电子拔河游戏机设计 数电课程设计.docx

电子拔河游戏机设计 数电课程设计长 沙 学 院 数电课程设计说明书 题系(部目 ) 电子拔河游戏机设计 专业(班级) 姓学指起名 号 导止教日师 期 数字电子技术课程设计任务书 系： 专业： 指导教师： 课题名称 电子拔河游戏机设计 基本任务： 1.设计一个电子拔河游戏机，可容纳甲乙双方参赛获甲乙双方加裁判的三人游戏电路。由一排LED发设计内容及要求 光二极管表示拔河的“电子绳”，由甲乙儿童通过按钮开关使发光的LED向自己一方的终点移动，当亮点移动到任何一方的终点时，则该方获胜，连续比赛多局以定胜负。 2.设一个裁判按键，供裁判宣布新一轮游戏开始，裁判按键后，两个竞赛按键才有效，同时将中间的发光二极管点亮。 3.设两个竞赛按键共二人游戏使用，每按动一次，产生一个脉冲，使计数器加1或减1，计数器经过译码后，绳子中心相应的移动一次。如一方按键或松开按键时，保证另一方能正常工作。 4、当绳子中心移动到任一端，结束游戏，同时，锁住计数脉冲，竞赛按键无效，并产生计分脉冲。 扩展任务： 1.安排两个计分计数器及译码显示电路，实现计分，记录双方获胜的次数。 设计工作量 1、系统整体设计； 2、系统设计及仿真； 3、在Multisim或同类型电路设计软件中进行仿真并进行演示； 4、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、仿真分析、调试过程，参考文献、设计总结等。 起止日期 设计内容 课题介绍，答疑，收集材料 设计方案论证 进行具体设计 进行具体设计 编写设计说明书 年 月 日 备注 进度安排 第一天 第二天 第三天 第四天 第五天 教研室 意见 年 月 日 系主管领导意见 长沙学院课程设计鉴定表 姓名 学号 专业 班级 指导教师 设计题目 电子拔河游戏机设计 指导教师意见： 评定等级： 教师签名： 日期： 答辩小组意见： 评定等级： 答辩小组长签名： 日期： 教研室意见： 教研室主任签名： 日期： 系意见： 系主任签名： 日期： 说明 课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类； 目 录 一.设计任务 . 5 1、设计内容 . 5 2、基本要求 . 5 二原理框图和总设计方案 . 5 1、原理框图 . 5 2、设计方案 . 5 三单元电路设计 . 6 1、单元电路功能 . 7 2、电路结构和元器件选择 . 7 3、软件仿真测试 . 7 四所选用集成电路的逻辑符号图、引脚图、功能表 . 8 五总体电路的软件仿真测试 . 10 六总体电路的硬件实验测试 . 11 七设计结论和心得感悟 . 12 八参考文献 . 12 一.设计任务 1、设计内容 设计并制作一个电子拔河游戏机。 2、基本要求 比赛开始，由裁判下达比赛命令后，甲乙双方才能输入信号，否则，由于电路具有自锁功能，使输入信号无效。 “电子绳”至少由7个LED管构成，裁判下达“开始比赛”的命令后，位于“电子绳”中点的LED发亮。甲乙双方通过按键输入信号，使发亮的LED管向自己一方移动，并阻止其向对方延伸。当从中点至自己一方终点的LED管全部发亮时，表示比赛结束。这时，电路自锁，保持当前状态不变，除非由裁判使电路复位。 记分电路用两位七段数码管分别对双方得分进行累计，在每次比赛结束时电路自动加分。 二原理框图和总设计方案 1、原理框图 图1 原理框图 2、设计方案 电子拔河游戏机电路由输入整形电路、计数器编码电路、译码器和电子绳电路、保持电路、计分显示电路五部分组成： 输入整形电路 由74LS00与非门、74HC08与门组成。选择其中四个与非门接成两个RS触发器，用于防止开关状态变化时信号产生抖动；其余与非门和与门连接成能产生脉冲微延迟的结构，以得到占空比很大的脉冲。 由于74LS192计数器进行加法计数时，减法输入端CPD必须接高电平；进行减法计数时，加法输入端CPU也必须接高电平。如果直接将甲乙输入信号接到计数器时钟脉冲输入进行加、减法计数，就很可能在进行计数输入时另一计数输入端为低电平，使计数器不能计数，双方按键均失去作用，拔河比赛不能正常进行。因此需要加一整形电路，使甲乙输入信号脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲。