数字逻辑电路课程设计拔河游戏机

数字逻辑电路课程设计拔河游戏机课程设计说明书课程名称：数字电路和数字系统课程设计题目：拔河游戏机班级：电子信息科学与技术11-1姓名：刘伟杰学号：20212799课程设计任务书一、设计题目拔河游戏机二、主要内容及要求1．设计一个模拟拔河游戏比赛的逻辑电路。2．电路使用9个发光二极管，开机后只有在拔河绳子中间的发光二极亮。3．比赛双方各持一个脉冲按钮，快速不断地按动按钮，产生脉冲，谁按得快，发光的二极管就向谁的方向移动，每按一次，发光二极管移动一位。4．亮的发光二极管移到任一方的终点时，该方就获胜，此后双方的按钮都无作用，状态保持，只有当裁判按动复位后，在拔河绳子中间的发光二极管重新亮。5．用七段数码管显示双方的获胜盘数。三、进度安排1.认真思考和理解所选题目的有关要求，大致知道要求做什么。2.根据实验的设计要求，到图书馆或上网查找相关的资料，了解拔河游戏机的工作原理。3.学习数字电路中触发器、计数器、译码显示器等单元电路的设计及综合应用，掌握逻辑电路的设计与测试方法，等。4.综合相关的资料，设计实验方案。5．根据所设计方案，用仿真软件进行电路仿真。6．根据要求撰写实验报告。目录一．设计任务分析(4)二．拔河游戏机的总体方案设计(4)2．1设计思路(4)2．2电路原理图(5)2．3电路工作原理(6)2．4各单元电路的设计(7)三．元器件的使用(10)四.电路仿真结果(11)四．总结(13)4.1实验评价(13)4.2心得体会(13)参考文献(14)一、设计任务分析本课题的主要任务是让拔河游戏机的电平指示灯由中点向我方延伸，而阻止其向对方延伸。可以设想用可预置的加/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电平指示灯的显示状态。如当计数器进行加法计数时，发亮的电平指示灯向甲方延伸，相反，进行减法计数时，发亮的电平指示灯向相反方向移动。当移动到一方的终点就就把电路锁定，此时双方按键均无作用，只有裁判员按了复位按键双方才能继续下一盘的比赛，而计数器就记录双方的获胜的次数。二、总体方案设计2．1设计思路：(1)本课题所设计的拔河游戏机由9个电平指示灯排列成一行，开机之后只有中间一个电平指示灯亮，以此作为拔河的中心线，游戏双方各持一个按键，迅速地、不断地按动产生脉冲，谁按得快，亮点向谁方向移动，每按一次，亮点移动一次。移到任一方终端指示灯点亮，同时蜂鸣器响起，代表这一方获胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经裁判复位后才使亮点恢复到中心线。(2)当一局比赛结束后,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,使加家减脉冲无效。同时，由首（尾）的输出产生进位脉冲，使计分计数器自动加分。(3)控制复位电路部分控制由振荡器产生的脉冲信号进入倒数减法计数器的输入端，使其从三秒钟开始，进入倒计时，在此期间任何一方的脉冲输入均无效果，达到公平性的原则，同时中间的灯亮起，复位。当输入总清零信号开始进行计分板的分数清零，一局比赛结束。图一，图二分别为拔河游戏机的电路框图、整机逻辑图。可逆计数器74LS193（CBUD4）原始状态输出4位二进制数0000，当DNUP置为1时实现加法计数，当其置为0时实现减法计数。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上，可逆计数器输出的代码经3-8线译码器译码后驱动电平指示灯点亮并产生位移，当亮点移到任何一方终端后，由于控制电路的作用，使这一状态被锁定，而对输入脉冲不起作用。如按动复位键，亮点又回到中点位置，比赛又可重新开始。又由于当现实到0000时算A获胜，当1000时算B获胜，即两者获胜的条件为加减计数器的前三位都为0，即可判断有一方获胜，然后对控制输入信号进行锁定。由于3-8线译码器只有8个输出端，不满足九个灯的全部控制，可是经过仔细观察八个灯的输出状态我发现，在加减法计数器的前八个状态下都是0XXX，即最高位始终为0，而当第九个状态1000时，最高位才输出1，这也就构成了第九个灯的控制电路，满足了3-8线控制九个灯的实验要求。通过最高位和最低位的输出脉冲接到两个计数器上，可分别显示双方的获胜次数，原理过于简单这里不加赘述。在具体实现过程中发现，有选手出现抢按脉冲的现象，这也就激发了我想到了要设计一个安全的裁判功能的思路，于是我用减法计数器和复位按钮相连，使得在倒计时三秒之后双方的脉冲信号才能到达加减计数器，在三秒倒数期间任何一方的输入均无效，间接的起到了公平的作用。2．4各单元电路的设计：1.编码电路的设计：由二进制同步可逆计数器74LS193构成，它有4个输入端，4个输出端，能进行加／减计数。通过编码器来控制电平指示灯的显示，加计数时向右移动，进行减计数时，向相反方向移动。电路图如下：2.整形电路设计：由与门、非门、或门构成。因74LS193是可逆计数器，控制加减的必CP脉冲到达DNUP，此时当电路要求进行加法计数时，减法输入端CPD也必须接高电平，若直接须接高电平；进行减法计数时，加法输入端CPU由A、B键产生的脉冲加到DNUP，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，拔河比赛不能正常进行。加一整形电路，使A、B二键出来的脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲，这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，从而使每按一次键都有可能进行有效的计数。