数字逻辑电路课程设计报告(DOC)

平顶山工学院本科课程设计数字逻辑电路课程设计报告拔河游戏机2007年9月6日平顶山工学院本科课程设计摘要1、任务与要求: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的“电子绳”。由甲乙双方通过按纽开关使发光的LED管向一方的终点延伸，当延伸到某方的最后一个LED管时，则该方获胜，连续比赛多局以定胜负。显示器显示胜者的盘数。2、基本要求如下：（1）比赛开始时，由裁判下达命令后，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”到少由15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点亮。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管全部点亮时，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、方案论证与设计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”。游戏双方各拥有一个比赛时使用的按钮,当参与者不停的按动按钮的时候就产生脉冲,谁快产生的脉冲就多,这样由甲乙双方通过按扭开关使发光的LED管向一方的终点延伸，双方通过按扭输入信号，使得计数电路实现计数功能，当延伸到某方的最后一个LED管时，则该方获胜，连续比赛多局以定胜负。通过设计多谐振荡器提供输入脉冲，用可逆计数器，译码器，将甲乙双方的输入转换为脉冲，再经过译码，显示译码器和七段数码管实现电路的记分功能。用开关设计的裁判可以实现电路的记分和清零功能。平顶山工学院本科课程设计目录1概述…………………………………………………………………………⑴1.1设计思想及说明……………………………………………………………⑴2系统总体方案及硬件设计……………………………………………………⑸2.1实验设备及各器件功能………………………………………………⑸～⑼2.2设计步骤………………………………………………………………⑼～⑿2.3实验电路框图………………………………………………………………⒀2.4作品介绍……………………………………………………………………⒀3心得体会………………………………………………………………………⒁4参考文献………………………………………………………………………⒂附1：系统原理图………………………………………………………………⒃平顶山工学院本科课程设计一概述1.1设计思想及说明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”。游戏双方各拥有一个比赛时使用的按钮,当参与者不停的按动按钮的时候就产生脉冲,谁快产生的脉冲就多,这样由甲乙双方通过按扭开关使发光的LED管向一方的终点延伸，双方通过按扭输入信号，使得计数电路分别实现实现加减计数功能，当延伸到某方的最后一个LED管时，则该方获胜，连续比赛多局以定胜负。通过设计甲乙通过输入单脉冲，用十进制可逆计数器实现加减，通过译码器显示译码器和七段数码管实现电路的记分功能，并实现双方赢盘数的自动统计。用开关设计的裁判可以实现电路的清零功能。平顶山工学院本科课程设计二系统总体方案及硬件设计2.1实验设备及各器件功能1．+5v直流电源；提供拔河游戏机的信号输入，高低电平输入，产生信号。2．译码显示器；将十进制数字信号转化成模拟信号，使输出比赛结果。3．逻辑电平开关；使能端，在每场比赛结束后进行锁定，在下场比赛开始时间解除锁定，使比赛进行以后各场。4．4线－16线译码/分配器CC4511;将二进制数字信号转化成模拟信号，使发光二极管在与到高电势时间发光。5．同步递增/递减二进制计数器CC40193；CP（u）为递增输入端，CP(d)为递减输入端。6．十进制计数器74LS90;对输入信号进行十进制记数，记数后将其传送到译码显示器显示。7．