模擬跳繩機(jī)的設(shè)計(jì)與研究

1、1引言22方案論證23總體設(shè)計(jì)框圖24部分電路元件的介紹34.1 觸發(fā)器cc404334.1.1用或非門組成的基本rs觸發(fā)器34.1.2特性表和特性方程44.2 lm39354.3移位寄存器cd401564.3.1 cd4015的結(jié)構(gòu)組成64.3.2 cd4015的工作原理64.4同步計(jì)數(shù)器cc451884.4.1 cc4518的結(jié)構(gòu)組成84.4.2 cc4518的邏輯功能84.5計(jì)數(shù)器84.5.1數(shù)字電路中的計(jì)數(shù)器84.5.2 cc40110的功能介紹94.6七段顯示譯碼器94.7語(yǔ)音芯片isd1700介紹104.7.1 isd1700的結(jié)構(gòu)與工作模式分析104.7.2 isd1700的管腳

2、功能 115部分電路工作原理介紹135音樂(lè)及控制脈沖產(chǎn)生電路分析135.2信號(hào)的發(fā)射與接受145.3擺繩落地提示電路166整體電路介紹166.1總的工作原理分析167總結(jié)18謝辭19參考文獻(xiàn)211引言跳繩是一種以四肢肌肉活動(dòng)為主的全身運(yùn)動(dòng)，它花樣繁多，可簡(jiǎn)可繁，隨時(shí) 可做，一學(xué)就會(huì)，運(yùn)動(dòng)量可以根據(jù)動(dòng)作繁簡(jiǎn)和速度快慢來(lái)調(diào)節(jié)，特別適宜在氣溫 較低的季節(jié)作為健身運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)男女老少皆宜的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。跳繩不僅有利于發(fā)展腿部、上肢、腰部的肌肉力量，提高靈敏性、協(xié)調(diào)性、 耐力等身體素質(zhì)，尤其可以促進(jìn)少年兒童的身體發(fā)育，還有利于加強(qiáng)血液循環(huán)， 促進(jìn)體內(nèi)新陳代謝，提高神經(jīng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合能力。同時(shí)，研究證實(shí)，跳繩可

3、以 預(yù)防諸如糖尿病、關(guān)節(jié)炎、肥胖癥、骨質(zhì)疏松、高血壓、肌肉萎縮、高血脂、失 眠癥、抑郁癥、更年期綜合征等多種癥病。對(duì)哺乳期和絕經(jīng)期婦女來(lái)說(shuō)，跳繩還 兼有放松情緒的積極作用，因而也有利于女性的心理健康。在跳繩時(shí)身體以兩腿的彈跳和雙上肢的搖動(dòng)為主，手握繩把不停的搖動(dòng)會(huì)刺 激拇指上的穴位，增加腦神經(jīng)細(xì)胞的活力。跳繩時(shí)的各種復(fù)雜的動(dòng)作能夠使大腦 皮層的分析與綜合機(jī)能得到提高。從運(yùn)動(dòng)量來(lái)說(shuō)，持續(xù)跳繩10分鐘，與慢跑30 分鐘或跳健身舞20分鐘相差無(wú)幾，可謂耗時(shí)少、耗能大的需氧運(yùn)動(dòng)。“模擬跳繩機(jī)”與手?jǐn)[式跳繩不同，它是用燈光的發(fā)射與接收來(lái)代替繩子的 擺動(dòng)。當(dāng)燈光照射時(shí)，如果人的腳沒擋住燈光，即成功跳起時(shí)，

4、跳繩機(jī)自動(dòng)計(jì)數(shù); 當(dāng)燈光照射時(shí)，人的腳擋住燈光，即該跳起時(shí)沒有跳，跳繩機(jī)同樣不工作，但會(huì) 自動(dòng)記錄下犯規(guī)的次數(shù)?！澳M跳繩機(jī)”設(shè)計(jì)時(shí)，采用光電傳感器，無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)損傷、壽命長(zhǎng)，并有 音樂(lè)伴奏，有一定的趣味性。設(shè)計(jì)制作成小型的可適合家庭使用，設(shè)計(jì)制作成人 型的可用于學(xué)校、機(jī)關(guān)、廠礦、小區(qū)等集體跳繩使用。如果該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的好，一 定會(huì)推動(dòng)群眾性跳繩健身運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。2方案論證“模擬跳繩機(jī)”是采用燈光按一定的規(guī)律掃描，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手動(dòng)擺繩，并伴 有擺繩著地時(shí)發(fā)出的響聲及音樂(lè)伴奏，人進(jìn)入跳繩區(qū)域后，跳繩機(jī)開始計(jì)數(shù)，如 果犯規(guī)，即該跳起來(lái)時(shí)沒有跳起來(lái)，腳擋住了模擬擺繩的光線，有兩種方案可以 選擇：方案仃）：跳繩

