課程設(shè)計(jì)-智能裁判輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)（說明書）智能裁判輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)班級學(xué)號學(xué)生姓名指導(dǎo)教師

沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目智能裁判輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求：一、設(shè)計(jì)說明與技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)可應(yīng)用于智能車大賽的智能裁判輔助系統(tǒng)，技術(shù)指標(biāo)如下：此智能裁判輔助系統(tǒng)可根據(jù)要求選擇單車圈速計(jì)時(shí)模式或雙車競速計(jì)時(shí)模式；單車模式下，利用一組數(shù)碼管給出單車完成一圈所耗時(shí)間；雙車模式下，用兩組數(shù)碼管分別給出每車所耗時(shí)間，比賽完成后利用一位數(shù)碼管明確給出勝利車輛信息（如A車勝利顯示A，B車勝利顯示B）；時(shí)間要求精確至0.01秒；賽道開始線與停止線為同一條線，賽車通過開始線開始計(jì)時(shí)（即智能裁判輔助系統(tǒng)在此存在傳感器）；賽車通過停止線停止計(jì)時(shí)；所有賽車完成比賽后給出聲音提示；下次比賽開始前，裁判可手動(dòng)將智能裁判輔助系統(tǒng)復(fù)位；根據(jù)智能車大賽要求，車輛通過停止線30CM范圍內(nèi)完全靜止，超過30CM范圍完成靜止的車輛加罰時(shí)5秒，因此要求智能裁判輔助系統(tǒng)可以自行完成車輛停止?fàn)顟B(tài)監(jiān)測，對于違規(guī)車輛可以自行進(jìn)行加時(shí)處罰，并在其對應(yīng)所有數(shù)碼管上顯示最終成績。二、設(shè)計(jì)要求1．在選擇器件時(shí)，應(yīng)考慮成本。2．根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計(jì)算確定電路和元器件參數(shù)。3．畫出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。三、實(shí)驗(yàn)要求1．根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實(shí)驗(yàn)方案；驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路，用軟件仿真。2．進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析。四、推薦參考資料1.童詩白，華成英主編．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．[M]北京：高等教育出版社，2006年五、按照要求撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告成績評定表：序號評定項(xiàng)目評分成績1設(shè)計(jì)方案正確，具有可行性，創(chuàng)新性（15分）2設(shè)計(jì)結(jié)果可信（例如：系統(tǒng)分析、仿真結(jié)果）（15分）3態(tài)度認(rèn)真，遵守紀(jì)律（15分）4設(shè)計(jì)報(bào)告的規(guī)范化、參考文獻(xiàn)充分（不少于5篇）（25分）5答辯（30分）總分最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導(dǎo)教師簽字：2016年7月3日一、概述智能車輛作為智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，能夠提高駕駛安全性，降低日趨嚴(yán)重的交通事故發(fā)生率，大幅改善公路交通效率，在某種程度上緩解能源消耗和環(huán)境污染等問題。這是一個(gè)能夠?qū)⑵嚠a(chǎn)業(yè)、交通系統(tǒng)和信息產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合起來的新型領(lǐng)域。