则可以减少了进行某一计数时另一计数输入为低电平的可能性，从而使每按一次键都有可能进行有效的计数。 计数器编码电路 主要由一片74LS192双时钟同步计数器构成。它有两个时钟脉冲输入，分别对应甲方信号和乙方信号；有四个输出端接到译码器输入，从而通过BCD码加、减法计数控制译码器-电子绳电路的LED显示；清零端接单刀双掷开关，在比赛开始前接到高电平清零复位，开始后接到低电平则可以正常计数。出于某方胜利后，LED保持不动的需要，将四个输出端与四个置数输入端相连。 译码器和电子绳电路 由两片74LS138译码器、7个LED及其对应电阻构成。译码器输入端接192计数器编码输出端；LED阳极接电源，阴极接译码器输出。当编码电路计数器清零复位时，译码器1Y0为低电平，使电子绳中间LED灯亮，译码器其余输出端为高电平，使电子绳上其余LED灯不亮；当编码电路计数器进行加法计数时，译码器输出端唯一低电平依次经过1Y1、1Y2、1Y3、1Y4，使电子绳上与之对应的LED灯亮，从而形成电子绳亮点的移动。 保持电路 由74HC32或门和74LS00与非门组成。选择两个与非门，与非门的两输入端分别接最左端LED阴极和高电平，两个与非门的两个输出端接到或门的输入端，或门输出端再接另一与非门输入端，此非门输出接192计数器置数端。比赛未结束时，最左端和最右端LED阴极都为高电平，通过保持电路使置数端为高电平、不起作用；有一方胜利后，最左端和最右端LED阴极中一个为高电平、另一个为低电平，通过保持电路使置数端为低电平、起作用，由于192的四个输出端与四个置数输入端相连接，则可以保持192的四个输出端不变，从而使得LED灯不再移动，即实现电路的自锁保持功能。 计分显示电路 由两个LC002译码数码管、两片74LS192计数器、74LS00与非门构成。与非门，两个输入端分别接高电平和最左端LED阴极，输出接192计数器加法时钟输入端；192做得分加法计数使用，输出端接数码管显示甲乙得分。 总设计电路图如下： 图2 总设计电路图 三单元电路设计 接到任务书后，我对课题进行了宏观大体设计，明确了设计方案：设计的电子拔河游戏机应包括输入整形电路、计数器编码电路、译码器和电子绳电路、保持电路、计分显示电路五部分。经过小组讨论，我们分配了设计任务。由我完成计数器编码电路、保持电路两个单元电路的细节设计。 1、单元电路功能 计数器编码电路 将上级电路送来的信号编码为BCD码并送往下级电路。 每局比赛开始前可以清零复位，使电子绳恢复中点发光。 配合保持电路，满足一方胜利后电路的自锁保持功能。 保持电路 一方胜利后，使电路具有自锁保持功能，即电子绳的亮点不再移动。 2、电路结构和元器件选择 计数器编码电路 电路由74LS192双时钟同步计数器、开关、电源、导线若干构成。 192计数器有两个时钟脉冲输入，分别对应甲方信号和乙方信号；有四个输出端接到译码器输入，从而通过BCD码加、减法计数控制译码器-电子绳电路的LED显示；清零端接单刀双掷开关，在比赛开始前接到高电平清零复位，开始后接到低电平则可以正常计数。出于某方胜利后，LED保持不动的需要，将四个输出端与四个置数输入端相连。电路图如图3。 图3 计数器编码电路 图4 保持电路 保持电路 电路由74HC32或门和74LS00与非门、导线若干组成。 选择两个与非门，与非门的两输入端分别接最左端LED阴极和高电平，两个与非门的两个输出端接到或门的输入端，或门输出端再接另一与非门输入端，此非门输出接192计数器置数端。比赛未结束时，最左端和最右端LED阴极都为高电平，通过保持电路使置数端为高电平、不起作用；有一方胜利后，最左端和最右端LED阴极中一个为高电平、另一个为低电平，通过保持电路使置数端为低电平、起作用，由于192的四个输出端与四个置数输入端相连接，则可以保持192的四个输出端不变，从而使得LED灯不再移动，即实现电路的自锁保持功能。电路图如图4。 3、软件仿真测试 在multisim中设计计数器编码仿真电路、保持仿真电路，如图5、6所示。 