这里做一步具体分析：假设在某一瞬间：1、A=1，B=0，A反向后为0，此时经过与门后输出为0，进行减法计算（即为B输入有效）2、A=0，B=1，A反向后为1，此时经过与门后输出为1，进行加法计算（即为A输入有效）起到了A、B输入时可以分别对应输入1,0电路图如下图所示：3.译码电路：由两个2-4译码器构成3-8线译码器。译码器的低位输出Z0～Z4，高位输出Z0～Z4八个端口分别接电平指示灯，电平指示灯的负端接地，而正端接译码器；这样，当输出为高电平时电平指示灯点亮。加减计数器的最高位Q3输出到第九位指示灯。比赛准备，给加减计数器置数为0100，即为第五个灯亮（实际为中间的那个指示灯），此状态为初始状态表示灯停在中间位置。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。电路图如下图所示：由与门构成，其作用是指示出谁胜谁负。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。将双方终端指示灯接到加法计数器上实现胜利次数计数。当任何一方胜利时Q1，Q2，Q3均为0从而经过三与门判断有一方胜利了产生锁定信号，阻止选手的信号脉冲进入加LD减计数器，使计数器对脉冲不起作用。电路图如下图所示：5.胜负显示：由计数器和译码器的两位输出端构成。将双方终端指示灯正极输出后分别接到2个十进制加法计数器的cp端，两个加法计数器的输出端分别接到实验箱中的两组译码显示器的8、4、2、1插孔上。当一方取胜时，该方终端指示灯发亮，产生一个上升沿，使相应的计数器进行加一计数，于是就得到了双方取胜次数的显示，若1位数不够，则进行2位数的级连。电路图如下：74LS193的置位端LD接了一个脉冲开关，同时此脉冲还接到了倒计时的计数器置位端，作为一个开关控制，进行多次比赛而需要的复位倒计时操作，使亮点返回中心点，并开始进行倒计时。两个负责计分的四位计数器的清零端R也接一个电平开关，作为胜负D显示器的复位来控制胜负计数器使其重新计数。复位按钮的功能表下表所示：7.脉冲分频器：起到对输入的100KHz的脉冲分频，达到1s的目的，供给倒计时的时钟需要。电路如图所下图所示。三、元器件的使用及其引角图：3．1元器件的选用：加减计数器CDUD41片同步十进制加法计数器2片同步十进制减法计数器1片74LS00四2输入与非门3片74LS08四2输入与门1片74LS86四2输入异或门1片脉冲4个导线若干LED9个共阴式LED数码管3个输入脉冲2个蜂鸣器1个四、电路仿真结果：当A选手按的时候发现灯的确往左移了当B选手按的时候发现灯的确往右移了这是A、B计数的显示器仿真；这是倒计时模块的仿真，LOCK端可以锁定AB脉冲的输入五、总结4．1实验评价：本课题所设计的拔河游戏机主体大概是由15个电平指示灯组成“电子绳”，由可逆计数器74LS193构成编码电路，由译码器CC4514构成译码器电路，由计数器CC4518作为胜负的显示。但不难想象，73LS193可以由两片的74LS192组成16进制计数器所代替，这一点是可以改进的。还有就是电路的主体部分还可以用移位寄存器所代替，由于时间的关系，留待以后思考。4．2心得体会：课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.回顾起此次拔河游戏机课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，从仿真到下载到ISP,在这一个多星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。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，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的很多的不足，自己知识的很多漏洞，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说触发器的运用还是不怎么熟识，对73LS193计数器的逻辑功能还是不怎么了解,对于竞争冒险的情况没有加以重视……看到了自己基础知识还是不够扎实，实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还待急需提高。通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。在这个过程中，也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经仿真成功而热情高涨。在和同学们的共同激烈讨论中我记住了很多IC的功能表，在帮助别人解决问题的时候我也学会了如何更加节约电子元器件而起到相同效果的技能。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。虽然这只是一次的较简单的课程设计，可是也耗费了我们不少的心血。无论如何，就当它是一次数电的复习课吧！为以后的电路设计做了一次总结！通过这次的课程设计，知识上的不但有了重要收获，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我大学旅途上一个非常美好的回忆！参考文献：1、《电子技术基础实验与课程设计》高吉祥主编电子工业出版社2、《电子线路实验》(第二版)方建中主编浙江大学出版社3、《数字电路设计与制作》彭军译主编科学出版社4、《电子技术基础（数字部分）》第四版康华光主编高等教育出版社5、《电子技术课程设计指导》彭芥华主编高等教育出版社