在歐州、美國和日本等發(fā)達(dá)國家，智能車的發(fā)展大步向前，國內(nèi)的實(shí)際差距還不是很大，所以一定要抓住機(jī)遇來發(fā)展智能車產(chǎn)業(yè)。目前在我國發(fā)展智能車會(huì)遇到一些問題，比如高投入、長周期、缺人才、淡理念等等，國內(nèi)主機(jī)廠參與高校的智能車比賽中，實(shí)際涉及的核心技術(shù)不多，原因之一是主機(jī)廠對無人車的技術(shù)前景、技術(shù)儲(chǔ)備認(rèn)識(shí)不足，要解決淡理念的問題，就要深入對智能車的理解。智能車大賽將成為今后推廣智能車的一個(gè)重要途徑。此次課設(shè)的要求是設(shè)計(jì)一個(gè)可應(yīng)用于智能車大賽的智能裁判輔助系統(tǒng)。智能裁判輔助系統(tǒng)的存在，首先可以幫助裁判完成對比賽結(jié)果的鑒定，既可以使智能車大賽的比賽公平公正，又不失效率?？梢詭椭门杏?jì)時(shí)，公布結(jié)果，以及監(jiān)測一些車輛的停車狀態(tài)。給裁判帶來方便，今后在實(shí)際中可以得到廣泛的應(yīng)用，有著很好的發(fā)展前景?？紤]到智能裁判輔助系統(tǒng)可以選擇單車圈速計(jì)時(shí)模式和雙車競速計(jì)時(shí)模式，所以至少需要兩組計(jì)時(shí)器來顯示時(shí)間?？傮w分為三大模塊：第一先做出計(jì)時(shí)器系統(tǒng)；第二做出比賽操作系統(tǒng)；第三做出加時(shí)處罰系統(tǒng)。做出的仿真圖中最核心的就是計(jì)時(shí)器部分，主要應(yīng)用了74LS160集成同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，可以作為分鐘部分和秒鐘部分的個(gè)位計(jì)數(shù)，以及毫秒部分的十位和個(gè)位計(jì)數(shù)，也可以通過置數(shù)端引入六進(jìn)制，作為分鐘部分和秒鐘部分十位計(jì)數(shù)。時(shí)間精確度要求是0.01s，所以要控制好脈沖源的頻率，采用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器的輸出信號來給計(jì)時(shí)器電路提供脈沖源是一種較好的選擇。比賽操作系統(tǒng)部分主要是通過人為的兩組換路開關(guān)來表示賽車比賽的開始和結(jié)束。手動(dòng)復(fù)位時(shí)，使用74LS160引腳的置零端，無論是單車模式還是雙車模式，都可以改變該引腳的高低電平信號來進(jìn)行手動(dòng)清零。加時(shí)處罰部分中，主要是利用74LS183全加器將需要加罰5秒的車輛一圈用時(shí)時(shí)間增加5秒。這份報(bào)告中將詳細(xì)的說明這三大模塊是如何實(shí)現(xiàn)的，包括方案的論證，具體的子功能圖的設(shè)計(jì)和性能的測試。最后將實(shí)現(xiàn)所有功能。二、方案論證在概述中所提到的三大模塊，是做出總電路圖的整體思路，在其基礎(chǔ)上又添加了一些詳細(xì)的子功能圖。整個(gè)系統(tǒng)總體的原理框圖如下圖1所示：圖1智能裁判輔助系統(tǒng)電路的原理框圖在所完成電路的仿真圖中，這些功能圖都能很好的實(shí)現(xiàn)，其中，最重要的一大模塊就是計(jì)時(shí)器系統(tǒng)，也是本課設(shè)題目的核心部分。智能裁判管理系統(tǒng)是由一些小電路組合起來進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整體，這些子功能的原理敘述如下：脈沖產(chǎn)生用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生的信號穩(wěn)定且周期為0.01秒，產(chǎn)生的脈沖信號直接加在毫秒部分74LS160的CLK端即可。555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路，使用靈活、方便，性價(jià)比比較高。計(jì)時(shí)器的毫秒部分顯示一般是由0~99然后向前一位進(jìn)1，使用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160，同步計(jì)數(shù)功能，將低位片的進(jìn)位端接入高位片的ENT,ENT端，低位片每當(dāng)?shù)?