數(shù)電課程設(shè)計(jì)基于Multisim乒乓球游戲機(jī)控制電路設(shè)計(jì)

1、 課程設(shè)計(jì)（論文）課程名稱：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 題 目：基于Multisim的乒乓球游戲機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 院 （系）： 專業(yè)班級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：基于Multisim乒乓球游戲機(jī)的控制設(shè)計(jì)電路課題目的：該乒乓球游戲機(jī)電路主要由3塊組成：球臺(tái)驅(qū)動(dòng)電路，控制電路和計(jì)分電路組成。其中球臺(tái)電路主要實(shí)現(xiàn)游戲者擊球完畢后球的左右移動(dòng)顯示位置功能；控制電路實(shí)現(xiàn)游戲者A和B擊球，裁判對(duì)系統(tǒng)初始化的功能；計(jì)分電路具有當(dāng)A或B擊球有效時(shí)加分和當(dāng)游戲者的分?jǐn)?shù)累計(jì)超過10時(shí)報(bào)警通知裁判對(duì)系統(tǒng)初始化以便重新開始比賽計(jì)分功能。課題主要內(nèi)容與要求：內(nèi)容：本課題設(shè)計(jì)一個(gè)以8個(gè)二極管的依次被點(diǎn)亮代

2、表球的移動(dòng)位置雙向選擇開關(guān)J2，J3控制發(fā)球，擊球信號(hào)，在Multisim軟件上測(cè)試結(jié)果。要求：1、熟悉Multisim軟件 2、用8個(gè)發(fā)光二極管表示球，用倆個(gè)按鈕分別表示AB倆個(gè)球員的球拍； 3、A,B各有一個(gè)數(shù)碼管計(jì)分。 4、裁判有一個(gè)按鈕，用來對(duì)系統(tǒng)初始化，每次得分后按下一次。 摘 要乒乓球游戲機(jī)通過十分巧妙地設(shè)計(jì)采用數(shù)字芯片實(shí)現(xiàn)乒乓球左右移動(dòng)，選手擊球得分，累計(jì)得分超10報(bào)警燈功能。該設(shè)計(jì)三個(gè)雙向開關(guān)J1，J2，J3分別作為裁判和游戲者A,B，且選手可以譯碼顯示器上直接讀出自己的得分，具有操作簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)清晰的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)與模電課題的研究離不開電路圖，不過現(xiàn)在都在實(shí)行電子化，所以需要借助電子

3、產(chǎn)品。Multisim軟件就是一款畫電路圖的電子軟件，在此對(duì)不太熟悉或未接觸過Multisim軟件的朋友簡(jiǎn)短的介紹下：Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。同時(shí)具備可以根據(jù)自己的需求制造出真正屬于自己的儀器；所有的虛擬信號(hào)都可以通過計(jì)算機(jī)輸出到實(shí)際的硬件電路上；所有硬件電路產(chǎn)生的結(jié)果都可以輸回到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理和分析等特點(diǎn)。該乒乓球游戲機(jī)電路主要有3塊電路：臺(tái)球驅(qū)動(dòng)電路，控制電路和計(jì)分電路組成。其中臺(tái)球驅(qū)動(dòng)電路主要實(shí)現(xiàn)游戲者擊球

4、完畢后球的左右移動(dòng)顯示位置功能；控制電路實(shí)現(xiàn)游戲者A和B擊球，裁判對(duì)系統(tǒng)初始化的功能；積分電路具有當(dāng)A和B擊球有效時(shí)加分和當(dāng)游戲者的分?jǐn)?shù)累計(jì)超過10分時(shí)報(bào)警通知裁判對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化以便重新開始比賽積分的功能。關(guān)鍵詞：游戲機(jī) 控制電路 系統(tǒng)初始化目 錄1緒論第1頁(yè) 2設(shè)計(jì)任務(wù)第2頁(yè) 3設(shè)計(jì)電路第2頁(yè) 4結(jié)論總結(jié)第7頁(yè) 5收獲心得第9頁(yè) 6參考文獻(xiàn) 第10頁(yè)1緒論(1) 課題思路數(shù)字技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展最快的學(xué)科之一。隨著集成電路工藝的發(fā)展，數(shù)字集成器件已經(jīng)從小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路到大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路的發(fā)展過程。數(shù)字技術(shù)是一項(xiàng)與電子計(jì)算機(jī)相伴生的科學(xué)技術(shù)，由于在預(yù)算、存儲(chǔ)等環(huán)節(jié)需要

