電子拔河游戲機(jī).doc

一、 目的和要求電子拔河游戲機(jī)是一種能容納甲乙雙方參賽或甲乙雙方加裁判的三人游戲電路。由一排發(fā)光二極管（LED）表示拔河的“電子繩”。由甲、乙二人通過(guò)按鈕開(kāi)關(guān)使發(fā)光的LED向自己一方的終點(diǎn)移動(dòng)，當(dāng)亮點(diǎn)移動(dòng)到任何一方的終點(diǎn)時(shí)，則該方獲勝，連續(xù)比賽多局以定勝負(fù)。（1）由裁判下達(dá)比賽開(kāi)始命令之后，甲乙雙方才能輸入信號(hào)，否則，由于電路具有自鎖功能，使輸入信號(hào)無(wú)效。（2）電子繩至少由16個(gè)LED構(gòu)成，裁判下達(dá)“比賽開(kāi)始”命令后，位于電子繩中點(diǎn)的LED發(fā)亮。甲、乙二人通過(guò)按鈕開(kāi)關(guān)使發(fā)光的LED向自己一方的終點(diǎn)移動(dòng)，并阻止其向?qū)Ψ窖由臁．?dāng)點(diǎn)亮的LED到達(dá)某一方終點(diǎn)時(shí)，該方獲勝。此時(shí)通過(guò)自鎖功能鎖定電路，使輸入不在有效，必須由裁判再次發(fā)出“比賽開(kāi)始”命令時(shí)方能開(kāi)始下一次比賽。（3）某方贏一次，由計(jì)分電路自動(dòng)給該方加分一次，通過(guò)多次比賽以定勝負(fù)。二、設(shè)計(jì)正文方案1：本方案中，有效輸入信號(hào)代表的是拔河的力度的相對(duì)大小。則當(dāng)A=1，B=0時(shí)，表示甲的力度比乙的力度大；當(dāng)B=1，A=0時(shí)，表示乙的力度比甲的力度大；當(dāng)A=1，且B=1時(shí)，表示甲的力度與乙的力度一樣大；當(dāng)A=0且B=0時(shí)，表示甲、乙均還未開(kāi)始拔河。當(dāng)裁判員下達(dá)比賽開(kāi)始命令后，比賽開(kāi)始，甲、乙中的任意一方輸入有效信號(hào)后，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。若甲輸入有消信號(hào)時(shí)，進(jìn)行加計(jì)數(shù)；若乙輸入有效信號(hào)時(shí)，進(jìn)行減計(jì)數(shù)。電子繩的LED開(kāi)始移動(dòng)；當(dāng)甲、乙同時(shí)輸入有效信號(hào)時(shí)，電子繩上點(diǎn)亮的LED燈不再移動(dòng)。當(dāng)一局比賽結(jié)束后，電子繩上某一頭的LED保持亮，此時(shí)，甲、乙的輸入信號(hào)不再有效，計(jì)分電路此時(shí)記錄并顯示甲、乙總共的比賽成績(jī)。當(dāng)裁判下達(dá)下一局比賽開(kāi)始的命令后，比賽才能開(kāi)始，甲、乙輸入信號(hào)才有效?；緦?shí)驗(yàn)原理圖如下：譯碼器電子繩乙方得分甲方得分計(jì)數(shù)器控制電路時(shí)鐘信號(hào)輸入信號(hào)電 路（1）輸入信號(hào)電路的設(shè)計(jì)一個(gè)輸入信號(hào)控制電路，由兩個(gè)基本RS觸發(fā)器、兩個(gè)電阻與一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸入，即是否用力拔河。以甲輸入信號(hào)產(chǎn)生電路為例，如下圖所示：當(dāng)開(kāi)關(guān)A按下時(shí)，輸出端QA=1，QA=0,；當(dāng)開(kāi)關(guān)A未按下時(shí)，輸出端QA=0，QA=1。甲、乙輸入信號(hào)都可以用同樣的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸入。甲、乙輸入信號(hào)產(chǎn)生電路圖如下：（2）控制電路的設(shè)計(jì)控制電路主要用于控制時(shí)鐘信號(hào)的輸入?？刂齐娐芬獙?shí)現(xiàn)的主要功能有：1、當(dāng)裁判員下達(dá)比賽開(kāi)始命令后，并且一方有信號(hào)輸入時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，有脈沖信號(hào)輸入。