乒乓球比賽模擬機的設(shè)計課程設(shè)計

1、徐 州 師 范 大 學(xué) 科 文 學(xué) 院本 科 生 課 程 設(shè) 計課 程 名 稱： 電子線路課程實訓(xùn) 題 目： 乒乓球比賽模擬機的設(shè)計 專 業(yè) 班 級： 11電信1 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 生 學(xué) 號： 118326115 日 期： 2013/06/01 指 導(dǎo) 教 師： 科文學(xué)院教務(wù)部印制一、課程設(shè)計目的、任務(wù)和內(nèi)容要求： 本次課程設(shè)計的內(nèi)容是獨立完成一個乒乓球比賽游戲機的設(shè)計，采用ewb電路仿真設(shè)計軟件完成乒乓球比賽游戲機電路的設(shè)計及仿真調(diào)試，在微機上仿真實現(xiàn)乒乓球比賽游戲機的設(shè)計。通過這次課程設(shè)計讓我們了解和熟悉了乒乓球游戲機的原理和multisim仿真設(shè)計軟件的操作，也讓我們加深了解了對雙

2、向移位寄存器、555觸發(fā)器及、加法器及邏輯門電路的一些實際用途，并將理論與實踐相結(jié)合。本課程設(shè)計的任務(wù)就是獨立完成一個乒乓球比賽游戲機的設(shè)計，采用ewb電路仿真設(shè)計軟件完成乒乓球比賽游戲機電路的設(shè)計及仿真調(diào)試，在微機上仿真實現(xiàn)乒乓球比賽游戲機的設(shè)計。鼓勵學(xué)生在熟悉基本原理的前提下，與實際應(yīng)用相聯(lián)系，提出自己的方案，完善設(shè)計。具體設(shè)計任務(wù)如下： 乒乓球比賽是由甲乙雙方參賽，加上裁判的三人游戲（也可以不用裁判），乒乓球比賽模擬機是用發(fā)光二極管（led）模擬乒乓球運動軌跡的電子游戲機。時鐘電路甲方記分顯示乙方記分顯示發(fā)球次數(shù)顯示 音 響 電 路甲方乙方裁判發(fā) 光 二 極 管 排 組控制電路雙 向 移

3、 位 寄 存 器乒乓球比賽模擬機框圖 設(shè)計要求：1、基本部分(1) 至少用8個led排成直線，以中點為界，兩邊各代表參賽雙方的位置，其中一個點亮的led（乒乓球）依次從左到右，或從由到左移動，“球”的移動速度能由時鐘電路調(diào)節(jié)。(2) 當(dāng)球（被點亮的那只led）移動到某方的最后一位時，參賽者應(yīng)該果斷按下自己的按扭使“球”轉(zhuǎn)向，即表示啟動球拍擊中，若行動遲緩或超前，表示未擊中或違規(guī)，則對方得一分。(3) 設(shè)計自動記分電路，甲乙雙方各用一位數(shù)碼管顯示得分，每記滿9分為一局。2、發(fā)揮部分(選做)(1) 甲乙雙方各設(shè)一個發(fā)光二極管表示擁有發(fā)球權(quán)，每得5分自動交換發(fā)球權(quán)，擁有發(fā)球權(quán)的一方發(fā)球才能有效。(2

4、) 發(fā)球次數(shù)能由一位數(shù)碼管顯示。(3) 一方得分，電路自動響鈴3秒，此期間發(fā)球無效，等鈴聲停止后方可比賽。課題任務(wù)要求1、畫出總體設(shè)計框圖，以說明乒乓球比賽游戲機由哪些相對獨立的功能模塊組成，標出各個模塊之間互相聯(lián)系，時鐘信號傳輸路徑、方向和頻率變化。并以文字對原理作輔助說明。2、設(shè)計各個功能模塊的電路圖，加上原理說明。3、選擇合適的元器件，在ewb上連接驗證、仿真、調(diào)試各個功能模塊的電路。在連接驗證時設(shè)計、選擇合適的輸入信號和輸出方式，在充分電路正確性同時，輸入信號和輸出方式要便于電路的仿真、調(diào)試和故障排除。4、在驗證各個功能模塊基礎(chǔ)上，對整個電路的元器件和連接，進行合理布局，進行整個數(shù)字鐘