与非门CC4011×3，与门CC4081.异或门CC4030，电阻1千欧姆×4，与译码显示器、逻辑电平开关、译码分配器、同步递增/递减二进制计数器、十进制计数器等各个器件构成整个拔河游戏机设备。8．九个发光二集管及导线。平顶山工学院本科课程设计平顶山工学院本科课程设计R0(1)CPACPBR0(2)R9(2)R9(1)NCNCVCCQAQDQBQCGND1234567141312111098QAQDQBQCR9(2)R9(1)R0(2)R0(1)CPBCPA74LS90CPACPBQAQDQBQCR9(2)R9(1)R0(2)R0(1)74LS90B、74LS90管脚分布图2、利用集成功能组件设计计数电路74LS90平顶山工学院本科课程设计平顶山工学院本科课程设计2.2设计步骤开始我们是设计电路图完成以上功能，但由于部分器件的缺乏，而用现有器件实现电路功能相对较复杂。而且由于按照设计的电路图，所需元器件较多，需使用两块电路板，但是出现了两块电板的电压不匹配，驱动不足等问题，同时线路较复杂使得排查的工作也很难。所以后来我们改用了编程实现。编程原理概要：输入：甲，乙和裁判的脉冲平顶山工学院本科课程设计输出：9个LED发光二极管输入；甲的赢盘数（4位二进制）；乙的赢盘数（4位二进制）；在程序内部实现根据裁判，甲乙输入控制计分，译码等主要功能程序设计中的几个关键问题：时钟信号问题：如何实现各相关功能模块的时钟同步。首先搞清楚，引脚定义中寄存器属性和组合逻辑属性的不同。可以作这样的理解：寄存器模式需要时钟信号的控制，来一个时钟脉冲，发生一次改变。而组合逻辑属性则可理解为某一时刻的输出唯一决定于此时其输入的各变量，而且可以认为这种改变在电路内部是瞬时的，无延迟现象。本程序的核心是如何实现两个脉冲分别控制一个可逆计数器的加减记数，同时裁判脉冲能对计数器进行重置，以及重置之前的自锁功能。开始时我们是通过引入了一个外部时钟信号CLK，可逆计数器的时钟信号=CLK，这样就可以实现甲，乙，裁判脉冲能在任意时刻改变计数器的状态，因为外部时钟脉冲是始终不断的，所以电路总是在判断各输入以决定输出。但是碰到了一个问题：当甲只按了一下，LED灯直接跳到了最左边，也就是内部计数器一下减到了0，而不是按一下只减1。分析现象，出现这样的问题就是由于外部输入的CLK信号的频率为1-100KHZ，也就是其脉冲的周期最大也是微秒级的，甲，乙的脉冲是不可能实现这样的速度的。例如甲按下单脉冲发生器0.1秒，而技术器时钟已经过去100以上的周期，也就是说计数器减了100次（当然只减了4电路就自锁了）。后来我们也考虑过通过分频将高频信号分频成低如几HZ的低频信号，但是分析后发现这是不实际的，而且在时序上仍然存在问题。因为即使时钟信号低到能适应甲乙脉冲的频宽，但是仍会因为周期过大，电路反应过慢，LED移动缓慢的缺陷。平顶山工学院本科课程设计通过长时间的分析，这期间对寄存器和组合逻辑模式的电路内部运作的理解有了质的提高。得出了以下的最终解决方案可逆计数器原始状态输出4位二进制数0000，经译码器输出使中间的一只发光二极管发亮。当按动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，可逆计数器输出的代码经译码器译后驱动发光二极管点亮并产生位移，当亮点移到任何一方终端后，由于控制电路作用，使这一状态被锁定，而对输入脉冲不起作用。如按到复位键，亮点又回到中点位置，比赛又可重新开始。将双方终端二极管的正端分别经两个与非门后接至两个二－十进制计数器的加计数端，当任一方取胜，该方终端二极管发亮，产生一个下降沿使其对应的计数器计数。这样，计数器的输出即显示了胜者取胜的盘数。1.计数器可逆计数器要有两个输入端，四个输出端，要进行加/减计数，因此选用CC40193双时钟二进制同步加/减计数器来完成。2.整形电路CC40193是可逆计数器，控制加减的CP脉冲分别加至5脚和4脚，此时当电路要求进行加法计数时，减法输入端CPd须为高电平；减法计数时，加法输入CPu也必须为高电平，若直接由A、B键产生的脉冲加到5脚或4脚，那么就有很多时机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，拔河赛不能正常进行。