2、當(dāng)甲、乙雙方同時(shí)輸入信號(hào)時(shí)，電子繩不移動(dòng)，此時(shí)應(yīng)無(wú)脈沖信號(hào)輸入。3、當(dāng)本局拔河比賽結(jié)束，且裁判員未下達(dá)下一句比賽開(kāi)始前，雙方輸入信號(hào)無(wú)效，即此時(shí)無(wú)脈沖輸入。以QA、QB分別表示甲、乙輸入信號(hào)情況，“1”表示有信號(hào)輸入，“0”表示無(wú)信號(hào)輸入；以A、B分別表示電子繩是否移動(dòng)到終點(diǎn)，一局比賽是否結(jié)束，A=1表示甲勝，B=1表示乙勝；L表示是否有脈沖信號(hào)輸入，L=1表示有脈沖信號(hào)輸入，L=0表示無(wú)脈沖信號(hào)輸入；脈沖信號(hào)用CP表示，輸入脈沖信號(hào)用CPo表示。真值表如下：QAQBABL0000X000100010000110010010101001100011101000110010101001011011000110101110011110控制信號(hào)：L= QA QB A B +QA QB A B+ QA QB A B=（QA + QB）A B=(QA QB)AB輸入脈沖信號(hào)：CPo=（QA QB）A B CP控制信號(hào)電路如下圖：（3）時(shí)鐘信號(hào)電路用于產(chǎn)生脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)的產(chǎn)生也可以通過(guò)石英晶體振蕩或多諧振蕩產(chǎn)生，本電路直接采用了，仿真軟件中的脈沖信號(hào)：（4）計(jì)數(shù)器電路當(dāng)輸入有效輸入信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作，開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)甲輸入有效信號(hào)時(shí)計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)，當(dāng)乙輸入有效信號(hào)時(shí)計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)。上局比賽結(jié)束，本局比賽未開(kāi)始時(shí)，由裁判員控制電路是否開(kāi)始本局比賽。開(kāi)關(guān)R實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器置數(shù)為8，此時(shí)剛好17個(gè)LED中間的那個(gè)亮。由于一個(gè)74LS193加/減計(jì)數(shù)器只能實(shí)現(xiàn)16位數(shù)計(jì)數(shù)，要實(shí)現(xiàn)17位計(jì)數(shù)應(yīng)采用兩個(gè)74LS193加/減計(jì)數(shù)器。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)74LS193加/減計(jì)數(shù)器由“1111”變?yōu)椤?000”時(shí)，第一個(gè)74LS193加/減計(jì)數(shù)器向第二個(gè)74LS193加/減計(jì)數(shù)器進(jìn)一位。計(jì)數(shù)器電路如下圖：（5）譯碼器電路譯碼器主要是將計(jì)數(shù)器的輸出進(jìn)行譯碼，實(shí)現(xiàn)每個(gè)輸出端代表一個(gè)不同輸入信號(hào)。由于一個(gè)74LS138譯碼器只能進(jìn)行八進(jìn)制譯碼，要進(jìn)行17位譯碼，需要三個(gè)74LS138譯碼器進(jìn)行譯碼。譯碼器電路如下圖：（6）電子繩電路采用17個(gè)LED表示電子繩。由于74LS138有效輸出是“0”，因此應(yīng)在電子繩前加一個(gè)非門(mén)，本電路采用的是與非門(mén)代替非門(mén)。(7)計(jì)分電路計(jì)分電路用于記錄并顯示甲、乙雙方比賽得分成績(jī)。