5、機(jī)會(huì)自動(dòng)停止工作，顯示出你跳的次數(shù)；方案（2）:跳繩機(jī)不停止工作，但記錄跳繩總數(shù)和犯規(guī)的次數(shù)?？紤]到讓其更適應(yīng)大眾，頻繁的停止不太實(shí)用，如果在跳繩結(jié)束后，再查看 自己的跳繩總數(shù)和犯規(guī)次數(shù)，則更加人性化，因此選擇后一種方案。3總體設(shè)計(jì)框圖模擬跳繩機(jī)的設(shè)計(jì)采用集成芯片，由語(yǔ)音電路錄進(jìn)音樂(lè)及超聲波脈沖信號(hào)， 由移位寄存器控制燈光，實(shí)現(xiàn)繩的擺動(dòng)，然后由計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)控制燈光間隔掃描時(shí) 間，其中信號(hào)發(fā)生端與接收端接在移位寄存器的輸出端口，并且在信號(hào)的發(fā)射與 接收過(guò)程中還伴有提示音，且有音樂(lè)伴奏。在跳繩的過(guò)程中如果腳阻擋了光線, 則是犯規(guī)，犯規(guī)計(jì)數(shù)器將會(huì)記下犯規(guī)的次數(shù)。圖1為本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)框圖。樂(lè)及控制脈沖

6、觸發(fā)器跳繩次數(shù)計(jì)數(shù)器跳繩犯規(guī) 次數(shù)計(jì)數(shù)器燈光的發(fā) 射和接收?qǐng)D1總體設(shè)計(jì)框圖4部分電路元件的介紹4.1觸發(fā)器cc4043cc4043引出端的功能圖如圖2, cc4043是一個(gè)內(nèi)含4個(gè)獨(dú)立或非門的基本 rs觸發(fā)器，為四交叉耦合、三態(tài)cmos或非鎖存器。具有獨(dú)立的q輸出端和單 獨(dú)的置位s和復(fù)位r輸入端。q的輸出有三態(tài)功能，由公共的三態(tài)控制輸入端 en控制，當(dāng)en=1時(shí)，q端輸出內(nèi)部鎖存器的狀態(tài)；當(dāng)en=0時(shí)，rs觸發(fā)器所 有輸出端懸空而處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。三態(tài)功能使cc4043可以直接連到系統(tǒng)總線上。4.1.1用或非門組成的基本rs觸發(fā)器r0s0r1s1r2s2r3s3ennc圖2 cc4043的引出端

7、功能圖工作原理：電路有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)q,由于交叉耦合的結(jié)果，當(dāng)無(wú)輸入信號(hào)即r=s=o時(shí)，無(wú)論是0狀態(tài)q=0,還是1狀態(tài)，q=1都是穩(wěn)定的。因?yàn)槿魆=0, 反饋送到或非門2的輸入端，使q=0,而q=0和s=0 起又保證了 q=l,顯然 0狀態(tài)是穩(wěn)定的；同理，當(dāng)q=l,反饋送到或非門g2的輸入端，使q=l, 一起 與s保證了 q=l,所以1狀態(tài)也是穩(wěn)定的。q:圖3波形圖或非門構(gòu)成的基本rs觸發(fā)器中，r、s兩端同時(shí)加信號(hào)情況時(shí)的波形如圖3 所示。圖3所示波形圖具體地說(shuō)明了上述三種情況。不能預(yù)先確定狀態(tài)的情況用 虛線表示。4.1.2特性表和特性方程根據(jù)工作原理分析,即可列出其特性表，如表1：表1特性表r

8、sq01110000不變11不定基本rs觸發(fā)器的主要優(yōu)點(diǎn)是：(1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只要把兩個(gè)與非門或者或非門交叉連接起來(lái)即可，是觸發(fā)器的 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。(2) 具有置0,置1和保持功能，其特性方程為：r qn+1=s+/rqnlsr=0cc4043為高電平有效，違反約束條件即r=s=1時(shí)，q=l。4.2 lm393lm393如圖4所示，各引腳功能見表2。它由兩個(gè)獨(dú)立的電壓比較器構(gòu)成, 是雙路差分比較器。它的電源可以由單個(gè)正電壓供電，也可以由正負(fù)兩個(gè)電壓 供電。由于輸出是集電極開路，它可以和另外一個(gè)集電極開路的輸出構(gòu)成“與” 邏輯關(guān)系。該系列由兩個(gè)偏移電壓指標(biāo)低達(dá)2.0的獨(dú)立精密電壓比較器構(gòu)成。該產(chǎn)

9、品采用單電源操作設(shè)計(jì)，且適用電壓范圍廣。也可采用分離式電源，低電耗 不受電源電壓值影響。當(dāng)輸入端3的輸入電平高于輸入端2的輸入電平時(shí)，輸出 端1輸出高電平，反之，當(dāng)輸入端3的輸入電平低于輸入端2的輸入電平時(shí)，輸 出端1輸出低電平。圖4 lm393表2 lm393引腳功能管腳號(hào)管腳功能1比較器a輸出2比較器a反相輸入3比較器a同向輸入4電源-5比較器b同向輸入6比較器b反相輸入7比較器b輸出8電源+lm393的主要特性有：(1) 單電壓供電或雙電壓供電；(2) 寬工作電壓2v36v或者±1 v土 18 v;(3) 單路耗電電流(與供電電壓無(wú)關(guān))典型值0.4ma(ti,st),0.8ma

10、(utc)；(4) 低輸入偏置電流典型值25 na;(5) 低輸入失調(diào)電壓典型值2 mv;(6) 輸入共模電壓范圍甚至可以包括接地；(7) 差分輸入電壓范圍等于額定供電電壓范圍0±36v;(8) 低飽和輸出電壓；(9) 當(dāng)?shù)碗姾谋葮?biāo)準(zhǔn)比較器的優(yōu)勢(shì)明顯時(shí)，可直接與ttl及cmos邏輯 電路接口；(10) lm393的工作溫度范圍是0。(2到70°co4.3移位寄存器cc40154.3.1移位寄存器cc4015的結(jié)構(gòu)組成移位寄存器如圖5所示，它是串入-并出的寄存器，cd4015是由兩組獨(dú)立 的4位串入-并出移位寄存器組成。每組寄存器都有一個(gè)cp輸入端，一個(gè)清零 端r和一個(gè)串行數(shù)