（1001），進(jìn)1，向前給ENP,ENT傳遞一個(gè)高電平信號，開始計(jì)數(shù)增加1，此時(shí)低位片又從0開始計(jì)數(shù)，ENP,ENT恢復(fù)低電平，輸出端保持不變，這樣依次變化。再將其輸出的二進(jìn)制數(shù)接入譯碼器74LS47輸入端，在輸出端接入七段數(shù)碼管即可顯示由0到9。計(jì)時(shí)器的分鐘秒鐘部分，秒鐘的個(gè)位數(shù)是由0（0000）到9（1001），向十位進(jìn)1，十位數(shù)是由0（0000）到5（0101）向分鐘個(gè)位進(jìn)1，六進(jìn)制的計(jì)數(shù)可以通過置數(shù)端來實(shí)現(xiàn)。分鐘部分的十位與個(gè)位與秒鐘原理相同，只是個(gè)位接受了秒鐘十位的進(jìn)位。顯示勝利車輛部分，選擇了左數(shù)第一個(gè)數(shù)碼管顯示器來顯示勝利車輛（1車或2車）信息，首先比較兩車用時(shí)時(shí)間的長短，使用多位數(shù)值比較器74LS85，進(jìn)行輸出端兩位二進(jìn)制數(shù)的比較，輸出的大于等于以及小于的高低電平信號傳遞給左數(shù)第一個(gè)數(shù)碼管的置數(shù)輸入端。比賽操作系統(tǒng)部分的單車和雙車模式的選擇是通過兩個(gè)換路開關(guān)連接脈沖源來控制的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，如果選擇單車模式就將其中任意一個(gè)開關(guān)換路到脈沖源電路，則一組數(shù)碼管開始計(jì)數(shù)；如果選擇雙車模式就將兩個(gè)換路開關(guān)都切換到脈沖源電路，則兩組數(shù)碼管都開始計(jì)數(shù)，當(dāng)兩車都到達(dá)終點(diǎn)后，會(huì)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，蜂鳴器發(fā)出聲音。比賽操作系統(tǒng)部分的手動(dòng)復(fù)位清零電路是通過74LS160芯片的清零端連接單刀單擲開關(guān)再連接VCC，開關(guān)閉合時(shí)正常計(jì)數(shù)，開關(guān)斷開后數(shù)碼管示數(shù)都為0，賽車通過開始線和停止線是由換路開關(guān)接脈沖源人為控制其是否進(jìn)行計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。加時(shí)處罰系統(tǒng)，采用的是全加器74LS183實(shí)現(xiàn)兩位二進(jìn)制數(shù)的相加。選擇將5（當(dāng)違規(guī)時(shí)選擇5）或者0（未違規(guī)時(shí)選擇0）和計(jì)數(shù)器的輸出端數(shù)值相加。判斷是否違規(guī)時(shí)，分別通過兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)人為來決定。這種全加器電路結(jié)構(gòu)簡單，在運(yùn)算速度要求不高的設(shè)備中，這個(gè)加法器不失為一種可取的電路。三、電路設(shè)計(jì)1、脈沖源產(chǎn)生電路脈沖信號發(fā)生器是由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器，信號產(chǎn)生后，連接到毫秒部分十位和個(gè)位計(jì)數(shù)器的CLK端。子功能圖如圖2所示。接通電源后，輸出假定是高電平，電容C1充電。充電回路是VCC—R1—R2—C1—地，按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)上升到2Vcc/3時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。Vo是低電平，C1放電，放電回路為C1—R2—T—地，按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)下降到VCC/3時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，電容再次充電，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。電路的振蕩周期T的計(jì)算公式為：（1）本次課設(shè)需要的周期是0.01s，在公式（1）中將T代入0.01，計(jì)算出較為穩(wěn)定的電阻電容值為：R1=100Ω,R2=20Ω,C1=100μF,C2=0.01μF。