5、電路的連接驗證、仿真、調(diào)試。5、自行接線驗證、仿真、調(diào)試，并能檢查和發(fā)現(xiàn)問題，根據(jù)原理、現(xiàn)象和仿真結(jié)果分析問題所在，加以解決。學(xué)生要解決的問題包括元器件選擇、連接和整體設(shè)計引起的問題。 二、進度安排：第3天： 查找資料，熟悉乒乓球比賽模擬機的設(shè)計原理，給出設(shè)計總體方案；第46天： 各模塊的詳細設(shè)計；第712天： 硬件連線，調(diào)試；第1314天：寫課程設(shè)計報告。三、主要參考文獻：1謝自美. 電子線路設(shè)計-實驗-測試m .武漢:華中科技大學(xué)出版社, 20002康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分.第5版.北京：高等教育出版社，2006 .485-5003康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分.第5版.北京：高等教育出

6、版社，2006.1-4304電子電工教研室.2007.電子技術(shù)實驗.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日目 錄摘 要 .iiabstract ii1緒論.11.1選題背景.31.1.1 課題目的及意義 .31.1.2 課題的內(nèi)容和要求31.2 方案選擇.52電路組成和工作原理53單元電路的設(shè)計.63.1 球臺電路的設(shè)計.63.2驅(qū)動控制電路的設(shè)計83.3計分電路的設(shè)計94總體電路的設(shè)計.105結(jié)果分析.116總結(jié).127參考文獻.13附錄a 仿真結(jié)果圖13摘 要 本文給出了乒乓球比賽模擬及計分器的功能設(shè)計和原理框圖，建立了各功能模塊的模型，分析了其設(shè)計原理和實現(xiàn)方法。在設(shè)計中，充分

7、利用了cd4017計數(shù)器的功能和發(fā)光二極管實現(xiàn)對乒乓球運動軌跡的模擬，利用555組成脈沖產(chǎn)生電路、延時電路和開關(guān)去抖動電路。另一方面，利用ls90計數(shù)器、cd4511譯碼器和相應(yīng)的邏輯門組成了計分器電路，單局比分為11進制，總比分為五局三勝制。設(shè)計中共有四個開關(guān)，分別是裁判控制開關(guān)、甲乙擊球開關(guān)和清零開關(guān)，此外還有控制乒乓球運動速度的可調(diào)電位器。關(guān)鍵詞：乒乓球比賽; 模擬電路; 計分器; 電子線路設(shè)計; cd4017;abstract in this paper, the table tennis simulation and score indicator function design a

8、nd principle block diagram, established the functional modules of the model, and analyzes the design principle and method. in the design, make full use of the function of the cd4017 counter and light-emitting diodes for table tennis trajectory of realize simulation, the use of 555 pulse circuits, de

9、lay circuit and switch to dither circuit. on the other hand, use ls90 counter, cd4511 decoder and corresponding logic gates formed score indicator circuit, single innings score of the 11 into the system, the total score of the five sets. the design of the communist party of china has four switch, re

10、spectively is the referee control switch, party a switch and hit the reset switch, in addition to control table tennis movement speed adjustable potentiometer.keywords：the table tennis; analog circuits; jifenqi; electronic circuit design; cd4017;1緒論1.1 選題背景1.1.1 課題目的及意義本次課程設(shè)計的內(nèi)容是獨立完成一個乒乓球比賽游戲機的設(shè)計，采用

11、ewb電路仿真設(shè)計軟件完成乒乓球比賽游戲機電路的設(shè)計及仿真調(diào)試，在微機上仿真實現(xiàn)乒乓球比賽游戲機的設(shè)計。通過這次課程設(shè)計讓我們了解和熟悉了乒乓球游戲機的原理和multisim仿真設(shè)計軟件的操作，也讓我們加深了解了對雙向移位寄存器、雙d觸發(fā)器及、加法器及邏輯門電路的一些實際用途，并將理論與實踐相結(jié)合。1.1.2 課題的內(nèi)容和要求獨立完成一個乒乓球比賽游戲機的設(shè)計，采用ewb電路仿真設(shè)計軟件完成乒乓球比賽游戲機電路的設(shè)計及仿真調(diào)試，在微機上仿真實現(xiàn)乒乓球比賽游戲機的設(shè)計。時鐘電路甲方記分顯示乙方記分顯示發(fā)球次數(shù)顯示 音 響 電 路甲方乙方裁判發(fā) 光 二 極 管 排 組控制電路雙 向 移 位 寄 存

