電子拔河游戲機(jī)設(shè)計(jì)全文

HebeiNormalHebei專業(yè)：電子信息工程學(xué)號(hào)：04數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目：電子拔河游戲機(jī)的設(shè)計(jì)院（系、部）：機(jī)電工程學(xué)院電子信息工程學(xué)生姓名：程吉偉指導(dǎo)教師：劉金華閆棟梁2016年6月27日至2016年7月2日摘要本課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容就是采用74LS00、74LS193、4線－16線譯碼器CC4514、74LS02、CC4518設(shè)計(jì)的一個(gè)電子拔河游戲機(jī)，該游戲機(jī)具有整形、計(jì)數(shù)、譯碼、控制、復(fù)位等功能，設(shè)計(jì)原理簡單易懂，所設(shè)計(jì)的游戲機(jī)的游戲規(guī)則和真的拔河比賽規(guī)則相類似。關(guān)鍵詞：拔河；游戲機(jī)；閃爍；鎖定按鍵

一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)思路給定實(shí)驗(yàn)設(shè)備和主要元器件按照電路設(shè)計(jì)的各部分組成一個(gè)完整的拔河游戲機(jī)。拔河游戲機(jī)共有15個(gè)發(fā)光二級(jí)管，開機(jī)后只有中間一個(gè)發(fā)亮，以此作為拔河的中心線，游戲雙方各持一個(gè)按鍵，迅速地，不斷地按動(dòng)以產(chǎn)生脈沖，誰按的快，亮點(diǎn)向誰方向移動(dòng)，每按一次，亮點(diǎn)移動(dòng)一次，移到任一方終端二極管發(fā)亮，這一方就得勝，此時(shí)雙方按鍵均無作用，輸出保持，只有經(jīng)復(fù)位后才使亮點(diǎn)恢復(fù)到中心線。用七段數(shù)碼管顯示勝者取勝的盤數(shù)。任務(wù)與要求設(shè)計(jì)一個(gè)模擬拔河游戲比賽的邏輯電路。電路使用15個(gè)發(fā)光二極管，開機(jī)后只有在拔河繩子中間的發(fā)光二極管亮。比賽雙方各持一個(gè)按鈕，快速不斷地按動(dòng)按鈕，產(chǎn)生脈沖，誰按得快，發(fā)光的二極管就向誰的方向移動(dòng)，每按一次，發(fā)光二極管移動(dòng)一位。亮的發(fā)光二極管移到任一方的終點(diǎn)時(shí)，該方就獲勝，此后雙方的按鈕都應(yīng)無作用，狀態(tài)保持，只有當(dāng)栽判按動(dòng)復(fù)位后，在拔河繩子中間的發(fā)光二極管重新亮。用七段數(shù)碼管顯示雙方的獲勝盤數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求合理選擇方案。二、總體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)思路1．該設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是控制“電子繩”發(fā)亮的LED管由中點(diǎn)向速度快的一方移動(dòng)，而阻止向另一方移動(dòng)。用可預(yù)制的加/減計(jì)數(shù)器作主要器件，用計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)通過譯碼器控制LED發(fā)亮。當(dāng)向計(jì)數(shù)器輸入“加脈沖”時(shí)，使其作加運(yùn)算而發(fā)亮的LED向增大的一方移動(dòng)，相反，當(dāng)輸入“減脈沖”時(shí)，發(fā)亮的LED向相反的方向移動(dòng)。2．當(dāng)一局比賽結(jié)束，即發(fā)亮的LED移動(dòng)某一方的終點(diǎn)時(shí)，由點(diǎn)亮該終點(diǎn)燈的信號(hào)使電路封鎖加/減脈沖信號(hào)的作用，既實(shí)現(xiàn)電路的自鎖，使加/減脈沖無效。同時(shí)，使電路自動(dòng)加分。3．控制電路部分應(yīng)能夠控制由振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)入計(jì)數(shù)器的加/減脈沖輸入端，其進(jìn)入方向由參賽雙方輸入的按鍵信號(hào)決定。電路設(shè)計(jì)原理拔河游戲機(jī)用15個(gè)電平指示燈排列成一行，開機(jī)后只有中間一個(gè)點(diǎn)亮，有以此作為拔河的中心線，游戲雙方各持一個(gè)按鍵，迅速地、不斷地按動(dòng)產(chǎn)生脈沖，誰按得快，亮點(diǎn)向誰方向移動(dòng)，每按一次，亮點(diǎn)移動(dòng)一次。移到任一方終端指示燈點(diǎn)亮，這一方就得勝，此時(shí)雙方按鍵均無作用，輸出保持，只有經(jīng)復(fù)位后才使亮點(diǎn)恢復(fù)到中心線。最后，顯示器顯示勝者的盤數(shù)。圖1電子拔河游戲機(jī)原理框圖圖2拔河游戲機(jī)的電路框圖?？赡嬗?jì)數(shù)器74LS193原始狀態(tài)輸出4位二進(jìn)制數(shù)0000，經(jīng)譯碼器輸出使中間的一只電平指示燈點(diǎn)亮。