數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作報告.doc

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報告拔河游戲機(jī)設(shè)計(jì)與制作設(shè)計(jì)要求：拔河游戲機(jī)需用15個(或9個)發(fā)光二極管排列成一行，開機(jī)后只有中間一個發(fā)亮，以此作為拔河的中心線，游戲雙方各持一個按鍵，迅速地、不斷地按動產(chǎn)生脈沖，誰按得快，亮點(diǎn)向誰方向移動，每按一次，亮點(diǎn)移動一次。移到任一方終端二極管發(fā)亮，這一方就得勝，此時雙方按鍵均無作用，輸出保持，只有經(jīng)復(fù)位后才使亮點(diǎn)恢復(fù)到中心線。設(shè)計(jì)人：魏卉 學(xué)號：1881090124 專業(yè)：計(jì)算機(jī)班級：09 班成績： 評閱人： 安徽科技學(xué)院理學(xué)院拔河游戲機(jī)的設(shè)計(jì)與制作拔河游戲機(jī)需用15個(或9個)發(fā)光二極管排列成一行，開機(jī)后只有中間一個發(fā)亮，以此作為拔河的中心線，游戲雙方各持一個按鍵，迅速地、不斷地按動產(chǎn)生脈沖，誰按得快，亮點(diǎn)向誰方向移動，每按一次，亮點(diǎn)移動一次。移到任一方終端二極管發(fā)亮，這一方就得勝，此時雙方按鍵均無作用，輸出保持，只有經(jīng)復(fù)位后才使亮點(diǎn)恢復(fù)到中心線。一、設(shè)計(jì)要求（一）設(shè)計(jì)指標(biāo) （1）初始15個或9個發(fā)光二極管排列成一行，開機(jī)后只有中間一個點(diǎn)亮；（2）游戲雙方各持有一個按鍵，按鍵按動一次，亮點(diǎn)有可能移動一次；（3）亮點(diǎn)移動的方向與按鍵快的一方一致；（4）當(dāng)任一方終端二極管點(diǎn)亮?xí)r，這一方就得勝，再按鍵電路輸出不變；（5）按復(fù)位后，回到初始狀態(tài)（二）設(shè)計(jì)要求1、畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；2、元器件及參數(shù)選擇；3、電路仿真與調(diào)試；（三）制作要求 自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。（四）編寫設(shè)計(jì)報告 寫出設(shè)計(jì)與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。二、原理框圖1拔河游戲機(jī)的構(gòu)成本次拔河游戲機(jī)的主要設(shè)計(jì)思路是讓電平指示燈由中點(diǎn)向速度快的一方延伸，而阻止向速度慢的一方延伸?？梢栽O(shè)想用可預(yù)置的加/減計(jì)數(shù)器作主要器件，用計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)通過譯碼器控制電平指示燈的顯示狀態(tài)。如當(dāng)計(jì)數(shù)器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時，發(fā)亮的電平指示燈向右方延伸，相反，進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時，發(fā)亮的電平指示燈向相反方向移動。當(dāng)移動到一方的終點(diǎn)時就把電路鎖定，此時雙方按鍵均無作用，只有按了復(fù)位按鍵雙方才能繼續(xù)下一局的比賽，計(jì)數(shù)器就記錄雙方的獲勝的次數(shù)，數(shù)碼管顯示勝者贏的盤數(shù)。圖1 拔河游戲機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖2編碼電路編碼器有二個輸入端，四個輸出端，要進(jìn)行加 / 減計(jì)數(shù)，因此選用CC40193雙時鐘十進(jìn)制同步加 / 減計(jì)數(shù)器來完成。其電路及連接方式如下：3整形電路用74LS00和74LS08代替CC4011和CC4081,其實(shí)現(xiàn)功能一樣。由與門74LS08和與非門74LS00構(gòu)成整形電路。起初，由兩片74LS00構(gòu)成一RS觸發(fā)器，它有兩個輸入端R、S和兩個輸出端Q、Q。當(dāng)R=1、S=0時，則Q=0,Q=1,觸發(fā)器置1。當(dāng)R=0、S=1時，則Q=1,Q=0,觸發(fā)器置0，當(dāng)觸發(fā)器的兩個輸入端加入不同邏輯電平時，它的兩個輸出端Q和Q有兩種互補(bǔ)的穩(wěn)定狀態(tài)。S=0,R=1使觸發(fā)器置1，或稱置位。因置位的決定條件是S=0,故稱S 端為置1端。