12、 器乒乓球比賽模擬機框圖課程設(shè)計具體內(nèi)容如下：乒乓球比賽是由甲乙雙方參賽，加上裁判的三人游戲（也可以不用裁判），乒乓球比賽模擬機是用發(fā)光二極管（led）模擬乒乓球運動軌跡的電子游戲機。 設(shè)計要求：1、基本部分(1) 至少用8個led排成直線，以中點為界，兩邊各代表參賽雙方的位置，其中一個點亮的led（乒乓球）依次從左到右，或從由到左移動，“球”的移動速度能由時鐘電路調(diào)節(jié)。(2) 當(dāng)球（被點亮的那只led）移動到某方的最后一位時，參賽者應(yīng)該果斷按下自己的按扭使“球”轉(zhuǎn)向，即表示啟動球拍擊中，若行動遲緩或超前，表示未擊中或違規(guī)，則對方得一分。(3) 設(shè)計自動記分電路，甲乙雙方各用一位數(shù)碼管顯示得分

13、，每記滿9分為一局。2、發(fā)揮部分(選做)(1) 甲乙雙方各設(shè)一個發(fā)光二極管表示擁有發(fā)球權(quán)，每得5分自動交換發(fā)球權(quán)，擁有發(fā)球權(quán)的一方發(fā)球才能有效。(2) 發(fā)球次數(shù)能由一位數(shù)碼管顯示。(3) 一方得分，電路自動響鈴3秒，此期間發(fā)球無效，等鈴聲停止后方可比賽。課題任務(wù)要求1、畫出總體設(shè)計框圖，以說明乒乓球比賽游戲機由哪些相對獨立的功能模塊組成，標出各個模塊之間互相聯(lián)系，時鐘信號傳輸路徑、方向和頻率變化。并以文字對原理作輔助說明。2、設(shè)計各個功能模塊的電路圖，加上原理說明。3、選擇合適的元器件，在ewb上連接驗證、仿真、調(diào)試各個功能模塊的電路。在連接驗證時設(shè)計、選擇合適的輸入信號和輸出方式，在充分電路

14、正確性同時，輸入信號和輸出方式要便于電路的仿真、調(diào)試和故障排除。4、在驗證各個功能模塊基礎(chǔ)上，對整個電路的元器件和連接，進行合理布局，進行整個數(shù)字鐘電路的連接驗證、仿真、調(diào)試。5、自行接線驗證、仿真、調(diào)試，并能檢查和發(fā)現(xiàn)問題，根據(jù)原理、現(xiàn)象和仿真結(jié)果分析問題所在，加以解決。學(xué)生要解決的問題包括元器件選擇、連接和整體設(shè)計引起的問題。 1.2 方案選擇根據(jù)設(shè)計任務(wù)，對照圖乒乓球比賽模擬及1.1，可以分為三個模塊進行設(shè)計： 1. 球臺電路：球跡移動電路可采用雙向移位寄存器方法實現(xiàn)，由發(fā)光二極管作光點模擬乒乓球移動的軌跡。2. 驅(qū)動控制電路：由雙d觸發(fā)器及邏輯門電路構(gòu)成，通過此電路來控制并且實現(xiàn)球臺燈

15、的左右移位即實現(xiàn)乒乓球的運動。3. 計分電路：使用十進制的計數(shù)器、邏輯門和集成的4管腳的數(shù)碼管來組成計分電路。通過多次設(shè)計、畫圖及仿真實驗，我們發(fā)現(xiàn)方案電路最簡潔，原理簡單易懂，操作也很方便，且實用性較強。故采用此方案進行設(shè)計。2電路組成和工作原理（1）分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其框圖如下時鐘信號源發(fā)光二極管球臺驅(qū)動電路控制電路led數(shù)碼管1顯示譯碼器1計數(shù)器2計數(shù)器1顯示譯碼器2led數(shù)碼管2按鍵電路圖1乒乓球比賽游戲機的原理框圖如上圖2.1所示，該電路主要由時鐘信號源、按鍵電路、球臺驅(qū)動電路，控制電路，計數(shù)器，顯示譯碼器和led數(shù)碼管等組成。途中標出的各種信號的含義分別為：cp表示球臺驅(qū)動電