5、對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)信息進(jìn)行處理。數(shù)字電子技術(shù)主要研究各種邏輯電路、集成器件的功能及其應(yīng)用，邏輯電路組合和時(shí)序電路的分析和設(shè)計(jì)、集成芯片各腳功能。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)突飛地發(fā)展，用數(shù)字電路進(jìn)行信號(hào)處理的優(yōu)勢(shì)也更加突進(jìn)。為了充分發(fā)揮和利用數(shù)字電路處理上強(qiáng)大功能，我們可以先將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成等比例的數(shù)字信號(hào)，然后送到數(shù)字電路進(jìn)行處理。(2)Multisim介紹對(duì)與模電課題的研究離不開電路圖，不過現(xiàn)在都在實(shí)行電子化，所以需要借助電子產(chǎn)品。Multisim軟件就是一款畫電路圖的電子軟件，在此對(duì)不太熟悉或未接觸過Multisim軟件的朋友簡(jiǎn)短的介紹下： Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以Wind

6、ows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。同時(shí)具備可以根據(jù)自己的需求制造出真正屬于自己的儀器；所有的虛擬信號(hào)都可以通過計(jì)算機(jī)輸出到實(shí)際的硬件電路上；所有硬件電路產(chǎn)生的結(jié)果都可以輸回到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理和分析等特點(diǎn)。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子

7、學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。2設(shè)計(jì)任務(wù)1用8個(gè)發(fā)光二極管表示求，用倆個(gè)按鈕分別表示AB倆個(gè)球員的球拍；2 一方發(fā)球后，球以固定的速度向另一方運(yùn)動(dòng)（發(fā)光二極管依次點(diǎn)亮），當(dāng)球達(dá)到最后一個(gè)二級(jí)管的時(shí)，對(duì)方擊球（按下按鈕）球向相反方向運(yùn)動(dòng)，在其他時(shí)候擊球視為犯規(guī)，給對(duì)方加一分；都犯規(guī)雙方各加一份；3 A,B各有一個(gè)數(shù)碼管計(jì)分；裁判有一個(gè)按鈕，用來對(duì)系統(tǒng)初始化，每次得分后按下。3設(shè)計(jì)電路 根據(jù)要求，該電路必須設(shè)計(jì)3塊短路完成球臺(tái)驅(qū)動(dòng)，控制和計(jì)分功能。當(dāng)裁判按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，游戲機(jī)電路開始運(yùn)作。系統(tǒng)以CP信號(hào)作為球臺(tái)驅(qū)動(dòng)電路和計(jì)數(shù)器積分的時(shí)鐘信

8、號(hào)，以8個(gè)二極管的依次點(diǎn)亮代表球的移動(dòng)位置，雙向選擇開關(guān)J2，J3控制發(fā)球，擊球信號(hào)。電路設(shè)計(jì)原理圖如下圖1： 球臺(tái)電路 計(jì)分電路時(shí)鐘信號(hào)源按鍵電路發(fā)光二極管球臺(tái)驅(qū)動(dòng)電路控制電路LED數(shù)碼管1顯示譯碼器1計(jì)數(shù)器1LED數(shù)碼管2顯示譯碼器2計(jì)數(shù)器2 圖1 電路設(shè)計(jì)原理圖1求臺(tái)電路設(shè)計(jì) 球臺(tái)電路通過兩個(gè)4位上相移位寄存器74LS194接成一個(gè)8位的移位寄存器。具體接法為：將第一片的左移串行輸入端SL接到第二片的Q0端，將第二片的右移串行輸入端接到第一片的Q3端，然后將第一片的D0端和第二片的D3端制1，同時(shí)將剩余的其他幾個(gè)輸入端制0。其功能表如下表1：DS1 S0工作狀態(tài) 01111×