當(dāng)按動(dòng)A、B兩個(gè)按鍵時(shí)，分別產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào)，經(jīng)整形后分別加到可逆計(jì)數(shù)器上，可逆計(jì)數(shù)器輸出的代碼經(jīng)譯碼器譯碼后驅(qū)動(dòng)電平指示燈點(diǎn)亮并產(chǎn)生位移，當(dāng)亮點(diǎn)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(dòng)復(fù)位鍵，亮點(diǎn)又回到中點(diǎn)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(gè)與非門后接到2個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CC4518的使能端EN，當(dāng)任一方取勝，該方終端指示燈點(diǎn)亮，產(chǎn)生1個(gè)下降沿使其對應(yīng)的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。這樣，計(jì)數(shù)器的輸出即顯示了勝者取勝的盤數(shù)。方案一1．編碼電路：由雙時(shí)鐘二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74LS193構(gòu)成，它有2個(gè)輸入端，4個(gè)輸出端，能進(jìn)行加／減計(jì)數(shù)。2．整形電路：由與門74LS08和與非門74LS00構(gòu)成。因74LS193是可逆計(jì)數(shù)器，控制加減的CP脈沖分別加至5腳和4腳，此時(shí)當(dāng)電路要求進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時(shí)，減法輸入端CPD必須接高電平；進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時(shí)，加法輸入端CPU也必須接高電平，若直接由A、B鍵產(chǎn)生的脈沖加到5腳或4腳，就有很多時(shí)機(jī)在進(jìn)行計(jì)數(shù)輸入時(shí)另一計(jì)數(shù)輸入端為低電平，使計(jì)數(shù)器不能計(jì)數(shù)，雙方按鍵均失去作用，拔河比賽不能正常進(jìn)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€(gè)占空比很大的脈沖，這就減少了進(jìn)行某一計(jì)數(shù)時(shí)另一計(jì)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(jìn)行有效的計(jì)數(shù)。圖3為整形電路圖。圖33．譯碼電路：由4線－16線譯碼器CC4514構(gòu)成。譯碼器的輸出Y0～Y15中選出15個(gè)接電平指示燈，電平指示燈的負(fù)端接地，而正端接譯碼器；這樣，當(dāng)輸出為高電平時(shí)電平指示燈點(diǎn)亮。比賽準(zhǔn)備，譯碼器輸入為0000，Y0輸出為1，中心處指示燈首先點(diǎn)亮，當(dāng)編碼器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時(shí)，亮點(diǎn)向右移，進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時(shí)，亮點(diǎn)向左移。4．控制電路：由或非門74LS02構(gòu)成，其作用是指示出誰勝誰負(fù)。當(dāng)亮點(diǎn)移到任何一方的終端時(shí)，判該方為勝，此時(shí)雙方的按鍵均宣告無效。將雙方終端指示燈的正接至或非門的2個(gè)輸入端，當(dāng)獲勝一方為“1”，而另一方則為“0”，或非門輸出為“0”5．勝負(fù)顯示：由計(jì)數(shù)器CC4518和譯碼顯示器構(gòu)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(gè)CC4518計(jì)數(shù)器的CP端，CC4518的兩組4位BCD碼分別接到實(shí)驗(yàn)箱中的兩組譯碼顯示器的8、4、2、1插孔上。當(dāng)一方取勝時(shí)，該方終端指示燈發(fā)亮，產(chǎn)生一個(gè)上升沿，使相應(yīng)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行加一計(jì)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(jìn)行2位數(shù)的級(jí)連。方案二本課題，可以用兩片74LS192代替74LS193，先將兩片74LS192連接成100進(jìn)制的可逆，然后將其改成十六進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。用一全加器將兩片74LS192的輸出信號(hào)八位轉(zhuǎn)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(gòu)成。將雙方終端指示燈的正接至異或門的2個(gè)輸入端，當(dāng)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(chǎn)生低電平“0”電路的其他部分不變。