16、路和計數(shù)器的時鐘信號；s表示燈（乒乓球）移動的信號；l表示發(fā)光二極管驅(qū)動信號，由l1l8組成；cnt表示計數(shù)器的計數(shù)脈沖信號，由cnt1,cnt2組成；ka,kb表示開關(guān)控制的外輸入發(fā)球、擊球信號。（2）總體思路描述如下：1.用兩個74ls194四位雙向移位寄存器來模擬乒乓球臺，其中第一個74ls194的dl輸出端qd接第二個的右移串行輸入端sr，這樣當(dāng)乒乓球往右準備移出第一個寄存器的時候就會在時鐘脈沖的作用下被移入第二個寄存器。同樣道理，第二個74ls194的ar輸出端接第一個的左移串行輸入端。2.用雙d觸發(fā)器74ls74及邏輯門電路構(gòu)成驅(qū)動控制電路3.用十進制計數(shù)器74ls160d、邏輯門

17、電路和集成的4管腳的數(shù)碼管組成計分電路3單元電路的設(shè)計3.1 球臺電路的設(shè)計.球臺電路如下圖2設(shè)計所示：圖2球臺電路上圖中，兩片4位74ls194雙向移位寄存器接成8位雙向移位寄存器。74ls194功能表如表1所示：表1 74ls194功能表ds1 s0工作狀態(tài)01111 0 00 11 01 1置零保持右移左移并行輸入功能說明： (1)當(dāng)s1 = s0 =1 時，不管各輸入端原來是什么狀態(tài)，在下一個時脈沖到來時，其輸出分別是預(yù)先輸入到并行輸入端的 abcd ，這種方式叫送數(shù)。(2)當(dāng) s 1 =0 ，s 0 =1 時，其工作方式叫右移，這時，每來一個時鐘脈沖，輸出端的數(shù)各向右移一位，而 q

18、a 端的輸出則由加到 r 端的數(shù)來補充。 (3)當(dāng) s 1 =1 ，s 0 =0 時，其工作方式叫左移，情況正好與右移相反； q d 端的輸出由加到 l 端的數(shù)來補充。 (4)當(dāng) s 1 = s 0 =0 時，不管是否有 cp 脈沖作用，輸出保持不變，這叫保持方式。 cp=0 時也是保持方式。3.2驅(qū)動控制電路的設(shè)計驅(qū)動控制電路設(shè)計如下圖3所示圖3 驅(qū)動控制電路圖中74ls74為上升沿觸發(fā)的d觸發(fā)器，pr為置1端（低有效），clr為置0端（低有效）。當(dāng)j1=0時，兩片d觸發(fā)器輸出端均為1即s1=s0=1，通過接入74ls194，此時實現(xiàn)的是并行輸入功能。當(dāng)j1=1時，l1=j2=1，j3=l8

19、=0,通過各門電路可知u2a,u4a,u2b輸出端分別為0，1，1，則d觸發(fā)器輸出端分別為0，1即s1=0,s0=1。相反情況時，當(dāng)j1=1時，l1=j2=0，j3=l8=1，d觸發(fā)器輸出端分別為1，0即s1=1,s0=0。通過此電路來控制并且實現(xiàn)球臺燈的左右移位即實現(xiàn)乒乓球的運動。3.3計分電路的設(shè)計計分電路的設(shè)計如下圖4所示：圖4 計分電路如上圖所示，計分電路由一個7404非門，7409與門和十進制的74ls160計數(shù)器構(gòu)成。得分真值表二如下表二所示：表2 得分真值表l1j2(a)l8j3y(a)y(b)100001001010由上表可得上圖中非門和與門的接法。同步十進制計數(shù)器74ls16