圖2脈沖信號產(chǎn)生電路2、毫秒部分電路主要使用的芯片為計(jì)數(shù)器74LS160，它的功能如表1所示。表174LS160功能表圖2中脈沖信號產(chǎn)生電路的輸出端，接入計(jì)數(shù)器74LS160的CLK端，為了保證計(jì)數(shù)器的正常計(jì)數(shù)，將~CLR（置零端）和~LOAD（置數(shù)端）接無效的高電平及電源VCC，數(shù)值輸出端QD、QB、QC、QA分別接入譯碼器的D、C、B、A端，具體電路圖如圖3所示。在圖3中，右邊的計(jì)數(shù)器是低位片，輸出由0（0000）到9（1001）循環(huán)計(jì)數(shù)，當(dāng)輸出為9（1001）時(shí)，RCO進(jìn)位輸出端由低電平跳變成高電平，此時(shí)，左邊的計(jì)數(shù)器ENP和ENT端由0跳變成1，CLK同步于右邊的計(jì)數(shù)器，參考表1得知，滿足計(jì)數(shù)條件，在原來數(shù)值基礎(chǔ)上計(jì)數(shù)增加，然后低位片又從0000開始計(jì)數(shù)，RCO跳變成低電平，所以左邊的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)只增加1，就繼續(xù)保持輸出的數(shù)值，等待下一個(gè)RCO的高電平信號時(shí)才實(shí)現(xiàn)加1。計(jì)數(shù)器輸出的二進(jìn)制數(shù)將通過譯碼器和數(shù)碼管，在數(shù)碼管上顯示十進(jìn)制的數(shù)值?？梢詫?shí)現(xiàn)毫秒部分功能，最終顯示數(shù)值由0~99。與非門的兩個(gè)輸入端接左邊計(jì)數(shù)器輸出端的QA和QD，輸出端連接了秒鐘部分個(gè)位CLK端。當(dāng)左邊計(jì)數(shù)器輸出數(shù)值達(dá)到1001時(shí)，A、D與非之后得0，輸出端將輸出0；當(dāng)左邊計(jì)數(shù)器輸出數(shù)值0000到1000時(shí)，與非之后得1，輸出端一直為0。該輸出端為CLK端提供脈沖信號。圖3毫秒部分電路3、分鐘、秒鐘部分電路分鐘秒鐘部分電路如圖4所示，圖中的左邊兩組是分鐘部分的十位和個(gè)位，右邊兩組是秒鐘部分的十位和個(gè)位，分鐘部分和秒鐘部分原理相似，所以只介紹秒鐘部分。秒鐘部分個(gè)位想要實(shí)現(xiàn)從0（0000）到9（1001）的計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)9（1001）時(shí)，秒鐘十位增加1，十位要從0（0000）到5（0101）計(jì)數(shù)。這樣數(shù)碼管可以顯示到秒鐘部分是由0到59，然后分鐘部分增加1。圖4分鐘秒鐘部分電路圖圖3中的輸出端接入了秒鐘部分個(gè)位計(jì)數(shù)器的CLK端，參考表1計(jì)數(shù)器的功能表，CLK由0到1跳變（及上升沿到達(dá)）時(shí)，進(jìn)行計(jì)數(shù)，所以每當(dāng)毫秒十位為9（1001）時(shí)，CLK信號會(huì)發(fā)生跳變，秒鐘個(gè)位增加1。秒鐘個(gè)位計(jì)數(shù)由0（0000）到8（1000）時(shí)，個(gè)位的與非門輸出端一直為1，只有當(dāng)秒鐘個(gè)位計(jì)數(shù)到9（1001）時(shí)，十位CLK獲得0信號，在0恢復(fù)1的過程中，滿足獲得上升沿計(jì)數(shù)條件，輸出數(shù)值增加1。秒鐘十位計(jì)數(shù)由0（0000）到4（0100）時(shí)，十位的與非門輸出端一直為1，只有當(dāng)秒鐘十位計(jì)數(shù)到5（0101）時(shí)，與非門的輸出端跳變成0，也就是其本身的~LOAD端在十位計(jì)數(shù)0101時(shí)，接入了有效的低電平信號，置零，實(shí)現(xiàn)了十位由0（0000）到5（0101）的顯示。分鐘部分的電路與秒鐘部分原理相同。分鐘部分CLK端和秒鐘部分的CLK端、~LOAD端通過或門連接，或門輸出端只有在秒鐘個(gè)位為9（1001）并且十位為5（0101）時(shí)，才由高電平跳變成低電平，恢復(fù)高電平時(shí)CLK會(huì)產(chǎn)生上升沿信號，計(jì)數(shù)器加1，然后等待下一個(gè)上升沿信號到來。