11、據(jù)輸入端d。每位寄存單元都有輸出端引出，因而即可作串 行輸出，又可實(shí)現(xiàn)并行輸出。加在d端上的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘脈沖上升沿的作用下向右移位。當(dāng)在r端加高電平時(shí)，寄存器的輸出被全部清零。5000qq q q q qqq圖5移位寄存器4015通過(guò)信息在cd4015中的流動(dòng)過(guò)程，我們可知cd4015具有下述功能：(1) 從串行輸入到串行輸出，數(shù)據(jù)延遲了 4個(gè)時(shí)鐘周期。因此，cd4015可 用作延遲電路；(2) 串行數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)cd4015以后，轉(zhuǎn)換成了并行數(shù)據(jù)，可由q0q3端并行 輸出；(3) 可作為數(shù)據(jù)寄存器使用。4.3.2移位寄存器cc4015的工作原理把4個(gè)觸發(fā)器串接起來(lái)，就可以構(gòu)成一個(gè)移位寄存器，由4個(gè)邊

12、沿d觸發(fā)器 構(gòu)成的4位寄存器。數(shù)據(jù)從串行輸入端d1輸入，左邊觸發(fā)器的輸出作為右邊觸 發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入。表3移位寄存器的輸出狀態(tài)表cpq0q1q2q3000001d30002d2d3003d1d2d304)0d1d2d3假使移位寄存器的初始狀態(tài)為0000,先將數(shù)碼d3d2d1d0 （ 1101 ）從高位 （d3）至低位依次送到d1端，經(jīng)過(guò)第一個(gè)時(shí)鐘脈沖后，q0=d3。由于跟隨數(shù)碼 d3后面的數(shù)碼是d2,則經(jīng)過(guò)第二個(gè)時(shí)鐘脈沖后，觸發(fā)器ff0的狀態(tài)移入觸發(fā)器 ff1,而ff0變?yōu)樾碌臓顟B(tài)。即q 1=d3, q0=d2。依次類推，可得4位右向移位 寄存器的狀態(tài)，如表3可知，輸入數(shù)碼依次由低位觸發(fā)器移到高

13、位觸發(fā)器，做右 向移動(dòng)。經(jīng)過(guò)4個(gè)時(shí)鐘脈沖后，四個(gè)觸發(fā)器的輸出狀態(tài)q3q2q1q0與輸入數(shù)碼 d3d2d1d0相對(duì)應(yīng)。為了加深理解，在圖畫出了數(shù)碼1101（相當(dāng)于q3=l, q2=l, ql=0, q0=l）在寄存器中移位的波形，經(jīng)過(guò)4個(gè)脈沖后，1101出現(xiàn)在寄存器的 輸出端q3q2q1q0.這樣，就可將串行輸入（從d1端輸入）的數(shù)碼轉(zhuǎn)換為并行 輸出（從q3, q2, qi, q0端輸出）的數(shù)碼，以便打印或計(jì)算機(jī)的處理。在圖6中還畫出了第五個(gè)到第八個(gè)時(shí)鐘脈沖的作用下，輸入數(shù)碼在寄存器中 移位的波形。由圖可見，在第八個(gè)時(shí)鐘脈沖作用后，數(shù)碼端已經(jīng)全部移出寄存器 這說(shuō)明存入該寄存器的數(shù)碼也可以串行輸出

14、。cp 口門！d q0 iii q1 q2 q3 iii 圖6移位寄存器的輸出波形圖4.4同步計(jì)數(shù)器cc45184.4.1 cc4518的結(jié)構(gòu)組成半導(dǎo)體集成電路型cc4518 （圖7 ） cmos雙bcd十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器。 cp為輸入端時(shí)鐘端，時(shí)鐘允許端（en）和復(fù)位端cr, en=1 （高電平時(shí)）計(jì)數(shù) 脈沖cc4518的計(jì)數(shù)單元是t型觸發(fā)器，有兩個(gè)時(shí)鐘輸入端cp和en,如果要 用時(shí)鐘的上升沿觸發(fā)，則信號(hào)由cp端輸入，并使en端為1。4.4.2 cc4518的邏輯功能t型觸發(fā)器的特性方程是:qn+1=t/qn+/tq"10h12132(2122j23 qqqqqqqq22tou1

15、 n 1 2 2 cpencrcpencr2圖7同步計(jì)數(shù)器cc4518由特性方程可得：t觸發(fā)器的功能是t為1時(shí)，為計(jì)數(shù)器狀態(tài)，t為0時(shí)為 保持狀態(tài)。r/qn t=1q叫彳i qn t=0由此可得出t觸發(fā)器的邏輯功能表（表4）和其輸出波形圖（圖8）。表4t觸發(fā)器的邏輯功能表tqnqnt,00001110110圖8t觸發(fā)器的輸出波形4.5計(jì)數(shù)器4.5.1數(shù)字電路中的計(jì)數(shù)器從電路組成看，其主要組成單元是時(shí)鐘觸發(fā)器。計(jì)數(shù)器如圖9所示，它是計(jì) 數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路。由四片cc40110和四個(gè)共陰極led數(shù)碼管組成。十 進(jìn)制計(jì)數(shù)芯片cc40110具有加/減計(jì)數(shù)、鎖存、7段顯示譯碼、驅(qū)動(dòng)等功能。圖 中用4