20、0的功能表如下表三所示：表3 74ls160的功能表dep et工作狀態(tài)011110111 0 1 01 1置零預(yù)置數(shù)保持保持（但c=0）計數(shù)由74ls160的功能表可知，當(dāng)rd=ld=ep=et=1時工作狀態(tài)為計數(shù)，即圖4中的clr=load=ent=enp=1時。選用enp、ent作為74ls160的計數(shù)控制端，當(dāng)ent=enp=1時計數(shù)，當(dāng)ent=enp=0時計分電路處于保持狀態(tài)。rco為進位輸出端，即當(dāng)選手計滿9分時給出報警信號。4總體電路的設(shè)計通過前面的單元電路的設(shè)計，將他們合理的組合連接起來，就可以得到總體設(shè)計電路圖，其圖如下圖五所示:圖五 總體電路5結(jié)果分析在進行仿真運行的過程中

21、，先將開關(guān)play c往上打，即打到“1”的位置。然后選著發(fā)球方a或b，若a先發(fā)球，就將開關(guān)play a往上打，即打到“1”的位置。球?qū)蛴乙苿?，?dāng)點亮的球移動到b方的最后一位時，將b的開關(guān)往下打，b就會得一分，反之，若行動遲緩或超前，表示未擊中或違規(guī)，則對方得一分。若b先發(fā)球，也是一樣的操作。當(dāng)一方得分滿9分時，rco將會給出報警信號 ，即燈亮，表一局完，數(shù)碼管將從新計數(shù)。6總結(jié)通過此次課程設(shè)計，我們了解了模擬電路的基本設(shè)計方法,并對multisim仿真軟件有了初步的了解和認而識。通過使用multisim仿真軟件，可以讓我們在虛擬的環(huán)境中進行實驗，可以先通過它來檢驗電路的正確性和可行性，而

22、不需要真實電路環(huán)境的介入，不必顧及儀器設(shè)備的短缺與時間環(huán)境的限制，能夠極大的提高實驗的效率。雖然這次的數(shù)電課程設(shè)計時間短暫，但卻讓我得到了多方面的提高：1、提高了我們的邏輯思維能力，使我們在邏輯電路的分析與設(shè)計上有了很大的進步。加深了我們對組合邏輯電路與時序邏輯電路的認識，進一步增進了對一些常見邏輯器件的了解。另外，我們還更加充分的認識到，數(shù)字電路這門課程在科學(xué)發(fā)展中的至關(guān)重要性2，查閱參考書的獨立思考的能力以及培養(yǎng)非常重要，我們在設(shè)計電路時，遇到很多不理解的東西，有的我們通過查閱參考書弄明白，有的通過網(wǎng)絡(luò)查到，但由于時間和資料有限我們更多的還是獨立思考。3，相互討論共同研究也是很重要的，經(jīng)常

23、出現(xiàn)一些問題，比如電路設(shè)計中的控制器的設(shè)計，以及乒乓球游戲機怎樣計分等的分析。還使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到了不少棘手的問題，可謂是困難重重。但這畢竟第一次做，難免會遇到過各種各樣的問題，我們必須要學(xué)著自己去找資料、去理解、去解決問題，加強我們獨立思考的能力。同時在設(shè)計的過程中。我發(fā)現(xiàn)了許多自己的不足之處，認識的自己對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，沒有在日常生活中將理論與實際相結(jié)合起來，以后要多加努力才行

24、??！參考文獻【1】模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版），童詩白主編，高教出版社【2】數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版/第五版），閻石主編，高教出版社【3】電子測試技術(shù) 金唯香、謝玉梅主編，湖南大學(xué)出版社【4】multisim 2001電路設(shè)計及仿真入門與應(yīng)用，鄭步生、吳渭主編，電子工業(yè)出版社【5】電子eda實踐教程楊曉慧、許紅梅主編，國防工業(yè)出版社附錄a 仿真結(jié)果圖仿真結(jié)果圖如下圖六所示：圖六 仿真圖答辯記錄表學(xué)生姓名： 黃波 學(xué)號： 118326115 班級： 1 1電信1 答辯地點：江蘇師范大學(xué)物理與電子信息工程7號樓203 答辯內(nèi)容記錄：請回答以下問題: （1）此設(shè)計所涉及的一些電子元器件都是什么？ 答：有電容，電阻，復(fù)位開關(guān)，還有l(wèi)ed燈。 （2）數(shù)碼管顯示為什么不穩(wěn)定,累加計數(shù)不準確?怎么可以避免? 答:因為有按鍵抖動,可以用5