电子拔河游戏机--实验报告

电子技术综合实验设计报告设计题目：电子拔河游戏机专业班级：学生：学号：指导教师：一、设计任务电子拔河游戏机是一种能容纳甲乙双方参赛或甲乙双方加裁判的三人游戏电路。由一排LED发光二极管表示拔河的电子绳。由甲、乙二人通过按钮开关使发光的LED管向自己一方的终点移动，当亮点移到任何一方的终点时，则该方获胜，连续比赛多局以定胜负。二、设计要求1）由裁判下达比赛开始命令后，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）电子绳由17个LED管构成，裁判下达比赛开始命令后，位于电子绳中点的LED管发亮。甲、乙二人通过按钮开关使发光的管向自己一方的终点移动，并阻止其向对方延伸。当点亮的LED管到达某一方的终点时，该方获胜。此时通过自锁功能锁定电路，使输入不再有效，必须由裁判再次发出比赛开始命令时方能开始下一次比赛。3）某方赢一次，有计分电路自动给该方加1分，通过多次比赛以定胜负。三、总体方案设计本方案中，有效输入信号代表的是拔河的力度的相对大小。则当A=1，B=0时，表示甲的力度比乙的力度大；当B=1，A=0时，表示乙的力度比甲的力度大；当A=1，且B=1时，表示甲的力度与乙的力度一样大；当A=0且B=0时，表示甲、乙均还未开始拔河。当裁判员下达比赛开始命令后，比赛开始，甲、乙中的任意一方输入有效信号后，计数器开始计数。若甲输入有消信号时，进行加计数；若乙输入有效信号时，进行减计数。电子绳的LED开始移动；当甲、乙同时输入有效信号时，电子绳上点亮的LED灯不再移动。当一局比赛结束后，电子绳上某一头的LED保持亮，此时，甲、乙的输入信号不再有效，计分电路此时记录并显示甲、乙总共的比赛成绩。当裁判下达下一局比赛开始的命令后，比赛才能开始，甲、乙输入信号才有效。基本实验原理图如下：译码器电子绳乙方得分甲方得分计数器控制电路时钟信号输入信号电路可采用可预置的加／减计数器作主要器件，用计数器的输出状态通过译码器控制LED发亮。当向计数器输入“加脉冲”，使其作加运算时发亮的灯向甲方延伸，相反，当向计数器输入“减脉冲”时，发亮的灯向相反方向移动。电路的主要部分可以用移位寄存器构成。当一局比赛结束，即发亮的LED延伸到某方终点时，由点亮该终点灯的信号使电路封锁加／减脉冲信号的作用，即实现电路自锁，使加／减脉冲无效。同时，使计分电路自动加分。控制电路部分应能控制由振荡器产生的脉冲信号进入计数器的加／减脉冲输入端，其进入方向则由参赛双方输入的按键信号决定。(1)输入信号与控制电路设计•甲乙方输入用开关A,B代替•甲乙输入能互相控制，即在有效时间里甲先输入则甲有效，乙先输入则乙有效•任一方到终点获胜后，另一方输入无效一个输入信号控制电路，由两个基本RS触发器、两个电阻与一个开关来实现信号的输入，即是否用力拔河。(有0出1，全1出0)甲、乙输入信号产生电路图如下：（2）控制电路的设计控制电路主要用于控制时钟信号的输入。控制电路要实现的主要功能有：1、当裁判员下达比赛开始命令后，并且一方有信号输入时，计数器开始计数，有脉冲信号输入。2、当甲、乙双方同时输入信号时，电子绳不移动，此时应无脉冲信号输入。3、当本局拔河比赛结束，且裁判员未下达下一句比赛开始前，双方输入信号无效，即此时无脉冲输入。以QA、QB分别表示甲、乙输入信号情况，“1”表示有信号输入，“0”表示无信号输入；以A、B分别表示电子绳是否移动到终点，一局比赛是否结束，A=1表示甲胜，B=1表示乙V11kHz5V0CP胜；L表示是否有脉冲信号输入，L=1表示有脉冲信号输入，L=0表示无脉冲信号输入；脉冲信号用CP表示，输入脉冲信号用CPo表示。真值表如下：QAQBABL0000X000100010000110010010101001100011101000110010101001011011000110101110011110控制信号：L=QA’QB’A’B’+QA’QBA’B’+QAQB’A’B’=(QA’+QB’)A’B’=(QAQB)’A’B’输入脉冲信号：CPo=(QAQB)’A’B’CP控制信号电路如下图：（3）时钟信号电路用于产生脉冲信号。