16、片級(jí)聯(lián)組成0 9999加計(jì)數(shù)器，ct端接地（允許計(jì)數(shù)）。4.5.2 cc40110的功能介紹cc40110是一只集計(jì)數(shù)，移碼，驅(qū)動(dòng)為一體的四合電路，它即可作加法計(jì)數(shù)又可作減法計(jì)數(shù)。電路中vdd, vss分別為正負(fù)電源端，ag為數(shù)碼輸出端， cpu加計(jì)數(shù)脈沖輸入端，cpd為減計(jì)數(shù)脈沖輸入端，cr為清零端，高電平時(shí)計(jì) 數(shù)器清零，co為進(jìn)位脈沖輸入端，做加法計(jì)數(shù)時(shí)，每當(dāng)計(jì)滿10后輸出一個(gè)進(jìn) 位脈沖；bo為借位脈沖輸入端，作減法計(jì)數(shù)時(shí)，每計(jì)滿10后輸出一個(gè)借位脈 沖。/ct為觸發(fā)器控制端，/ct=0時(shí)計(jì)數(shù)器工作，/ct=1時(shí)計(jì)數(shù)器處于禁止?fàn)顟B(tài), 不計(jì)數(shù)。/le為鎖存控制端，當(dāng)/le=0時(shí)正常顯示，/l

17、e=1時(shí)顯示數(shù)被鎖存。它是十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，cpu是輸入加法計(jì)數(shù)脈沖，co是送給高位的輸出進(jìn)位信號(hào)，當(dāng)cp到來(lái)時(shí)要求電路按照8421 bcd碼進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。ac q d p q je q 。p j j onpe q a p u jki *7200rl*7200rl*7200qj號(hào)c q o p u j mpe q 。p u je q 。p u j he q 。p o j oi)圖9計(jì)數(shù)器4.6七段顯示譯碼器數(shù)字顯示電路通常由譯碼器、驅(qū)動(dòng)器和顯示器等部分組成，如圖10所示。下面對(duì)顯示器介紹。數(shù)碼管是利用不同發(fā)光段組合的方式顯示不同數(shù)碼的。因此，為了使數(shù)碼 管能將數(shù)碼所代表的數(shù)顯示出來(lái)，必須將

18、數(shù)碼經(jīng)譯碼器譯出，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)器點(diǎn)亮 對(duì)應(yīng)的段。例如，對(duì)于8421碼的0011狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為3,則譯碼驅(qū)動(dòng) 器使a, b, c, d, g各段點(diǎn)亮。即對(duì)應(yīng)于某一組數(shù)碼，譯碼器應(yīng)有確定的幾個(gè)輸 出段有信號(hào)輸出，這是分段式數(shù)碼管電路的主要特點(diǎn)。七段顯示譯碼器輸出高電 平有效，可以用作共陰極顯示器。寸9oorl*7200圖10七段顯示譯碼器4.7語(yǔ)音芯片isd1700介紹4.7.1 isd1700的結(jié)構(gòu)及工作模式isd1700是種單片優(yōu)質(zhì)語(yǔ)音錄放電路，該芯片提供多項(xiàng)新功能，包括內(nèi)置專 利的多信息管理系統(tǒng)，新信息提示，雙運(yùn)作模式（獨(dú)立&嵌入式），以及可定制 的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部包

19、含有自動(dòng)增益控制、麥克風(fēng)前置擴(kuò)大器、揚(yáng)聲 器驅(qū)動(dòng)線路、振蕩器與內(nèi)存的全方位整合系統(tǒng)功能。其外形如圖等11:i( 12142$s246237isd170022t20u1911ib怙17oib1415vc«teo kestf imo mosi suk s?aoalnimsjmt roytotagcauo * aux圖 11isd1700wfplay7tisd1700的功能特點(diǎn)有:(1) 可錄、放音十萬(wàn)次，存儲(chǔ)內(nèi)容可以斷電保留一百年；(2) 兩種控制方式，兩種錄音輸入方式，兩種放音輸出方式；(3) 可處理多達(dá)255段信息；(4) 有豐富多樣的工作狀態(tài)提示；(5) 多種采樣頻率對(duì)應(yīng)多種錄放時(shí)

20、間；(6) 音質(zhì)好，電壓范圍寬，應(yīng)用靈活，價(jià)廉物美。芯片的采樣頻率可以通過(guò)調(diào)節(jié)震蕩電阻來(lái)改變，從而決定錄放時(shí)間和錄放音 質(zhì)。表3為其參數(shù)表：表5 isd1700的參數(shù)時(shí)間(秒)2030374560采樣率(khz)1286.45.34rosc 阻值（kq ）6080100120160isd1700的獨(dú)立按鍵工作模式錄放電路非常簡(jiǎn)單，而且功能強(qiáng)大。不僅有錄、 放功能，還有快進(jìn)、擦除、音量控制、直通放音和復(fù)位等功能。這些功能僅僅通 過(guò)按鍵就可完成。在按鍵模式工作時(shí)，芯片可以通過(guò)led管腳給出信號(hào)來(lái)提 示芯片的工作狀態(tài)，并且伴隨有提示音，用戶也可自定4種提示音效。按下rec 鍵，rec管腳電平變低后開

