數(shù)字電子技術基礎課程設計——拔河機計數(shù)器

1、1第 1 章 引言 現(xiàn)今科學技術日新月異，信息是一個高度發(fā)展的產業(yè)，而數(shù)字技術是信息的基礎，數(shù)字技術是目前發(fā)展最快的領域之一，數(shù)字電子技術已經(jīng)廣泛地應用于計算機，自動控制，電子測量儀表，電視、雷達，通信等各個領域。開發(fā)數(shù)字電路來實現(xiàn)更多的功能，是我們學習數(shù)字技術的職責?，F(xiàn)在人們越來越感覺到科技帶來的實惠方便和娛樂。所以我們更應把所學知識應用到生活當中去，使它給我們添加更多的歡樂和方便。拔河比賽游戲機就是一個結構比較簡單但綜合性和趣味性的試驗，就是設計一個由數(shù)字電路構成和顯示的游戲機，甲乙雙方各持一個按鍵，迅速地、不斷地按動產生脈沖，誰按得快，亮點向誰方向移動，每按一次，亮點移動一次，移到任一方

2、終端指示燈點亮，這一方就獲勝。 2第 2 章 總體設計方案2.1 設計思路(1)比賽開始時，由裁判下達命令后，甲乙雙方才能輸入信號，否則，由于電路具有自鎖功能，使輸入信號無效。(2) 拔河游戲機由15個電平指示燈排列成一行，裁判下達“比賽開始”的命令后，只有中間一個電平指示燈亮，以此作為拔河的中心線，甲乙雙方各持一個按鍵，迅速地、不斷地按動產生脈沖，誰按得快，亮點向誰方向移動，每按一次，亮點移動一次。移到任一方終端指示燈點亮，這一方就獲勝，此時雙方按鍵均無作用，輸出保持，只有經(jīng)裁判復位后才使亮點恢復到中心線當一局比賽結束后,由點亮該終點燈的信號使電路封鎖加減脈沖信號的作用.即實現(xiàn)電路自鎖,使加

3、家減脈沖無效。同時，使計分電路自動加分。(3)控制電路部分應能控制由振蕩器產生的脈沖信號進入計數(shù)器的加減脈沖的輸入端，其進入方向則由參賽雙方的按鍵信號決定。2.2 電路設計原理拔河游戲機用 15 個電平指示燈排列成一行，開機后只有中間一個點亮，有以此作為拔河的中心線，游戲雙方各持一個按鍵，迅速地、不斷地按動產生脈沖，誰按得快，亮點向誰方向移動，每按一次，亮點移動一次。移到任一方終端指示燈點亮，這一方就得勝，此時雙方按鍵均無作用，輸出保持，只有經(jīng)復位后才使亮點恢復到中心線。最后，顯示器顯示勝者的盤數(shù)。方案一采用編碼電路、整形電路、譯碼電路、控制電路、勝負顯示 各原理和電路圖第三章中。方案二本課題

4、，可以用兩片74LS192代替74LS193，先將兩片74LS192連接成100進制的可逆，然后將其改成十六進制的計數(shù)器。用一全加器將兩片74LS192的輸出信號八位轉化成四位，再接給CC4514的輸入端。控制電路也可由異或門74LS86和與非門74LS00構成。將雙方終端指示燈的正接至異或門的2個輸入端，當獲勝一方為“1” ，而另一方則為“0” ，異或門輸出為“1” ，經(jīng)與非門產生低電平“0” ，再送到兩74LS192計數(shù)器的置數(shù)端的非 LD，于是計數(shù)器停止計數(shù)，處于預置狀態(tài)，此時，同樣將各自計數(shù)器數(shù)據(jù)端3D0、D1、D2、D3和輸出Q0、Q1、Q2、Q3對應相連，則輸入也就是輸出，從而使計

5、數(shù)器對脈沖不起作用，電路的其他部分不變。兩個方案的對比：兩方案對比，明顯方案一優(yōu)于方案二，方案二要多加一塊計數(shù)器和一塊全加器，這樣無疑增加了電路的成本，且方案一的連接較為簡單，但當沒有 74LS193 芯片時，我們可以用方案二代替方案一。所以在方案的選擇上一般選擇方案一。2.3 設計方案論證 該控制系統(tǒng)由輸入、輸出和控制器模塊構成。輸入模塊完成裁判啟動命令和兩個按鈕信號的輸入，其邏輯關系由門電路實現(xiàn)制器模塊完成對輸入脈沖信號的統(tǒng)計，由可預置加減計數(shù)器構成,其預置數(shù)為0100，作為加/減計數(shù)的起點，加/減計數(shù)的脈沖源分別取自兩個按鈕信號，計數(shù)器輸出狀態(tài)變量進入輸出模塊；輸出模塊完成計數(shù)器統(tǒng)計信號