R=0,S=1時，使觸發(fā)器置0，或稱復(fù)位。同理，稱R端為置0端或復(fù)位端。經(jīng)RS觸發(fā)器后再經(jīng)與門和非門，以達(dá)到整形的目的。因74LS193是可逆計(jì)數(shù)器，控制加減的CP脈沖分別加至5腳和4腳，此時當(dāng)電路要求進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時，減法輸入端CPD必須接高電平；進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時，加法輸入端CPU也必須接高電平，若直接由A、B鍵產(chǎn)生的脈沖加到5腳或4腳，就有很多時機(jī)在進(jìn)行計(jì)數(shù)輸入時另一計(jì)數(shù)輸入端為低電平，使計(jì)數(shù)器不能計(jì)數(shù)，雙方按鍵均失去作用，拔河比賽不能正常進(jìn)行。加一整形電路，使原先加的脈沖經(jīng)整形后變?yōu)橐粋€占空比很大的脈沖，這就減少了進(jìn)行某一計(jì)數(shù)時另一計(jì)數(shù)輸入為低電平的可能性，從而使每按一次鍵CPD都有可能進(jìn)行有效的計(jì)數(shù)。4譯碼電路由4線16線譯碼器CC4514構(gòu)成。譯碼器的輸出Y0Y15中選15個接電平指示燈，電平指示燈的負(fù)端接地，而正端接譯碼器；這樣，當(dāng)輸出為高電平時電平指示燈點(diǎn)亮。比賽準(zhǔn)備，譯碼器輸入為0000，Y0輸出為1，中心處指示燈首先點(diǎn)亮，當(dāng)編碼器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時，亮點(diǎn)向右移，進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時，亮點(diǎn)向左移。電路圖如下圖所示： 5控制電路為指示出誰勝誰負(fù)，需用一個控制電路。當(dāng)亮點(diǎn)移到任何一方的終端時，判該方為勝，此時雙方的按鍵均宣告無效。此電路可用異或門CC4030和非門CC4011 來實(shí)現(xiàn)。將雙方終端二極管的正極接至異或門的兩個輸入端，當(dāng)獲勝一方為“1”，而另一方則為“0”，異或門輸出為“1”，經(jīng)非門產(chǎn)生低電平“0”，再送到CC40193計(jì)數(shù)器的置數(shù)端PE，于是計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，處于預(yù)置狀態(tài)，由于計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)端A、B、C、D 和輸出端Q0、Q1、Q2、Q3對應(yīng)相連，輸入也就是輸出，從而使計(jì)數(shù)器對輸入脈沖不起作用。其電路圖如下所示： 6勝負(fù)顯示將雙方終端二極管正極經(jīng)非門后的輸出分別接到二個CC4518 計(jì)數(shù)器的EN 端，CC4518的兩組4位BCD碼分別接到實(shí)驗(yàn)裝置的兩組譯碼顯示器的A、B、C、D插口處。當(dāng)一方取勝時，該方終端二極管發(fā)亮，產(chǎn)生一個上升沿，使相應(yīng)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行加一計(jì)數(shù)，于是就得到了雙方取勝次數(shù)的顯示，若一位數(shù)不夠，則進(jìn)行二位數(shù)的級聯(lián)。其電路圖如下圖所示： 7復(fù)位 為能進(jìn)行多次比賽而需要進(jìn)行復(fù)位操作，使亮點(diǎn)返回中心點(diǎn)，可用一個開關(guān)控制CC40193的清零端R即可。勝負(fù)顯示器的復(fù)位也應(yīng)用一個開關(guān)來控制勝負(fù)計(jì)數(shù)器CC4518的清零端R，使其重新計(jì)數(shù)。四、元器件芯片數(shù)量(片)74LS192(同步二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器)174LS138(3線8線譯碼器)274LS00（四2輸入與非門）274LS08(四2輸入與門)174LS86(四2輸入異或門)174LS90(十進(jìn)制計(jì)數(shù)器)2數(shù)碼管：兩個LED發(fā)光二極管：九個邏輯電平開關(guān)若干電源導(dǎo)線若干五、各芯片原理及所構(gòu)電路介紹（一） 74LS192芯片構(gòu)成計(jì)數(shù)器 74LS192是雙時鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。