21、始錄音，直到松開按鍵使電平拉高或者芯片錄滿時(shí)結(jié) 束。錄音結(jié)束后，錄音指針自動(dòng)移向下一個(gè)有效地址。而放音指針則指向剛剛錄 完的那段語(yǔ)音地址。放音操作有兩種模式，分別是邊沿觸發(fā)和電平觸發(fā)，都由 play管腳觸發(fā)。邊沿觸發(fā)模式時(shí)，點(diǎn)按一下play鍵，play管腳電平變低 便開始播放當(dāng)前段的語(yǔ)音，并在遇到eom標(biāo)志后自動(dòng)停止。放音結(jié)束后，播 放指針停留在剛播放的語(yǔ)音起始地址處，再次點(diǎn)按放音鍵會(huì)重新播放剛才的語(yǔ) 音。在放音期間，led燈會(huì)閃爍直到放音結(jié)束時(shí)熄滅。如果在放音期間點(diǎn)按放 音鍵會(huì)停止放音。電平放音模式時(shí)，一直按住play鍵，使play管腳電平持 續(xù)為低，那么會(huì)將芯片內(nèi)所有語(yǔ)音信息播放出來(lái)，并且

22、循環(huán)播放直到松開按鍵將 play管腳電平拉高。在放音期間led閃爍。當(dāng)放音停止，播放指針會(huì)停留在 當(dāng)前停止的語(yǔ)音段起始位置。本設(shè)計(jì)中采用電平放音模式。4.7.2 isd1700的管腳功能表6 isd1700管腳功能管腳名稱pdip/soic 管腳引腳說(shuō)明vccd1數(shù)字電路電源/led2led指示信號(hào)輸出/reset3芯片復(fù)位miso4spi接口的串行輸出。tsd1700在sclk下降沿 之前的半個(gè)周期將數(shù)據(jù)放置在miso端。數(shù)據(jù)在 sclk的下降沿時(shí)移出mos15spi接口的數(shù)據(jù)輸入端口。主控制芯片在sclk 上升沿之前的半個(gè)周期將數(shù)據(jù)放置在mosi端。數(shù)據(jù) 在sclk上升沿被鎖存在芯片內(nèi)。此

23、管腳在空閑時(shí)， 應(yīng)該被拉高sclk6spi接口的時(shí)鐘。由主控制芯片產(chǎn)生，并且被用來(lái) 同步芯片mosi和miso端各自的數(shù)據(jù)輸入和輸 出。此管腳空閑時(shí)，必須拉高。/ss7為低時(shí)，選擇該芯片成為當(dāng)前被控制設(shè)備并且開啟spi接口?？臻e時(shí)，需要拉高。vssa8模擬地ana in9芯片錄音或直通時(shí)，輔助的模擬輸入。需要一個(gè)交 流耦合電容（典型值為0.1 uf ）,并且輸入信號(hào)的幅 值不能超出l.ovpp。 apc寄存器的d3可以決定 ana in信號(hào)被立刻錄制到存儲(chǔ)器中，與mic信號(hào)混合 被錄制到存儲(chǔ)器中，或者被緩存到喇叭端，并由直通線 路從aud/aux輸出。mic+10麥克風(fēng)輸入+mig11麥克風(fēng)輸

24、入vssp212負(fù)極pwm喇叭驅(qū)動(dòng)器地sp-13喇叭輸出vccp14pwm喇叭驅(qū)動(dòng)器電源sp+15喇叭輸出+vssp116正極pwm喇叭驅(qū)動(dòng)器地aud/aux17輔助輸出，決定于apc寄存器的d7 ,用來(lái)輸出 一個(gè)aud或aux輸出。aud是一個(gè)單端電流輸 出，而aux out是一個(gè)單端電壓輸出。他們能夠被用 來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)外部揚(yáng)聲器。出廠默認(rèn)設(shè)置為aud。apc 寄存器的d9可以使其掉電。agc18自動(dòng)增益控制/vol19音量控制rosc20振蕩電阻，rosc用一個(gè)電阻連接到地，決定芯 片的采樣頻率vcca21模擬電路電源/ft22在獨(dú)立芯片模式下，當(dāng)ft 一直為低，ana in直 通線路被激活

25、。ana in信號(hào)被立刻從ana in經(jīng)由音 量控制線路發(fā)射到喇叭以及aud/aux輸出。不過(guò)， 當(dāng)在spi模式下，spi無(wú)視這個(gè)輸入，而且直通線路 被apc寄存器的d0所控制。該管腳有一個(gè)內(nèi)部上拉 設(shè)備和一個(gè)內(nèi)部防抖動(dòng)電路，允許使用按鍵開關(guān)來(lái)控 制開始和結(jié)束。/play23播放控制端/rec24錄音控制端/erase25擦除控制端/fwd26快進(jìn)控制端rdy /int27一個(gè)開路輸出。ready（獨(dú)立模式）該管腳在錄音，放音，擦除和 指向操作時(shí)保持為低，保持為高時(shí)進(jìn)入掉電狀態(tài)。interrupt spi模式）在完成spi命令后，會(huì)產(chǎn)生 一個(gè)低信號(hào)的中斷。一旦中斷消除，該管腳變回為高。vssd