脉冲信号的产生也可以通过石英晶体振荡或多谐振荡产生，本电路直接采用了仿真软件中的脉冲信号：（4）计数器电路X12.5VX22.5VX32.5VX42.5VX52.5VX62.5VX72.5VX82.5VX92.5VX102.5VX112.5VX122.5VX132.5VX142.5VX152.5VX162.5VX172.5VU28C74LS00D&U28D74LS00D&U27A74LS00D&U27C74LS00D&U27D74LS00D&U26B74LS00D&U26C74LS00D&U26D74LS00D&U24A74LS00D&U24B74LS00D&U24C74LS00D&U15A74LS00D&U15C74LS00D&U15D74LS00D&U13A74LS00D&U13C74LS00D&U13D74LS00D&4241403938373635343332313029281091234567891011121314151617当输入有效输入信号时，计数器开始工作，开始计数，当甲输入有效信号时计数器加计数，当乙输入有效信号时计数器减计数。上局比赛结束，本局比赛未开始时，由裁判员控制电路是否开始本局比赛。开关R实现计数器置数为8，此时刚好17个LED中间的那个亮。由于一个74LS192加/减计数器只能实现10位数计数，要实现17位计数应采用两个74LS192加/减计数器。当第一个74LS192加/减计数器由“1001”变为“0000”时，第一个74LS192加/减计数器向第二个74LS192加/减计数器进一位。（5）译码器电路译码器主要是将计数器的输出进行译码，实现每个输出端代表一个不同输入信号。由于一个74LS138译码器只能进行八进制译码，要进行17位译码，需要三个74LS138译码器进行译码。译码器电路如下图：（6）电子绳电路采用17个LED表示电子绳。由于74LS138有效输出是“0”，因此应在电子绳前加一个非门，本电路采用的是与非门代替非门。(7)计分电路计分电路用于记录并显示甲、乙双方比赛得分成绩。当甲、乙双方任意一方在一局比赛中获胜，比赛结束，记录并显示一方的成绩。计分电路同样采用了74LS193加/减计数器。当电子绳的一头的LED灯亮时，比赛结束，计分电路74LS193加/减计数器获得一个计数脉冲，计数器加计数一下，获胜方成绩加一分，输的一方成绩不变。当下一场比赛开始时，通过清零开关使计分电路的计数为0，从新计数。（8）将以上各部分组合，得如下整体电子拔河游戏机电路图：由仿真图可知，该电路设计无误，可以实现按动A、B两个按键时，分别产生两个脉冲信号，经整形后分别加到可逆计数器74LS192上，可逆计数器输出的代码经译码器译码后驱动电平指示灯熄灭并产生位移，当熄灭的点移到任何一方终端后，由于显示响铃电路的作用，玩家停止操作。如裁判按动复位键C，该点又回到中点位置，再次按C键则比赛又可重新开始。四、总结与结论1、问题与解决方案(1)设计输入电路和控制电路时，开始时无法通过基本RS触发器控制输入信号。后来经过分析，将基本RS触发器的输入端R、S通过一个电阻与5V电源相连接，相当于：当没有输入信号时，输入端接电源，有输入信号时，输入端接地。(2)设计计数器电路时，开始时74LS192的清零端CLR分别连接了第一片192的QC和第二片192的QA，结果发现只能由0计数到14，（即显示为0001+0100=14）。后来经过分析，清零端改接到第一片的QD和第二片192的QA，则可以从0计数到18，（即显示为0001+1000=18），则可以满足17个灯的要求。(3)设计译码器电路时，开始时不太明白74LS138级联的原理，对芯片的选通端连接不清晰，导致电路译码不正确，后来仔细查询了相关知识，正确连接了芯片，并且用中间芯片连接第9个灯，用其余两个芯片分别连接了前八个灯和后八个灯，经过检验后译码器电路正确了，可以正确译码。2、设计、安装及调试中的体会(1)．将大问题分解成小问题，逐个击破是解决问题的有效方法。但需注意最后还要将分块后各个模块的解决方案有机的结合起来组成最终的方案。(2)．实际的问题并不总是和理论上分析的情况一样。实际中往往是许多问题集于一体，并不容易解决，需要认真分析。甚至一个非常简单的实验，所出现的问题很可能是我们这么些年来从来没有接触到的.3、课程设计总结(1)通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一个电路图和仿真图，在芯片上的选择。这个方案总共使用了三片74LS138，四片74LS192,若干片74LS00、74LS04及74LS08。(2)在做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。(3)通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。