6.結束語

本設計以基礎數字電路邏輯芯片為核心的控制電路實現了遙控計分的功能。該項目原理雖然簡單，但是電路結構復雜，需要處理的細節(jié)非常多，比如電源模塊轉換的設計、數碼管亮度電流驅動的處理以及按鍵去抖的解決方案，在具體的設計過程中要經過仔細的思考才能拿出良好的解決方案。通過仿真和實物實驗驗證了該系統(tǒng)的正確性和實用性。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專業(yè)的實作項目，同時在學校的活動和比賽中有很高的實用性。