6、的翻譯與顯示(可由發(fā)光二極管完成)并給出一個此次比賽結束信號。2.4 整體框圖圖 1.1電子拔河比賽游戲機總體設計方框圖控制 電路復位譯碼器整形電路選擇 開關可逆計數(shù)器取勝鎖存中心 顯示 線按鈕A,B4第 3 章 單元電路設計3.1 編碼電路的設計由雙時鐘二進制同步可逆計數(shù)器74LS193構成，它有2個輸入端，4個輸出端，能進行加減計數(shù)。通過編碼器來控制電平指示燈的顯示，加計數(shù)時向右移動，進行減計數(shù)時，向相反方向移動。電路圖如下：圖 3.1 雙時鐘二進制同步可逆計數(shù)器 74LS193仿真電路圖U174LS193NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13C

7、O12CLR14VCC5VVCC5VJ1Key = AJ2Key = B1VCC0VCC02U2DCD_HEX_BLUE1234VCC5VVCC5VJ3Key = CJ4Key = DVCC076543VCC08 圖 3.23.2 整形電路設計由與門74LS08和與非門74LS00構成。因74LS193是可逆計數(shù)器，控制加減的CP脈沖分別加至5腳和4腳，此時當電路要求進行加法計數(shù)時，減法輸入端CPD必須接高電平；進行減法計數(shù)時，加法輸入端CPU也必須接高電平，若直接由A、B鍵產生的脈沖加到5腳或4腳，就有很多時機在進行計數(shù)輸入時另一計數(shù)輸入端為低電平，使計數(shù)器不能計數(shù)，雙方按鍵均失去作用，拔河

8、比賽不能正常進行。加一整形電路，使A、B二鍵出來的脈沖經(jīng)整形后變?yōu)橐粋€占空比很大的脈沖，這5就減少了進行某一計數(shù)時另一計數(shù)輸入為低電平的可能性，從而使每按一次鍵都有可能進行有效的計數(shù)。電路圖如下圖所示：圖 3.3 拔河機計數(shù)器邏輯圖仿真電路圖J1Key = AJ2Key = BR11.0kR21.0kR31.0kR41.0kVCC5V0U1A74LS00DU1B74LS00DU1C74LS00DU1D74LS00DU2A74LS00DU2B74LS00DU2C74LS00DU2D74LS00DU3A74LS00DU3B74LS00DVCC143652X12.5 V 701112813109X2

9、2.5 V 14圖 2.43.3 譯碼電路 由4線16線譯碼器CC4514構成。譯碼器的輸出Y0Y15中選15個接電平指示燈，電平指示燈的負端接地，而正端接譯碼器；這樣，當輸出為高電平時電平指示燈點亮。比賽準備，譯碼器輸入為0000，Y0輸出為1，中心處指示燈首先點亮，當編碼器進行加法計數(shù)時，亮點向右移，進行減法計數(shù)時，亮點向左移。電路圖如下圖所示：6圖 3.5 CC4514 編制的譯碼電路仿真電路圖U54514BD_5VO011O19O210O38O47O56O65O74A02A13A221EL1E23A322O818O917O1020O1119O1214O1313O1416O1515VCC

10、5VVCC5VVCC5VVCC5VVCC5VX12.5 V X22.5 V X32.5 V X42.5 V X52.5 V X62.5 V X72.5 V X82.5 V X92.5 V X102.5 V X112.5 V X122.5 V X132.5 V X142.5 V X152.5 V J1Key = AJ2Key = BJ3Key = CJ4Key = D380VCC370VCC360VCC350VCC3433323130292827262524232221200VCC 圖 3.63.4 控制電路LD由異或門74LS86和與非門74LS00構成，其作用是指示出誰勝誰負。當亮點移到任何

11、一方的終端時，判該方為勝，此時雙方的按鍵均宣告無效。將雙方終端指示燈的正接至異或門的2個輸入端，當獲勝一方為“1”，而另一方則為“0”，異或門輸出為“1”，經(jīng)與非門產生低電平“0”，再送到74LS193計數(shù)器的置數(shù)端,于是計數(shù)器停止計數(shù)，處于預置狀態(tài)，由于計數(shù)器數(shù)據(jù)端7D0、D1、D2、D3和輸出Q0、Q1、Q2、Q3對應相連，輸入也就是輸出，從而使計數(shù)器對脈沖不起作用。電路圖如下圖所示： 圖 3.7 74LS86 和 74LS00 組成的控制電路3.5 勝負顯示電路由計數(shù)器CC4518和譯碼顯示器構成。將雙方終端指示燈正極經(jīng)與非門輸出后分別接到2個CC4518計數(shù)器的EN端，CC4518的兩