图5 计数器编码电路仿真 图6 保持电路仿真 四所选用集成电路的逻辑符号图、引脚图、功能表 74LS192 图7 74LS192逻辑图 图8 74LS192引脚图 输入 输出 MR PL CTU CTD 1 0 0 0 0 × 0 1 1 1 × × 1 1 × × 1 1 P3 × A × × × P2 × B × × × P1 × C × × × P0 × D × × × Q3 0 A Q2 0 B Q1 0 C Q0 0 D 加法计数 减法计数 保持 图9 74LS192功能表 74LS00 图10 74LS00逻辑图 图11 74LS00引脚图 输入 输出 A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 图12 74LS00功能表 74HC32 图13 74HC32逻辑图 输入 输出 A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 图15 74HC32功能表 图14 74HC32引脚图 五总体电路的软件仿真测试 图16 总体仿真电路 电路仿真步骤： 在multisim10软件环境下，做出如图16的仿真电路。 拨动开关B，使计分显示电路清零复位，拨动开关A，使计数编码电路清零复位。观察到此时数码管显示计数0-0,，电子绳中间LED灯亮。 图17 仿真步骤2 反复拨动开关1观察到电子绳上LED亮灯向左移动，反复拨动开关2观察到电子绳上LED亮灯向右移动；同时反复拨动开关1、2，电子绳上LED亮灯左右移动。 图18 仿真步骤3 当电子绳LED亮灯移动到最左端时，继续拨动开关1、2,，观察到LED亮灯不再移动，计分显示电路的数码管显示计分1-0. 图19 仿真步骤4 拨动开关A，使计数电路清零复位，观察到电子绳又恢复中间LED亮灯的初始状态。 图20 仿真步骤5 再次拨动开关1、2，当电子绳LED亮灯移动到最右端时，继续拨动开关1、2,，观察到LED亮灯不再移动，计分显示电路的数码管显示计分1-1。 图21 仿真步骤6 继续重复几次比赛过程，发现仿真电路都可以正常完成电子拔河游戏机的设计要求。 电路仿真结论：仿真电路正确无误，可以满足电子拔河游戏的设计要求。 六总体电路的硬件实验测试 确定整体仿真电路准确无误之后，我们向老师领取了面包板、芯片、数码管、开关、电阻、LED、导线等元器件，开始硬件实验测试。硬件测试步骤如下： 通过网络搜索和实验台测试，弄清SYB-118面包板的内部联通结构，这是进行电路硬件连接的前提。 通过网络搜索和书本查找，得到电路中需用的所有芯片的功能表和引脚图。 根据仿真电路，大致确定元器件在面包板的位置，确定连线思路。 进行单元电路的详细制作连接及功能测试。 单元电路正常工作后，对单元电路进行连接得到总体电路。 对总体电路进行功能测试和调试，得到最终成品。 总体电路的硬件调试与软件仿真测试内容相同，调试中遇到的困难已经写在“四、设计过程所遇困难及解决方法”中，此处不再赘述。实物电路达到仿真测试的预期功能则电路设计制作成功、任务完成。 七设计结论和心得感悟 1、multisim是重要的仿真软件，在电路、电子技术、电力系统等强、弱电课程中一直都会使用到。我们应该非常熟练的掌握这款软件的使用方法，这对于我们学习课本知识和设计实践都大有裨益。 2、在本次课程设计中，我深深体会到独立信息查找能力、思考能力、自学能力和动手能力的重要性。单单学习老师教授的课本知识是非常有限的，这次课程设计把以往学过的很多知识串在一起，并把它们推向实践，还增加了许多实践中的新问题，在完成设计的过程中，我们的信息查找能力、独立思考能力、自学能力和动手能力都得到了提高。 3、理解“理论仿真实物”。我们在课本中学习到的理论知识，在multisim仿真中可能不能实现。同时，在multisim仿真中顺利实现的过程，在实物电路中可能不能流畅的实现，这是受到硬件器材质量和稳定性的局限，对这部分的困难，我们很难彻底解决，只能反复调试、采取各种措施，尽量让电路处于最佳状态。 4、进行电子设计要有严谨的态度和不怕失败的精神。对于本次电子设计，不管是仿真还是实物制作，都不可能一蹴而就，在设计过程中必定会遇到很多失败和不顺，此时要不急不躁，用冷静的头脑分析电路错误的地方，及时改正。 八参考文献 彭介华.电子技术课程设计指导.北京：高等教育出版社，1997； 高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社，2005； 童诗白.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，1988； 康华光.电子技术基础模拟部分.北京：高等教育出版社，2006.