下面是74ls192引腳圖,74ls192功能 （1）各引腳的功能：CPU為加計(jì)數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時鐘輸入端。為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。CO非為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。BO非為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。 （2）引腳圖（3）功能表清零預(yù)置時鐘預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸出RDCPUCPDABCDQAQBQCQDHLLLLLLABCDABCDLHH加計(jì)數(shù)LHH減計(jì)數(shù)表1 74LS192的功能表（二） 74LS138芯片級聯(lián)構(gòu)成譯碼器實(shí)驗(yàn)過程中，故選用兩片74LS138級聯(lián)的方式代替一片CC4514，其功能相同。由兩片3線8線譯碼器74LS138構(gòu)成4線16線譯碼器。138是低電平有效的芯片，從譯碼器的輸出Y0Y15中選9個輸出，這樣，當(dāng)譯碼器輸出為低電平時，燈泡的輸入為低電平故中心二極管熄滅，其他二極管點(diǎn)亮。比賽準(zhǔn)備，譯碼器輸入為0000，Y0輸出為0，中心處指示燈首先熄滅，當(dāng)編碼器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時，該點(diǎn)向右移，進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時，點(diǎn)向左移。若在譯碼器的輸出再接一個74LS32非門，則當(dāng)譯碼器輸出為低電平時，發(fā)光二極管的輸入為高電平。譯碼器輸入為0000，Y0輸出為1，中心的二極管點(diǎn)亮。（1）引腳圖（2）功能表表2 74LS138功能表(3)級聯(lián)方式圖2兩片74LS138級聯(lián)成4-16線譯碼器（三）74LS00、74LS08芯片構(gòu)成與非門和與門(1)74LS00 是常用的2輸入四與非門集成電路邏輯圖及引腳圖功能表A B Z 0 010 111 011 10表3 74LS00功能表（2） 74LS08構(gòu)成與門引腳圖功能表輸入輸入輸出ABY000010100111 74LS08功能表（四）74LS90計(jì)數(shù)器連接實(shí)物圖時，用74LS90代替CC4418構(gòu)成顯示電路計(jì)數(shù)器。（1）引腳圖（2）功能表表5 74LS90功能表（五）74LS86構(gòu)成異或門74LS86是常用的 TTL 2輸入端四異或門，實(shí)驗(yàn)連接時，使用74LS86代替CC4030，構(gòu)成控制電路。（1） 引腳圖及功能表六、總接線元件布局簡圖仿真及使用原理 可以實(shí)現(xiàn)按動A、B兩個按鍵時，分別產(chǎn)生兩個脈沖信號，經(jīng)整形后分別加到可逆計(jì)數(shù)器74LS192上，可逆計(jì)數(shù)器輸出的代碼經(jīng)譯碼器譯碼后驅(qū)動電平指示燈熄滅并產(chǎn)生位移，當(dāng)熄滅的點(diǎn)移到任何一方終端后，由于控制電路的作用，使這一狀態(tài)被鎖定，雙方按鍵產(chǎn)生的輸入脈沖不起作用。如按動復(fù)位鍵C，該點(diǎn)又回到中點(diǎn)位置，再次按C鍵則比賽又可重新開始。七、芯片連接總圖因仿真與實(shí)際元件上的差異，所以在原有的簡圖的基礎(chǔ)上，又按實(shí)際布局畫了這張按實(shí)際芯片布局的接線圖，如上圖（略）。八、總結(jié)1 實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題及解決方法連接實(shí)物圖時，由于使用的是兩個74LS138級聯(lián)的方式組成譯碼器，且74LS138為低電平有效，故當(dāng)打開電源，并對各個芯片復(fù)位請清零時，處于中點(diǎn)位置的發(fā)光二極管熄滅，其他二極管均點(diǎn)亮。所以本次實(shí)驗(yàn)觀察的時熄滅的而二極管的移動方向。實(shí)驗(yàn)過程中，由于線路的接觸不良、芯片損壞及認(rèn)為接觸錯誤等會造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果不正確。2 設(shè)計(jì)體會1.將大問題分解成小問題，逐個擊破是解決問題的有效方法。但需注意最后還要將分塊后各個模塊的解決方案有機(jī)的結(jié)合起來組成最終的方案。2.實(shí)際的問題并不總是和理論上分析的情況一樣。實(shí)際中往往是許多問題集于一體，并不容