数电课设：乒乓球游戏机电路设计

乒乓球游戏机电气工程学院数字电子电路课程设计报告书姓名班级学号日期2010-7-1目录一、设计题目....................................................1乒乓球游戏机二、设计任务....................................................11、选题意义..................................................12、设计目标..................................................13、设计要求..................................................1三、程序设计与实现..............................................11、电路结构..................................................12、球台电路设计..............................................23、驱动控制电路设计..........................................34、计分电路设计..............................................45、总电路的设计..............................................6四、设计难点与解决方法..........................................7五、设计不足之处................................................7六、收获与体会..................................................7附录1：电路仿真说明.............................................9附录2：文献参考.................................................9乒乓球游戏机-1-一．设计题目乒乓球游戏机二．设计任务1.选题意义乒乓球游戏机通过十分巧妙的设计采用数字芯片实现乒乓球左右移动、选手击球、得分、累计得分超10报警等功能。该设计三个双向开关J1、J2、J3分别作为裁判和游戏者A、B，且选手可以从译码显示器上直接读出自己的得分，具有操作简单、结构清晰的优点。2.设计目标该乒乓球游戏机电路主要有3块电路：球台驱动电路、控制电路和计分电路组成。其中球台驱动电路主要实现游戏者击球完毕后球的左右移动显示位置功能；控制电路实现游戏者A和B击球、裁判对系统初始化的功能；积分电路具有当A或B击球有效时加分和当游戏者的分数累计超过10分时报警通知裁判对系统进行初始化以便重新开始比赛计分的功能。3.设计要求1.用8个发光二极管表示球，用两个按钮分别表示AB两个球员的球拍；2.一方发球后，球一固定的速度向另一方运动（发光二极管依次点亮），当球达到最后一个二极管时，对方击球（按下按钮）球向相反的反方向运动，在其他时候击球视为犯规，给对方加1分；都犯规双方各加1分；3.A、B各有一个数码管计分；4.裁判有一个按钮，用来对系统初始化，每次得分后按下一次。三．电路设计与实现1.电路结构根据设计要求，该电路须设计3块短路完成球台驱动、控制和计分功能。当裁判按下启动按钮时，游戏机电路开始运作。系统以CP信号作为球台驱动电路和计数器计分的时钟信号，以8个二极管的依次被点亮代表球的移动位置，双向选择开关J2、J3控制发球、击球信号。电路设计原理图如下图1：乒乓球游戏机-2-球台电路计分电路cpJ3J2CNT图1电路设计原理图2.球台电路设计球台电路通过两个4位上相移位寄存器74LS194接成一个8位的移位寄存器。具体接法为：将第一片的左移串行输入端SL接到第二片的Q0端，将第二片的右移串行输入端接到第一片的Q3端，然后将第一片的D0端和第二片的D3端制1，同时将剩余的其他几个输入端制0。其功能表如下表1：RDS1S0工作状态01111××00011011置零保持右移左移并行输入表1移位寄存器功能表功能说明：（1）当RD=0，其他输入端均为任意值，寄存器输出Q0、Q1、Q2、Q3均为时钟信号源按键电路发光二极管球台驱动电路控制电路LED数码管1显示译码器1计数器1LED数码管2显示译码器2计数器2乒乓球游戏机-3-0。清除后，置RD=1。此功能对应于裁判员对系统进行初始化。（2）当RD=S1=S2=1时，送入任意的4位二进制数，当下一个上升沿到来时，将Q0、Q1、Q2、Q3置成相应的状态。