26、2s數(shù)字地5部分電路工作原理介紹5.1音樂(lè)及控制脈沖產(chǎn)生電路分析如圖11為音樂(lè)及控制脈沖產(chǎn)生電路。電路中心控制芯片為isd1700語(yǔ)音芯 片，在本電路中芯片采用獨(dú)立按鍵工作模式，且通過(guò)led管腳給出信號(hào)來(lái)提示芯 片的工作狀態(tài)。d1即為指示燈。按下rec鍵，芯片為錄音狀態(tài)，同時(shí)開啟音樂(lè) 播放和超聲波脈沖產(chǎn)生器，這時(shí)芯片同時(shí)把音樂(lè)和脈沖錄進(jìn)芯片中，這時(shí)它們就 存儲(chǔ)在芯片中。播放時(shí)，采用電平放音模式，按下play開關(guān)，使其管腳一直處 于低電平狀態(tài)，這樣芯片就一直重復(fù)播放音樂(lè)及超聲脈沖。音樂(lè)通過(guò)管腳aud經(jīng) 放大后播放，以用來(lái)伴奏，而混聲通過(guò)aud管腳再經(jīng)過(guò)一高通濾波器后，只剩下 超聲脈沖，該脈沖即為

27、電路的可變控制脈沖，接至主控電路。我們通過(guò)可變電阻 rs來(lái)改變芯片的采樣頻率，從而決定錄放時(shí)間和錄放音質(zhì)。這樣就能改變脈沖 的頻率，從而改變擺繩的頻率。同時(shí)音樂(lè)播放速率也同時(shí)改變，這就保證了音樂(lè) 播放速率與擺繩頻率同步的目的。我們之所以把音樂(lè)和脈沖一起錄進(jìn)芯片，就使為了保證二者的同時(shí)改變，以求達(dá)到同步的目的。圖12音樂(lè)及脈沖產(chǎn)生電路5.2信號(hào)的發(fā)射與接收信號(hào)的發(fā)射與接收電路如圖12所示，從圖5輸入端a1"a8分別接在移位器 的8個(gè)輸出端口，正常工作時(shí)，這8個(gè)信號(hào)輸入端依次僅有一個(gè)有效信號(hào)輸入, 假使信號(hào)的輸入端a1有高電平輸入時(shí)，三極管tl、t9導(dǎo)通，電流從三極管t9 的基極流出，經(jīng)

28、過(guò)發(fā)光二極管陽(yáng)l1流向三極管t1的集電極，同時(shí)發(fā)光二極管l1 發(fā)光，小喇叭發(fā)音提示燈光在擺動(dòng)，如果此時(shí)屬于正常跳繩，即沒有發(fā)生腳阻擋 燈光的犯規(guī)現(xiàn)象，信號(hào)接入端的二極管受到光照后，阻值變小，此時(shí)經(jīng)過(guò)它的電 平仍為高電平，此高電平使該線路上的另一個(gè)二極管導(dǎo)通，輸出高電平加在比較 器lm393的同相輸入端，三極管t9的集電極經(jīng)過(guò)電阻r29降將壓后接入比較器的反相輸入端，此時(shí)反相輸入端的輸入電壓低于同相輸入端的電壓，比較器輸出 端1輸出高電平，此時(shí)該三極管t12不導(dǎo)通，即m點(diǎn)處的電平為低電平，經(jīng)過(guò)觸 發(fā)器4043作用后輸出低電平，此時(shí)犯規(guī)計(jì)數(shù)器不計(jì)數(shù)。圖13信號(hào)的發(fā)射與接收假使跳繩的人腳阻擋燈光時(shí)，

29、即處于犯規(guī)的情況下，信號(hào)接受端的二極管不 能接受到信號(hào)發(fā)射端二極管發(fā)射的光，此時(shí)則二極管la1的電阻較大，那么由三 極管t9集電端提供的高電平經(jīng)過(guò)二極管la1變?yōu)榈碗娖?，這時(shí)的低電平不能使 本線路中的二極管導(dǎo)通，此低電平接入比較器lm393的同相輸入端，三極管t9 的集電極經(jīng)過(guò)電阻r29將壓后接入比較器的反相輸入端，此時(shí)比較器的反相輸入 端的電壓高于同相輸入端的電壓，則比較器的輸出端的輸出電壓為低電壓，此時(shí) 三極管t12導(dǎo)通，集電極輸出高電平，接入觸發(fā)器的輸入端s2端，則觸發(fā)器輸 出端q23為高電平，這時(shí)犯規(guī)計(jì)數(shù)器開始工作，計(jì)數(shù)加1,記下犯規(guī)的次數(shù)。同理，依次類推，人2、a3、a4、a5、a6

30、、a7、a8的工作原理與a1處的工作 原理是相同的。當(dāng)a1"a8所接受的電平為低電平時(shí)，三極管t1"t11均不導(dǎo)通， 比較器lm393的兩個(gè)輸入端輸入的均是低電平，此時(shí)比較器沒有輸出。跳繩計(jì)數(shù) 器和犯規(guī)計(jì)數(shù)器均不計(jì)數(shù)。在此說(shuō)明的是發(fā)光二極管0108也是依次發(fā)光的，只要有一個(gè)輸入端口 ai （i=h 2、3、4、5、6、7、8）接的是高電平，那么它所接的三極管t9就導(dǎo)通, 如果是正常跳繩，則小喇叭發(fā)音提示燈光在掃描，犯規(guī)計(jì)數(shù)器不工作；如果出現(xiàn) 犯規(guī)現(xiàn)象，小喇叭發(fā)音同時(shí)犯規(guī)計(jì)數(shù)器記犯規(guī)次數(shù)。信號(hào)發(fā)射端的端口與接收端 的端口是一一對(duì)應(yīng)的。當(dāng)a8所接的電平為高電平時(shí)，并且是正常跳繩