12、組4位BCD碼分別接到實驗箱中的兩組譯碼顯示器的8、4、2、1插孔上。當一方取勝時，該方終端指示燈發(fā)亮，產生一個上升沿，使相應的計數(shù)器進行加一計數(shù)，于是就得到了雙方取勝次數(shù)的顯示，若1位數(shù)不夠，則進行2位數(shù)的級連。電路圖如下：圖 3.8 計數(shù)器 CC4518仿真電路圖U7A4518BD_5V1A31B41C51D6EN12MR17CP11U7B4518BD_5V1A31B41C51D6EN12MR17CP11VCC5VVCC5VVCC5VJ4Key = CU10DCD_HEX_BLUE1234U8DCD_HEX_BLUE1234109876543VCCVCC0VCC2VCC5VVCC5VJ1K

13、ey = AJ2Key = BVCC01VCC011圖 3.93.6 復位控制電路74LS193的清零端CR接一個電平開關，作為一個開關控制，進行多次比賽而需要的復位操作，使亮點返回中心點。8CC4518的清零端RD也接一個電平開關，作為勝負顯示器的復位來控制勝負計數(shù)器使其重新計數(shù)。其中CC4518功能表下表所示：輸 入時鐘CP清零RD使能EN輸出功能1全部為 00100加計數(shù)000010保持圖 3.10 CC4518 功能表9第 4 章.總體設計及仿真結果4.1 整體電路工作原理可逆計數(shù)器74LS193原始狀態(tài)輸出4位二進制數(shù)0000，經(jīng)譯碼器輸出使中間的一只電平指示燈Y0點亮。當按動A、B

14、兩個按鍵時，分別產生兩個脈沖信號，經(jīng)整形后分別加到可逆計數(shù)器上，可逆計數(shù)器輸出的代碼經(jīng)譯碼器譯碼后驅動電平指示燈點亮并產生位移，當亮點移到任何一方終端后，由于控制電路的作用，使這一狀態(tài)被鎖定，而對輸入脈沖不起作用。如按動復位鍵，亮點又回到中點位置，比賽又可重新開始。將雙方終端指示燈的正端分別經(jīng)兩個與非門后接到2個十進制計數(shù)器CC4518的使能端EN，當任一方取勝，該方終端指示燈點亮，產生1個下降沿使其對應的計數(shù)器計數(shù)。這樣，計數(shù)器的輸出即顯示了勝者取勝的盤數(shù)。104.2 整機邏輯圖 圖 4. 1 電子拔河機整體邏輯圖114.3 仿真結果圖 4.2 仿真結果12第 5 章 課程設計總結與體會通過

15、這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力. 在設計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想著這樣的接法可以行得通，但實際一接上電路，總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。 做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。 平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，通過動手實踐讓我們對各個元件映

16、象深刻。認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。所以這個課程設計對我們的作用是非常大的。通過這次課程設計讓我認識到團結協(xié)作是我們課程設計成功的一項非常重要的保證。而這次課程設計也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。同時也讓我認識到我們現(xiàn)在所學習的知識是遠遠不夠的，通過這次課程設計讓我明白了，學習的重要性，也讓我深刻的認識到以后學習任務有多么的艱巨。有了這次的課程設計讓我從此以后會更

17、努力的學習。 13參考文獻1 郭照南.電子技術與 EDA 技術課程設計.中南大學出版社,2010.4.2張永瑞 陳生潭 高建寧 .電路分析基礎.(第2版)電子工業(yè)出版社2010.8. 3 張克農 寧改娣.數(shù)字電路技術基礎.（第2版）高等教育出版社, 2010.7.4 胡宴如 耿蘇燕.模擬電子基礎技術.（第2版 ）高等教育出版社，2010.4.5 江世明 黃同成. 單片機原理及應用.中國鐵道出版社，2010.12.14致謝這次課程設計讓我學到了很多東西，感謝老師的 悉心指導， 感謝同學對我的熱心幫助，感謝搭檔的配合，每當我遇到困難時能得以及時解決，從而把課程設計順利的完成。同時感謝學校能給我們這么好的學習機會來使我們對專業(yè)知識的更好的理解及應用。 15附錄:1 原器件清單元器件數(shù)量CC4514 4 線16 線譯碼器1 片CC4518 雙同步