當(dāng)甲、乙雙方任意一方在一局比賽中獲勝，比賽結(jié)束，記錄并顯示一方的成績(jī)。計(jì)分電路同樣采用了74LS193加/減計(jì)數(shù)器。當(dāng)電子繩的一頭的LED燈亮?xí)r，比賽結(jié)束，計(jì)分電路74LS193加/減計(jì)數(shù)器獲得一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)一下，獲勝方成績(jī)加一分，輸?shù)囊环匠煽?jī)不變。當(dāng)下一場(chǎng)比賽開(kāi)始時(shí)，通過(guò)清零開(kāi)關(guān)使計(jì)分電路的計(jì)數(shù)為0，從新計(jì)數(shù)。以甲計(jì)分電路為例，計(jì)分電路如下圖：甲、乙整體積分電路如下圖：（8）將以上各部分組合，得如下整體電子拔河游戲機(jī)電路圖：三、總結(jié)與結(jié)論1、問(wèn)題與解決方案（1）遇到問(wèn)題：無(wú)法通過(guò)基本RS觸發(fā)器控制輸入信號(hào)。 解決方案：將基本RS觸發(fā)器的輸入端R、S通過(guò)一個(gè)電阻與5V電源相連接，相當(dāng)于：當(dāng)沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，輸入端接電源，有輸入信號(hào)時(shí)，輸入端接地。（2）遇到問(wèn)題：當(dāng)?shù)谝粋€(gè)74LS193向第二個(gè)74LS193進(jìn)位的時(shí)候，第一個(gè)74LS138與第三個(gè)74LS138同時(shí)進(jìn)行編碼。解決方案：將QA2分別接在第一個(gè)74LS138的G2B1，第二個(gè)74LS138的G2A2、G2B2以及第三個(gè)74LS138的G13端。即：當(dāng)?shù)谌齻€(gè)74LS138有效時(shí)，控制使第一個(gè)74LS138、第二個(gè)74LS138無(wú)效。 （3）遇到問(wèn)題：起初設(shè)計(jì)的電路由于延遲的原因，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)74LS193向第二個(gè)74LS193進(jìn)位的時(shí)候，電子繩中的第一個(gè)LED也會(huì)閃一下，然后熄滅，導(dǎo)致計(jì)分電路會(huì)誤計(jì)分。 解決方案：在第一個(gè)74LS193向第二個(gè)74LS193進(jìn)位的電路中間加一個(gè)非門(mén)，即在CO1與CP2之間加一個(gè)非門(mén)。2、方案討論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)輸入信號(hào)間的關(guān)系理解不太明確，感覺(jué)設(shè)計(jì)出的電路與實(shí)際的拔河存在一定的偏差，即不明確輸入信號(hào)代表的什么意思。（1）本設(shè)計(jì)正文所設(shè)計(jì)電路。（2）假若輸入信號(hào)代表誰(shuí)在拔，如仍用此電路。則當(dāng)A=1，B=0時(shí)，表示甲在拔，乙不在拔；當(dāng)B=1，A=0時(shí)，表示乙在拔，甲不在拔；當(dāng)A=1，且B=1時(shí)，表示甲與乙都在拔；當(dāng)A=0且B=0時(shí)，表示甲、乙均還未拔。那么此電路就表示，哪方在拔LED就向哪方移動(dòng)，當(dāng)同時(shí)拔時(shí)，LED停止。這樣顯然不符合實(shí)際，不能表示力度。（3）假若采用如下電路“方案2”，則輸入信號(hào)代表誰(shuí)拔的早。則當(dāng)A=1，B=0時(shí)，表示甲比乙早拔；當(dāng)B=1，A=0時(shí)，表示乙比甲早拔；當(dāng)A=1，且B=1時(shí)，表示甲與乙同時(shí)拔；當(dāng)A=0且B=0時(shí)，表示甲、乙均未拔。則此電路表示哪方先開(kāi)始吧哪方就會(huì)勝利，更不符合實(shí)際要求。（4）假若用輸入信號(hào)的頻率表示拔河的力度。則當(dāng)A頻率大于B時(shí)，表示甲的力度比