31、，則跳繩 計(jì)數(shù)器開始工作計(jì)數(shù)加l5.3擺繩落地提示電路當(dāng)燈光掃描擺動(dòng)時(shí)，圖13是燈光模擬擺繩發(fā)出提示的電路，當(dāng)三極管t9導(dǎo) 通時(shí)，t9發(fā)射極是高電平，此時(shí)高電平通過(guò)電阻r18作用于三極管t11的基極, 使三極管t10, t11導(dǎo)通，由于小喇叭（由電感線圈組成的震蕩器）的上端與t11 的發(fā)射端相連，因此這時(shí)小喇叭的上端為正極，下端與地相連，因此小喇叭的下 端為負(fù)極；同時(shí)三極管t10的發(fā)射極對(duì)電容c2充電，在充電的過(guò)程中，三極管 t11的基極的電流不斷的增大，當(dāng)電容充電結(jié)束時(shí)，三極管t10的電流達(dá)到飽和 狀態(tài)，三極管截止；然后電容c2開始放電，放電的過(guò)程中，使得通過(guò)三極管t10 的電流減小，即通過(guò)

32、振蕩器小喇叭的電流減小，此時(shí)使得小喇叭的極性發(fā)生改變, 上端為負(fù)極，下端為正極，此時(shí)震蕩器震蕩發(fā)音提示燈在掃描。當(dāng)電容c2放電 結(jié)束后，通過(guò)三極管t10重新對(duì)電容充電。開始了新的循環(huán)工作；當(dāng)燈光不擺動(dòng) 時(shí)，三極管t9不導(dǎo)通，此時(shí)電阻r18的兩端沒有電壓，此時(shí)三極管t10、t11不 導(dǎo)通，小喇叭不發(fā)音，表明燈光沒有擺動(dòng)。圖14振蕩電路圖6整體電路介紹61總的工作原理分析（主控電路原理圖見圖15）當(dāng)脈沖信號(hào)到來(lái)時(shí)，作用于移位器4015時(shí)，移 位器復(fù)位，當(dāng)按下按鈕sb,這時(shí)觸發(fā)器的so輸入端為高電平，根據(jù)觸發(fā)器的邏 輯功能，此時(shí)觸發(fā)器輸出端輸出的是高電平，即輸出正脈沖，此脈沖接入移位寄 存器4015

33、的輸入端d1,即數(shù)據(jù)輸入端，此時(shí)移位器的輸出端q10(al)為高電平, 其它端均為低電平，q10輸出的高電平又接入觸發(fā)器的r0輸入端，此時(shí)由于觸 發(fā)器的so接入的也是低電平，則觸發(fā)器輸出端q0為低電平，當(dāng)下一次掃描脈 沖來(lái)臨時(shí),移位器4015的輸出端q10變?yōu)榈碗娖?將高電平移向輸出端q 11(a2), 此時(shí)其它輸出端均為低電平，當(dāng)?shù)谌齻€(gè)掃描脈沖來(lái)臨時(shí)，移位器4015輸出端q11 變?yōu)榈碗娖?，輸出端q12(a3)變?yōu)楦唠娖剑瑯?，其它的輸出端均為低電平。同理，依次類推，q13(a4), q20(a5), q21(a6), q22(a7), q23(a8)依次變 為高電平。在燈光掃描擺動(dòng)過(guò)程中，

34、振蕩電路一直振蕩發(fā)音提示燈光在模擬擺繩。當(dāng)輸出端q23是高電平時(shí)，則跳繩機(jī)計(jì)數(shù)器開始工作，并加1,此處的計(jì)數(shù) 器計(jì)的是繩子擺動(dòng)的次數(shù)，如果跳繩犯規(guī)，則犯規(guī)計(jì)數(shù)器開始工作并加1,記下 犯規(guī)的次數(shù)。則成功跳繩次數(shù)等于模擬跳繩機(jī)擺繩擺動(dòng)的次數(shù)減去犯規(guī)的次數(shù)。當(dāng)輸出端q23是高電平時(shí)，同時(shí)輸出端q23將高電平接入觸發(fā)器4043的 r1輸入端，由于此時(shí)觸發(fā)器的另一個(gè)輸入端s1接入的是低電平，由觸發(fā)器的工 作原理可的得，此時(shí)觸發(fā)器的輸出端q1為低電平。觸發(fā)器的輸出端q1的低電 平接入計(jì)數(shù)器4518的復(fù)位端cr1和cr2,使掃描時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器4518處于不 復(fù)位狀態(tài)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。當(dāng)脈沖來(lái)臨時(shí)，計(jì)數(shù)器45

35、18的低位部分開始從0000狀態(tài)計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 4518低位部分的狀態(tài)由0000計(jì)數(shù)到1000時(shí)，由于低位部分的最高位q13與高 位部分脈沖輸入端cp2相連，此時(shí)低位向高位部分進(jìn)1,此時(shí)低位部分為1000, 高位部分由0000變?yōu)?001,當(dāng)下一個(gè)脈沖來(lái)臨時(shí)，低位部分加1變1001,再來(lái) 一個(gè)脈沖后，由于計(jì)數(shù)器4518是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，因此它由1001變?yōu)?000,又 開始進(jìn)行循環(huán)計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器4518低位部分的狀態(tài)由1000計(jì)數(shù)到下一個(gè)1000 時(shí)，一共經(jīng)歷了十個(gè)脈沖，此時(shí)低位再次向高位部分進(jìn)1,高位部分由0001變 為0010。同理，當(dāng)計(jì)數(shù)器4518低位部分第三次次向高位部分進(jìn)1,高位部分由