（3）当RD=1、S1=0、S0=1时，由右移输入端SR输入二进制码1000，通过时钟脉冲CP依次右移。此功能对应于乒乓球右移。（4）当RD=1、S1=1、S0=0时，由右移输入端SR输入二进制码0001，通过时钟脉冲CP依次左移。此功能对应于乒乓球左移。根据设计原理，使用multisim绘制并通过仿真的电路图如下：图2球台电路电路图3.驱动控制电路设计该电路块由两片74LS74、两个与门7409、两个与非门7400构成，74LS74为上升沿触发的D触发器，~PR为置1端（低电平有效），~CLR为置0端（低电平有效）。当J1=0时，两片D触发器输出端均为1即S1=S0=1，通过接入74LS194，此时实现的是并行输入功能。当J1=1时，L1=J2=1，J3=L8=0,通过各门电路将乒乓球游戏机-4-1D置为0，将两片74LS74的CLK信号置为1，则D触发器输出端Q1、Q2分别为0，1即S1=0,S0=1。相反情况时，当J1=1时，L1=J2=0，J3=L8=1，D触发器输出端分别为1，0即S1=1,S0=0。通过此电路来控制并且实现球台灯的左右移位即实现乒乓球的运动。根据设计原理，使用multisim绘制并通过仿真的驱动控制电路电路图如下：图3驱动控制电路电路图3．计分电路设计计分电路以PlayerA的计分电路为例进行说明。本电路主要由一片74LS160十进制计数器、一个7404非门、7409与门构成，得分真值表如下：乒乓球游戏机-5-同步十进制计数器74LS160的功能表如下：CPRDLDEPET工作状态×××01111×0111××××01×011置零预置数保持保持（但C=0）计数由计数器74LS160的功能表可知，当~RD=~LD=EP=ET=1时工作状态为计数，此时~CLR=~LOAD=ENT=ENP=1。选用ENP、ENT作为74LS160的计数控制端，当ENT=ENP=1时计数，当ENT=ENP=0时计分电路处于保持状态。RCO为进位输出端，即当选手计满9分时给出报警信号。根据设计原理，使用multisim绘制并通过仿真的计分电路图如下：L1J2(A)L8J3PlayerAPlayerB110010001101乒乓球游戏机-6-图4计分电路电路图4.总体电路的设计根据上述三个模块电路，将它们按一定的次序进行组合并通过仿真，即可得到下面的总电路图5总电路电路图四.设计难点与解决方法1.设计难点（1）本电路的设计难点是怎样把裁判员的初始化信号和两位选手的击球信号加到整个电路中去，来控制总格电路系统。（2）球台控制电路的仿真无法用逻辑分析仪进行逻辑分析。2.解决方法：（1）经过我们小组反复讨论和分析，我们使用了两片上升沿触发的D触发器74LS74、两个与门7409、两个与非门7400构成电路。将裁判的开关与74LS74芯片的CLR端相连接，实现裁判对电路的可控性。当CLR信号有效时，实现对电路的清零;当CLR信号无效时，即开关闭合时候，允许游戏者击球。乒乓球游戏机-7-（2）经过我们小组反复讨论和分析，球台电路的逻辑分析通过几个开关进行置1和置0操作，用两个发光二极管作为S1、S0状态显示。这样使得操作更加简单，结构更加清晰。五.设计不足之处此电路完成的功能十分简单，仅仅达到了题中所要求的一些最主要的要求。此电路名为乒乓球游戏机，但基本没有达到游戏机的娱乐性要求，还有待于我们进一步改进。六.收获和体会通过本次数电课程设计,是我懂得了：1.我懂得了数字电路的基本设计方法,对Multisim仿真软件有了初步的了解和认识。让我懂得如何使用Multisim软件对电路进行设计和仿真，如何运用里面提供的电路部件来设计和完成电路的功能，使我在以后的工作中会利用Multisim进行电路设计，完成工程功能的实现。2.通过实验是我提高了逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。3.此次设计，我们通过小组讨论共同研究，我们解决了很多关于数字电路方面的难问题，增加了我们在知识方面的印象，也对自己的能力有了更深的认识。成绩_________分乒乓球游戏机-8-附录1：电路仿真说明为了使用者能够获得正确的程序运行结果，防止未按设计者要求输入，导致程序退出，现在说明内容如下：(1)仿真环境：计算机，multisim.10软件(2)文件组成说明：文件由三个模块电路和一个总电路组成。(3)实验器材：74LS190、74LS160、7474、触发器、门电路、数码管、发光二极管、开关等。(4)操作说明：运行multisim程序，打开总电路设计图，运行电路，实现电路的仿真。系统功能以上已介绍，此处不再赘述。附录2：参考文献【1】阎石.数字电子技术基础.第五版.北京：高等教育出版社，2006【2】高仁景.数字电子技术基础与设计.大连：大连理工大学出版社，2004【3】CSDN论文网【4】豆丁网