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

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电子拔河游戏机设计

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导止

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数字电子技术课程设计任务书

系（部）： 专业： 指导教师：

长沙学院课程设计鉴定

表

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

（1）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。 （2）“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。 （3）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： （1）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。 （2）计数器编码电路

主要由一片74LS192双时钟同步计数器（输出为BCD 码）构成。它有两个时钟脉冲输入，分别对应甲方信号（加法计数）和乙方信号（减法计数）；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（即四个输出端保持不变）的需要，将四个输出端与四个置数输入端相连。 （3）译码器和电子绳电路

由两片74LS138译码器（组成4线-16线译码器）、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（或减）法计数时，译码器输出端唯一低电平依次经过1Y1、1Y2、1Y3、1Y4（或2Y1、2Y0、1Y7、1Y6），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。 （4）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（或最右端）LED 阴极和高电平（做非门使用），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（做非门使用）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。 （5）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（做非门使用），两个输入端分别接高电平和最左端（或最右端）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（如上），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 （1）计数器编码电路

①将上级电路送来的信号编码为BCD 码并送往下级电路。 ②每局比赛开始前可以清零复位，使电子绳恢复中点发光。 ③配合保持电路，满足一方胜利后电路的自锁保持功能。 （1）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 （1）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（加法计数）和乙方信号（减法计数）；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（即四个输出端保持不变）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 （1）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（或最右端）LED 阴极和高电平（做非门使用），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（做非门使用）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。 （由于这两部分单元电路不便于单独进行仿真测试，因此将这两部分单元电路接进总体电路中和其他单元电路一起进行仿真测试，将仿真过程与结果写在“六、总体电路及其软件仿真测试”中。）

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

（1）

74LS192

图7 74LS192逻辑图 图8 74LS192引脚图

图9 74LS192功能表

（2）74LS00

图10 74LS00逻辑图 图11 74LS00引脚图

图12 74LS00功能表 （3）74HC32

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

（1）电路仿真步骤：

① 在multisim10软件环境下，做出如图16的仿真电路。（注：为了接线清晰易辨，仿真电路中使用了三个电源和接地点；实际电路采用同一电源和接地点并设计了一个总开关来控制电路的开启on 、关闭off 功能。）

② 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。（如图17）

图17 仿真步骤2 ③反复拨动开关1（甲信号）观察到电子绳上LED 亮灯向左移动，反复拨动开关2（乙信号）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。（如图18）

图18 仿真步骤3

④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. （如图19）

图19 仿真步骤4

⑤拨动开关A ，使计数电路清零复位（裁判命令：比赛另一局重新开始），观察到电子绳又恢复中间LED 亮灯的初始状态。（如图20）

图20 仿真步骤5

⑥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。（如图21）

图21 仿真步骤6

⑦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。

（2）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（型号：SYB-118）、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：

（1）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。

（2）通过网络搜索和书本查找，得到电路中需用的所有芯片（及数码管）的功能表和引脚图。

（3）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。

（4）进行单元电路的详细制作连接及功能测试。

（5）单元电路正常工作后，对单元电路进行连接得到总体电路。

（6）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

【1】彭介华. 电子技术课程设计指导【M 】. 北京：高等教育出版社，1997；

【2】高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计【M 】. 北京：电子工业出版社，2005；

【3】童诗白. 模拟电子技术基础【M 】. 北京：高等教育出版社，1988；

【4】康华光. 电子技术基础——模拟部分【M 】. 北京：高等教育出版社，2006.