兩個(gè)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(jì)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(dāng)沒有74LS193芯片時(shí)，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。設(shè)計(jì)方案論證該控制系統(tǒng)由輸入、輸出和控制器模塊構(gòu)成。輸入模塊完成裁判啟動(dòng)命令和兩個(gè)按鈕信號(hào)的輸入，其邏輯關(guān)系由門電路實(shí)現(xiàn)；控制器模塊完成對輸入脈沖信號(hào)的統(tǒng)計(jì)，由可預(yù)置加／減計(jì)數(shù)器構(gòu)成,其預(yù)置數(shù)為0100，作為加／減計(jì)數(shù)的起點(diǎn)，加／減計(jì)數(shù)的脈沖源分別取自兩個(gè)按鈕信號(hào)，計(jì)數(shù)器輸出狀態(tài)變量進(jìn)入輸出模塊；輸出模塊完成計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)信號(hào)的翻譯與顯示(可由發(fā)光二極管完成)并給出一個(gè)此次比賽結(jié)束信號(hào)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)數(shù)字電路中基本RS觸發(fā)器、計(jì)數(shù)、譯碼顯示等單元電路的綜合應(yīng)用。2.熟悉拔河游戲機(jī)的工作原理。3.復(fù)習(xí)數(shù)字電路中RS觸發(fā)器、4線—16線譯碼器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示器等部分內(nèi)容。4.分析拔河游戲機(jī)組成、各部分功能及工作原理。查出各芯片引腳排列及功能。實(shí)驗(yàn)器件CC45144線—16線譯碼器CC4518雙同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS193同步二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS00四2輸入與非門74LS08四2輸入與門74LS86四2輸入異或門三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算整形電路：計(jì)數(shù)電路：74LS193是雙時(shí)鐘4位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器。

74LS193的特點(diǎn)是有兩個(gè)時(shí)鐘脈沖（計(jì)數(shù)脈沖）輸入端CPU和CPD。在RD=0、LD＝1的條件下，作加計(jì)數(shù)時(shí),令CPD＝1,計(jì)數(shù)脈沖從CPU輸入；作減計(jì)數(shù)時(shí)，令CPU＝1，計(jì)數(shù)脈沖從CPD輸入。此外，74LS193還具有異步清零和異步預(yù)置數(shù)的功能。當(dāng)清零信號(hào)RD＝1時(shí)，不管時(shí)鐘脈沖的狀態(tài)如何,計(jì)數(shù)器的輸出將被直接置零；當(dāng)RD＝0,LD＝0時(shí)，不管時(shí)鐘脈沖的狀態(tài)如何，將立即把預(yù)置數(shù)數(shù)據(jù)輸入端A、B、C、D的狀態(tài)置入計(jì)數(shù)器的QA、QB、QC、QD端，稱為異步預(yù)置數(shù)。譯碼電路：勝負(fù)顯示電路CC4518雙四位異步BCD碼加法計(jì)數(shù)器Cr：異步清零端（復(fù)位端），高電平有效。CP，EN：計(jì)數(shù)器工作狀態(tài)控制與時(shí)鐘脈沖輸入端。QD，QC，QB，QA：計(jì)數(shù)器四位數(shù)據(jù)輸出端。CC4518邏輯功能如表3-4-2所示。輸入輸出CrCPENQDQCQBQA清零1XX0000計(jì)數(shù)0↑1BCD碼加法計(jì)數(shù)保持0X0保持計(jì)數(shù)00↓BCD碼加法計(jì)數(shù)保持01X保持CC4518邏輯功能（1）將來關(guān)C置高，通過CC4518的清零端RD使數(shù)碼管顯示為0。在總電路中，使甲乙雙方比賽之前，完成復(fù)位的作用。（2）將C置低，使CC4518進(jìn)入計(jì)數(shù)功能，當(dāng)通過開關(guān)A給左邊的CC4518加脈沖時(shí)，經(jīng)過它的計(jì)數(shù)功能，它所接的譯碼顯示器開始顯示數(shù)據(jù)，從0加到9。在總的電路中，CC4518的脈沖是通過乙方的最左端的發(fā)光二極管發(fā)光來給的，故當(dāng)乙方最左端的二極管發(fā)光使，乙方的勝負(fù)顯示器上便會(huì)加數(shù)，來說明乙方獲勝。（3）將C置低，使CC4518進(jìn)入計(jì)數(shù)功能，當(dāng)通過開關(guān)B給右邊的CC4518加脈沖時(shí)，經(jīng)過它的計(jì)數(shù)功能，它所接的譯碼顯示器開始顯示數(shù)據(jù)，從0加到9。在總的電路中，CC4518的脈沖是通過甲方的最右端的發(fā)光二極管發(fā)光來給的，故當(dāng)甲方最右端的二極管發(fā)光使，甲方的勝負(fù)顯示器上便會(huì)加數(shù)，來說說明甲方獲勝。