36、 為0011。依次到0111時(shí)，此時(shí)共計(jì)數(shù)68個(gè)脈沖，這時(shí)計(jì)數(shù)器的高位部分的輸 出端q20, q21, q22都為高電平，這三個(gè)高電平分別作用二極管d3, d4, d5 的負(fù)極，此時(shí)這的三個(gè)二極管均不導(dǎo)通，則二極管d3, d4, d5的正極為高電 平，那么這時(shí)加在二極管d2正極的電平為高電平，二極管d2導(dǎo)通，此時(shí)接入 觸發(fā)器4043的輸入端so、s1均為高電平，根據(jù)觸發(fā)器的工作原理可得，觸發(fā)器 的輸出端q0、q1均為高電平，觸發(fā)器q1端的高電平使計(jì)數(shù)器4518停止計(jì)數(shù) 工作，觸發(fā)器q0端的高電平使移位器4015開始進(jìn)行循環(huán)輸出，則燈光開始進(jìn) 行循環(huán)性的掃描擺動(dòng)工作。rec play itras

37、it :fwd vol reski' ft *ss sc/lk n1osi :miso mic+ :mig .analn rose agcledvxdvksdvfccavssa . vxp .visplvsp2 sp+sp- aud-i ntr6diiicl5r7ariv '/rll410krl2rio iokcc4o43艮層§£2ri21 )ks 9 §cc0?5iiiq q qrhb5lfh圖15主控電路圖7結(jié)論畢業(yè)論文是我們本科生在學(xué)習(xí)階段的一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的 機(jī)會(huì)，通過(guò)這次比較完整的模擬跳繩機(jī)的設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)

38、狀 態(tài)。和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的能力，同時(shí)也增 強(qiáng)我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及專業(yè)軟件制圖等非專業(yè)能力，而且通過(guò)對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到 了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志力、抗壓能力及耐力水平也都得到了不同程 度的提升。這是我們都希望看到的，也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過(guò)程繁瑣，但我的收獲卻更加豐富。通過(guò)查找資料, 設(shè)計(jì)電路以及制作電路，能夠讓人詳細(xì)對(duì)跳繩機(jī)的工作原理、操作過(guò)程以及使用 方法有一個(gè)深刻的理解。各種芯片的適用條件，各種元件設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，我都 是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉

39、并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。在設(shè)計(jì)成形后，為了進(jìn)一步的完善燈光模擬跳繩機(jī)對(duì)人是否進(jìn)入跳繩區(qū)域， 可以在離地高度約一米處安裝一個(gè)主要由四個(gè)發(fā)光二極管和四個(gè)接收二極管組 成的燈光發(fā)射與接收電路來(lái)檢測(cè)人是否進(jìn)入跳繩區(qū)域。設(shè)計(jì)方法和燈光的發(fā)射與 接收一樣，只是少了四個(gè)發(fā)射與接收的二極管，然后輸出端作為觸發(fā)器4043的 一個(gè)輸入端，另一個(gè)輸入端是移位器4015輸出端q3 （10端），觸發(fā)器的輸出端 接入跳繩次數(shù)計(jì)數(shù)器，當(dāng)人進(jìn)入跳繩區(qū)域時(shí)，身體將阻擋上部的燈光接收電路, 燈光的發(fā)射與接收電路部分輸出高電平使觸發(fā)器輸出高電平，則計(jì)數(shù)器開始計(jì)擺 繩次數(shù)。相反，當(dāng)人沒有進(jìn)入跳繩區(qū)域時(shí)，觸發(fā)器4043輸出低電平，則擺繩計(jì) 數(shù)器

40、不計(jì)數(shù)。在電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，每一部的設(shè)計(jì)都必須是正確無(wú)誤的，都需要 一絲不茍，精益求精的刻苦鉆研精神。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，和老師的溝通交流更使我從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度對(duì)設(shè)計(jì)有了新的 認(rèn)識(shí)，也對(duì)自己提出了新的要求。要想更完美的進(jìn)行，與其他專業(yè)人才及老師的 交流溝通也是很有必要的。這期間我請(qǐng)教了關(guān)于單片機(jī)、plc、家電等多方面的 各位老師，更加理清了模擬跳繩機(jī)各部分電路的原理知識(shí)。提高是有限的，但提 高也是全面的，正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了無(wú)數(shù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，讓我的頭腦更好的被 知識(shí)武裝了起來(lái)，也必然會(huì)讓我在未來(lái)的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更 強(qiáng)的溝通力和理解力。順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識(shí)的同時(shí) 也對(duì)本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。雖然有些地方還有不足，但正是因?yàn)檫@些不足 在一定程度上給了我們無(wú)限的創(chuàng)造力，也是我們更好的去研究、更好的去創(chuàng)造的 最大動(dòng)力，只有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、面對(duì)問(wèn)題，才有可能解決問(wèn)題，不足和遺憾不會(huì)給我 打擊，只會(huì)更好的鞭策我前行，今后我更會(huì)關(guān)