4、顯示勝利車輛信息部分首先比較兩組計(jì)時(shí)器輸出數(shù)值的大小，子功能圖如圖5所示，圖中左數(shù)第二三兩片計(jì)數(shù)器74LS160分別為兩輛車計(jì)時(shí)毫秒部分對應(yīng)的低位片，將其輸出端的二進(jìn)制數(shù)連接到74LS85的兩組輸入端A（包括A3、A2、A1、A0）與B（包括B3、B2、B1、B0、），比較輸出兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)的大小，輸出端由上到下分別為大于、等于和小于，關(guān)系成立對應(yīng)輸出為1，其余為0。圖中的兩個(gè)換路開關(guān)是與計(jì)時(shí)器部分的監(jiān)測車輛到達(dá)終點(diǎn)同步控制的，表示車是否到達(dá)終點(diǎn)。其中，左邊一組是開關(guān)控制LOAD’端置數(shù)，另一組開關(guān)控制CLK端脈沖源。左邊一組開關(guān)，圖中的狀態(tài)時(shí)，兩路為并聯(lián)關(guān)系，只要有其中任意一路接通，LOAD’都接1，進(jìn)行正常計(jì)數(shù)，另一路為串聯(lián)關(guān)系，只有當(dāng)兩個(gè)開關(guān)都換路到另一邊時(shí)，LOAD’接0置數(shù)。右邊一組開關(guān)，圖中的狀態(tài)時(shí)，CLK端連接的是來自地位片的正常計(jì)數(shù)信號，只有兩個(gè)開關(guān)同時(shí)換路時(shí)，才接通時(shí)鐘脈沖。參考表1，此時(shí)滿足計(jì)時(shí)器置數(shù)條件：脈沖上升沿到達(dá)且LOAD’端接低電平，所以進(jìn)行置數(shù)。顯示的勝利車輛信息為1或者是2，顯示1車時(shí)，輸入端DBCA接0001，顯示2車時(shí)，輸入端DBCA接0010。電路中每一輛智能車車用六個(gè)數(shù)碼管來顯示其用時(shí)時(shí)間，所以一共需要六個(gè)數(shù)值比較器，電路中只連接了一個(gè)比較器比較最低位作為原理示范，由于這個(gè)電路中總體所用芯片較多，最后運(yùn)行時(shí)，傳輸延遲時(shí)間長，使得計(jì)時(shí)器部分變化較慢，不易運(yùn)行，所以我只用了一個(gè)比較器來比較毫秒部分的用時(shí)時(shí)間來代表整個(gè)用時(shí)時(shí)間，如果將六個(gè)數(shù)值比較器接入電路，原理同一個(gè)的相似，只是將輸入端依次接入其他幾個(gè)計(jì)時(shí)器的輸出端，然后依次按照高低位片串行即可。圖5顯示勝利車輛信息部分電路圖5、單雙車模式選擇功能單雙車模式的選擇通過一組換路開關(guān)人為按鍵控制，換路開關(guān)加在了毫秒部分電路和脈沖產(chǎn)生電路之間。具體子功能圖如圖6所示。選擇單車圈速計(jì)時(shí)模式時(shí)，在圖6中，按1鍵（或者2鍵）切換到另一路，接通了2車及右側(cè)一組計(jì)時(shí)器（或者1車）的脈沖產(chǎn)生電路，右側(cè)一組數(shù)碼管（或者左側(cè)數(shù)碼管）開始計(jì)時(shí)，到達(dá)一圈時(shí)再按1鍵（或者2鍵），此時(shí)將停止計(jì)時(shí)，所顯示的時(shí)間則為智能車行駛一圈所用時(shí)間。圖6單車、雙車模式選擇電路圖選擇雙車競速計(jì)時(shí)模式時(shí)，在圖6中，運(yùn)行之后可以直接進(jìn)行計(jì)時(shí)，哪個(gè)智能車到達(dá)終點(diǎn)按對應(yīng)的按鍵即可顯示行駛一圈用時(shí)時(shí)長，1車、2車都到達(dá)終點(diǎn)后，兩組數(shù)碼管將顯示其對應(yīng)的時(shí)長。這時(shí)，蜂鳴器將發(fā)出聲音。因?yàn)榱硪宦穼㈦娫赐ㄟ^換路開關(guān)接入了與非門串非門的蜂鳴器一端，有并且只有當(dāng)兩個(gè)車都到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，與非門的輸入端都接入1，輸出0，通過非門轉(zhuǎn)換成1，蜂鳴器一端輸入高電平信號1，另一端接地，蜂鳴器發(fā)出聲音，否則任意一個(gè)開關(guān)換路蜂鳴器都不會(huì)工作的。使用與非門接非門，而不直接使用與門，是因?yàn)榕c非之后再非的傳輸延遲時(shí)間要比直接與門的短，提高電路運(yùn)行效率。6、手動(dòng)復(fù)位操作裁判通過空格鍵來手動(dòng)復(fù)位，電路圖如圖7所示。