四、總原理圖及元器件清單總原理圖（1）將開關(guān)C、D先置高，即通過74LS193的清零端CR和CC4518的清零端RD使中心發(fā)光二極管發(fā)光和勝負(fù)顯示器為0。（2）將開關(guān)C、D先置低，即使74LS193的清零端CR和CC4518的清零端RD為低，使74LS193和CC4518進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)甲乙雙方分別快速按動(dòng)鍵A、B，使74LS193計(jì)數(shù)器進(jìn)行加減運(yùn)算，可以看到發(fā)光二極管左右移動(dòng)，上圖中為甲方獲勝的情形，下圖為乙方獲勝的情形。甲乙雙方的得分為1:1。說明按鍵A、B通過整形電路給計(jì)數(shù)電路加脈沖，使74LS193完成加減運(yùn)算，輸出結(jié)果送到譯碼器的輸入端，使譯碼器CC4514完成譯碼功能，通過輸出端來控制發(fā)光二極管的發(fā)光情況。元器件清單五、各邏輯門的引腳圖1、74LS00的引腳圖。2、74LS02的引腳圖。74LS074LS021234567141312111098VCC4B4A4Y3B3A3Y1A1B1Y2A2B2YGND74LS001234567141312111098VCC4B4A4Y3B3A3Y1A1B1Y2A2B2YGND3、74LS08的引腳圖。4、74LS193的引腳圖。74LS19374LS19312345678161514131211109VCCD0CRBOCOLDD2D3D1Q1Q0CPDCPUQ2Q3GND74LS081234567141312111098VCC4B4A4Y3B3A3Y1A1B1Y2A2B2YGND5、4線－16線譯碼器CC4514的引腳圖。CC4514CC451412345678VDDINHA3A2Y10Y11Y8Y9Y14Y15YLEA0A1Y7Y6Y5Y4Y3Y1Y2Y0V16151413121110917181920212223246、CC4518的引腳圖。CCC451812345678161514131211109VDD2RD2Q32Q22Q12Q02EN2CP1CP1EN1Q01Q11Q21Q31RDVSS六．設(shè)計(jì)總結(jié)：拔河游戲機(jī)共有15個(gè)發(fā)光二級(jí)管，開機(jī)后只有中間一個(gè)發(fā)亮，以此作為拔河的中心線，游戲雙方各持一個(gè)按鍵，迅速地，不斷地按動(dòng)以產(chǎn)生脈沖，誰按的快，亮點(diǎn)就向誰的方向移動(dòng)，每按一次，亮點(diǎn)移動(dòng)一次，移到任一方終端二極管發(fā)亮，這一方就得勝，此時(shí)雙方按鍵均無作用，輸出保持，只有經(jīng)復(fù)位后才使亮點(diǎn)恢復(fù)到中心線,用七段數(shù)碼管顯示勝者取勝的盤數(shù)。本實(shí)驗(yàn)通過設(shè)計(jì)多諧振蕩器提供輸入脈沖，用可逆計(jì)數(shù)器，譯碼器，將甲乙雙方的輸入轉(zhuǎn)換為脈沖，再經(jīng)過譯碼，顯示譯碼器和七段數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)電路的記分功能。用開關(guān)設(shè)計(jì)的裁判可以實(shí)現(xiàn)電路的記分和清零功能。因74LS193是可逆計(jì)數(shù)器，控制加減的CP脈沖分別加至5腳和4腳，此時(shí)當(dāng)電路要求進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時(shí)，減法輸入端CPD必須接高電平；進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時(shí)，加法輸入端CPU也必須接高電平，若直接由A、B鍵產(chǎn)生的脈沖加到5腳或4腳，就有很多時(shí)機(jī)在進(jìn)行計(jì)數(shù)輸入時(shí)另一計(jì)數(shù)輸入端為低電平，使計(jì)數(shù)器不能計(jì)數(shù)，雙方按鍵均失去作用，拔河比賽不能正常進(jìn)行。需加一整形電路，使A、B二鍵出來的脈沖經(jīng)整形后變?yōu)橐粋€(gè)占空比很大的脈沖，這樣就可減少了進(jìn)行某一計(jì)數(shù)時(shí)另一計(jì)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(jìn)行有效的計(jì)數(shù)。整形電路由與非門和與門實(shí)現(xiàn)。六．實(shí)驗(yàn)心得與體會(huì)通過設(shè)計(jì)拔河游戲機(jī)控制電路，讓我對數(shù)字邏輯這門課有了更深刻的了解，對電子器件的認(rèn)識(shí)也不再停留在字面上，實(shí)現(xiàn)了從理論到實(shí)踐的飛躍。我了解到理論和實(shí)踐是分不開的。只有理論不行，當(dāng)你面對一堆元?dú)饧r(shí)，你會(huì)茫然不知所措；可只懂實(shí)踐也不行，當(dāng)別人問你為什么會(huì)這樣，怎么樣才算正確，你如果說憑感覺是不足以服人的。學(xué)習(xí)的目的就是去應(yīng)用，只有實(shí)踐才能將書本知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)用的技能。參考文獻(xiàn)：[1]