加一整形电路，使A、B键出来的脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲，这样就减少了进行某一计数时另一计数输入为低电平的可能性，从而使每一次键都有可能进行有效的计数。整形电路是由两个与门CC4081和4个与非门CC4011来实现其相应功能。3.译码电路平顶山工学院本科课程设计选用4线－16线CC4514译码器。译码器的输出Q0~Q14分接9个发光二极管，二极管的负端接地，而正端接译码器；这样，当信号输出为高电平时发光二极管点亮。比赛准备，译码器输入为0000，Q0输出为0，中心处二极管首先点亮，当编码器进行加法计数时，亮点向右移，进行减法计数时，亮点向左移。4.控制电路为指示出谁胜谁负，需用一个控制电路。当亮点移到任何一方的终端时，判该方为胜，此时双方的按键均宣告无效。此时电路可用一个异或门CC4030和一个与非门CC4011来实现。将双方终端二极管的正极接至异或门的两个输入端，负极接至两个与非门的两个断口，当获胜一方为“1”，而另一方则为“0”，异或门输出为“1”，经非门产生低电平“0”，再送到计数器的置数端PE，于是计数器停止计数，处于预置状态，使计数器对输入脉冲不起作用。5.胜负显示将双方终端二极管正极经与非门后的输出端分别接到两个74LS90计数器的A端，74LS90的四组4位BCD码分别接到实验装置的四组译码显示器的A、B、C、D插入口。当一方取胜时，该方终端二极管发亮，同时相应的数码管进行加一计数，于是就是到了双方取胜次数的显示。6.复位为能进行多次比赛，需要进行复位操作，使亮点返回中心点，可用一个开关控制CC40193的清零端即可。胜负显示器的复位也应用一个开关来控制胜负计数器的清零端R,使其重新计数。平顶山工学院本科课程设计2.3实验电路2.4作品介绍严格说来，我们组的作品只是在功能上实现了拔河机的拔河功能，虽然算不上真正意义上的拔河游戏机，但这次设计实验不失为一次有意义的挑战。本作品为数字电子产品，准确而且灵敏度高，不会因为电路耗能或模拟元件本身的原因造成响应缓慢、准确度低等缺陷。使用说明首先，要接如5V的直流电源使电路通电，使用复位开关将甲乙赢盘数重置，然后，裁判按下开始将程序内部核心加减计数器重新置开始位，仪器便可开始工作，用甲乙两个脉冲开关实现电路的“拔河”，当某端的最后一个发光LED管亮起时，说明一局比赛结束，通过按下裁判的复位按键来进行下一场比赛，在数码管中显示了比赛的结果。可逆计数器按键AB整形电路选择开关译码器取胜计数器取胜显示控制电路中心点显示复位平顶山工学院本科课程设计三心得体会此次电子系统设计中，我们投入了最大的热情和精力，从设计电路图，选择元器件，在实验箱上组合，每一个过程都经过了大家的共同探讨，其过程中出现了不少的问题，我们没有气馁，没有退缩，我们积极向同学和老师请教，并且一遍又一遍的重复实践，直到我们期望的结果实现。事实也证明我们的努力没有白费，认真严谨的实习态度给我们带来了成功的喜悦！通过这次电子系统设计，我们掌握了设计一个数字电路的基本方法和基本步骤，实际解决了设计中出现的问题，增强了寻找问题，解决问题的能力。此次电子设计的成功不仅帮助我们更好地掌握书本知识，尤其重要的是增强了我们的自信，培养了我们独立思考的能力。严格说来，我们组的作品只是在功能上实现了拔河机的拔河功能，虽然算不上真正意义上的拔河游戏机，但这次设计实验不失为一次有意义的挑战。平顶山工学院本科课程设计参考文献[1]阎石主编：《数字电子电路》，北京，中央广播电视大学出版社，1993年[2]李国丽朱维勇《电子技术实验指导书》中国科技大学出版社[3]蔡惟铮主编：《数字电子线路基础》，哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，1988年[4]李士雄、丁康源主编：《数字集成电子技术教程》，北京，高等教育出版社，19