參照表1，該部分的設(shè)計(jì)主要是使用一個(gè)單刀單擲開關(guān)將所有計(jì)數(shù)器的置零端通過開關(guān)連接到電源VCC，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，置零端接入有效低電平，將計(jì)數(shù)器置零，所有數(shù)碼管上顯示都為0；當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，置零端接入無效高電平，計(jì)數(shù)器可以進(jìn)行正常計(jì)數(shù)。圖7手動(dòng)清零電路圖7、加時(shí)處罰系統(tǒng)該部分功能圖如圖8所示。利用一個(gè)人為控制的單刀雙擲開關(guān)來監(jiān)測車輛的停止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)開關(guān)處于圖中狀態(tài)時(shí)，表示車輛在停止線30cm范圍內(nèi)完全靜止，當(dāng)按鍵4后，開關(guān)換路，將在其該組數(shù)碼管顯示上加時(shí)5秒。74LS183芯片為全加器。其真值表如表2所示。實(shí)現(xiàn)加5（0101）功能，使用四位全加器串行，組成四位串行進(jìn)位加法器，如圖7所示，最右邊為低位片，由右到左依次為高，將B端的四個(gè)引腳接入74LS160芯片的輸出端，A端的四個(gè)引腳的左數(shù)第一和三接地，將剩余兩個(gè)通過單刀雙擲開關(guān)一路接地一路通過非門再接地。當(dāng)車輛停車未違規(guī)，也就是圖中開關(guān)的狀態(tài)，A端的四位二進(jìn)制數(shù)為0000即十進(jìn)制數(shù)的0，與74LS160芯片輸出的數(shù)相加后不變，傳遞給譯碼器進(jìn)行顯示，當(dāng)車輛停車違規(guī)，圖中開關(guān)換路，A端的四位二進(jìn)制數(shù)為0101即十進(jìn)制數(shù)的5，74LS160芯片輸出的數(shù)加上5，再傳遞給譯碼器進(jìn)行顯示。表2全加器74LS183真值表此部分的電路采用的是強(qiáng)制性選擇將數(shù)碼管加5的顯示方式，因?yàn)轭}目中要求顯示最終成績。加的5秒加在秒鐘顯示部分。圖中所用四位串行加法器電路，每一位的相加結(jié)果都必須等到地位的進(jìn)位產(chǎn)生之后才能建立起來，最大的缺點(diǎn)是運(yùn)算速度慢，在最不利的情況下，做一次加法運(yùn)算需要經(jīng)過四個(gè)全加器的傳輸延遲時(shí)間才能得到穩(wěn)定可靠的運(yùn)算結(jié)果，但是考慮到串行進(jìn)位加法器的電路結(jié)構(gòu)比較簡單，選擇這種加法器來實(shí)現(xiàn)處罰加時(shí)部分電路也是較好的。圖8加時(shí)處罰部分電路四、性能的測試1、脈沖信號產(chǎn)生電路的測試在脈沖信號產(chǎn)生電路的輸出端接入一個(gè)示波器，觀察到的波形如圖9所示：圖9脈沖信號產(chǎn)生電路的測試圖在圖9中可以觀察到，555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器輸出端已經(jīng)輸出了方波信號，圖中橫軸表示時(shí)間，單位為ms，縱軸表示電壓，幅度為5V。將T1軸和T2軸放在方波相鄰兩個(gè)下降沿上，可以看到下面顯示的T2與T1的差值值為10.795ms，即0.0175s。與計(jì)算的預(yù)期值0.01s相差不多，則該脈沖發(fā)生電路可以為毫秒部分提供脈沖信號。2、毫秒部分的測試測試結(jié)果如圖10所示。由左至右每兩個(gè)數(shù)碼管為一組，最右邊的一組數(shù)碼管顯示的就是毫秒的計(jì)數(shù)。由測試結(jié)果圖可以看到，毫秒部分一已經(jīng)達(dá)到99，如果繼續(xù)測試，左數(shù)第二組數(shù)碼管示數(shù)將增加1變?yōu)?，而左數(shù)第三組數(shù)碼管即毫秒計(jì)數(shù)將變成0。成功實(shí)現(xiàn)了毫秒顯示功能。圖10毫秒測試結(jié)果圖3、分鐘、秒鐘測試測試結(jié)果如圖11所示，由左至右每兩個(gè)數(shù)碼管為一組，左數(shù)第一組為分鐘顯示，左數(shù)第二組為秒鐘顯示，左數(shù)第三組為毫秒顯示。圖中的左數(shù)第二組數(shù)碼管已經(jīng)計(jì)時(shí)到59，繼續(xù)仿真之后分鐘部分會(huì)增加1，示數(shù)為2，而秒鐘部分會(huì)變成00，重新開始循環(huán)計(jì)數(shù)。實(shí)現(xiàn)了0~59的循環(huán)計(jì)數(shù)。圖11分鐘秒鐘測試結(jié)果圖4、顯示勝利車輛信息功能和單雙車模式功能測試首先進(jìn)行選擇單車圈速計(jì)時(shí)模式和雙車競速計(jì)時(shí)模式，通過按鍵1和2來控制（由于芯片較多，無法正常像秒表速度一樣計(jì)時(shí)）。單車圈速計(jì)時(shí)模式時(shí)，只按1鍵（或者只按2鍵）來選擇是2車（或者1車）計(jì)時(shí)，開始比賽后，一組數(shù)碼管從零開始計(jì)時(shí)。當(dāng)?shù)竭_(dá)終點(diǎn)時(shí)，按2鍵（或者1鍵）數(shù)碼管即可停止計(jì)時(shí)，此時(shí)該組數(shù)碼管示數(shù)即為智能車行駛一周所用時(shí)間，。雙車圈速計(jì)時(shí)模式時(shí)，兩輛車到達(dá)終點(diǎn)后會(huì)給出聲音提示，而且會(huì)通過第一個(gè)數(shù)碼管部分給出勝利車輛信息部分，如圖12所示。正面看圖的左側(cè)數(shù)碼管顯示為1車用時(shí)時(shí)間，右側(cè)數(shù)碼管顯示為2車用時(shí)時(shí)間，1車用時(shí)0.14s，2車用時(shí)0.37s，1車用時(shí)較短，1車勝利，所以在左數(shù)第一個(gè)數(shù)碼管上顯示了1的信息描述。成功實(shí)現(xiàn)了勝利車輛信息的顯示。圖12雙車競速模式測試結(jié)果圖5、手動(dòng)復(fù)位操作測試測試如圖13所示。主要使用空格鍵進(jìn)行手動(dòng)清零，開關(guān)斷開后，所有計(jì)數(shù)器的清零端為低電平信號，所有數(shù)碼管清零。不管原來數(shù)碼管顯示多少數(shù)，都可以很快進(jìn)行清零復(fù)位，閉合后可以繼續(xù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。圖13比賽操作手動(dòng)復(fù)位測試結(jié)果圖6、加時(shí)處罰系統(tǒng)的測試加時(shí)測試如圖15所示。圖14加時(shí)處罰系統(tǒng)測試結(jié)果圖兩車都到達(dá)終點(diǎn)，在圖2仿真圖中，1車到達(dá)終點(diǎn)使用了14s，2車到達(dá)終點(diǎn)用了37s。然后人為來控制車是否違規(guī)，如圖14所示，假設(shè)1車違規(guī)，按鍵3，然后會(huì)發(fā)現(xiàn)1車加時(shí)5秒，由原來的0.14s增加到5.14s，2車時(shí)間不變。如果2車違規(guī)的話，按鍵4，然后會(huì)發(fā)現(xiàn)2車加時(shí)5秒。五、結(jié)論本次的數(shù)字邏輯電路的課程設(shè)計(jì)，基本完成了題設(shè)所有要求的內(nèi)容。可根據(jù)需要選擇單車圈速計(jì)時(shí)模式或雙車競速計(jì)時(shí)模式；單車模式下，利用一組數(shù)碼管給出另外單車完成一圈所耗時(shí)間；雙車模式下，用兩組數(shù)碼管分別給出了每車所耗時(shí)間，比賽完成后利用一位數(shù)碼管明確給出勝利車輛信息（1車勝利顯示1，2車勝利顯示2）；時(shí)間精確到了毫秒位。在操作系統(tǒng)中，賽車通過開始線開始計(jì)時(shí)；賽車通過停止線停止計(jì)時(shí)；所有賽車完成比賽后給出聲音提示；下次比賽開始前，裁判可手動(dòng)將智能裁判輔助系統(tǒng)復(fù)位；在違規(guī)加罰系統(tǒng)中，符合智能車大賽要求，車輛通過停止線30CM范圍內(nèi)完全靜止，超過30CM范圍完成靜止的車輛加罰時(shí)5秒，智能裁判輔助系統(tǒng)可以完成車輛停止?fàn)顟B(tài)監(jiān)測，對于違規(guī)車輛可以自行進(jìn)行加時(shí)處罰，并在其對應(yīng)所有數(shù)碼管上顯示最終成績。在所完成電路中還存在一些不足之處，第一，芯片使用較多，延遲時(shí)間較長，使得電路的計(jì)時(shí)器無法像秒表一樣顯示，但是在理論上來說是可以完成秒表的計(jì)時(shí)的。第二，在實(shí)際應(yīng)用中，開始線處存在傳感器，由傳感器來監(jiān)測車輛是否通過開始線以及是否通過停止線，在停止線30cm處繼續(xù)設(shè)置一個(gè)傳感器，來監(jiān)測車輛