9、×0 00 11 01 1置零保持右移左移并行輸入表1 移位寄存器功能表2功能說明：（1）當(dāng)D =0，其他輸入端均為任意值，寄存器輸出Q0、Q1、Q2、Q3均為0。清除后，置D =1。此功能對(duì)應(yīng)于裁判員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。（2）當(dāng)D =S1=S2=1時(shí)，送入任意的4位二進(jìn)制數(shù)，當(dāng)下一個(gè)上升沿到來時(shí)，將Q0、Q1、Q2、Q3置成相應(yīng)的狀態(tài)。（3）當(dāng)D =1、S1=0、S0=1時(shí)，由右移輸入端SR輸入二進(jìn)制碼1000，通過時(shí)鐘脈沖CP依次右移。此功能對(duì)應(yīng)于乒乓球右移。（4）當(dāng)D =1、S1=1、S0=0時(shí)，由右移輸入端SR輸入二進(jìn)制碼0001，通過時(shí)鐘脈沖CP依次左移。此功能對(duì)應(yīng)于乒乓球左

10、移。根據(jù)設(shè)計(jì)原理，使用multisim繪制并通過仿真的電路圖如下： 圖2球臺(tái)電路電路圖3驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)該電路塊由兩片74LS74、兩個(gè)與門7409、兩個(gè)與非門7400構(gòu)成，74LS74為上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器， PR為置1端（低電平有效），CLR為置0端（低電平有效）。當(dāng)J1=0時(shí)，兩片D觸發(fā)器輸出端均為1即S1=S0=1，通過接入74LS194，此時(shí)實(shí)現(xiàn)的是并行輸入功能。當(dāng)J1=1時(shí)，L1=J2=1，J3=L8=0,通過各門電路將1D置為0，將兩片74LS74的CLK信號(hào)置為1，則D觸發(fā)器輸出端Q1、Q2分別為0，1即S1=0,S0=1。相反情況時(shí)，當(dāng)J1=1時(shí)，L1=J2=0，J3=L8=

11、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(shí)現(xiàn)球臺(tái)燈的左右移位即實(shí)現(xiàn)乒乓球的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)設(shè)計(jì)原理，使用multisim繪制并通過仿真的驅(qū)動(dòng)控制電路電路圖如下： 圖3 驅(qū)動(dòng)控制電路電路圖4計(jì)分電路設(shè)計(jì)計(jì)分電路以PlayerA 的計(jì)分電路為例進(jìn)行說明。本電路主要由一片74LS160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、一個(gè)7404非門、7409與門構(gòu)成，得分真值表如下：十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、一個(gè)7404非門、7409與門構(gòu)成，得分真值表如下：L1J2(A)L8J3PlayerAPlayerB110010001101同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160的功能表如下：DEP ET工作狀態(tài)××

12、×01111×0111× ×× ×0 1× 01 1置零預(yù)置數(shù)保持保持（但C=0）計(jì)數(shù)由計(jì)數(shù)器74LS160的功能表可知，當(dāng)RD=LD=EP=ET=1時(shí)工作狀態(tài)為計(jì)數(shù)，此時(shí)CLR=LOAD=ENT=ENP=1。選用ENP、ENT作為74LS160的計(jì)數(shù)控制端，當(dāng)ENT=ENP=1時(shí)計(jì)數(shù)，當(dāng)ENT=ENP=0時(shí)計(jì)分電路處于保持狀態(tài)。RCO為進(jìn)位輸出端，即當(dāng)選手計(jì)滿9分時(shí)給出報(bào)警信號(hào)。根據(jù)設(shè)計(jì)原理，使用multisim繪制并通過仿真的計(jì)分電路圖如下： 圖4 計(jì)分電路電路圖5總體電路的設(shè)計(jì)根據(jù)上述三個(gè)模塊電路，將它們按一定的次序進(jìn)

13、行組合并通過仿真，即可得到下面的總電路 圖5 總電路電路圖4結(jié)論總結(jié) 本電路的設(shè)計(jì)難點(diǎn)是咋樣把裁判員的初始化信號(hào)和倆位選手的擊球信號(hào)加到整個(gè)電路中去，來控制總格電路系統(tǒng)。球臺(tái)控制電路的仿真無法用邏輯分析，經(jīng)過我們小組反復(fù)討論和分析，我們使用了倆片上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器74LS74，倆個(gè)與門7490，倆個(gè)非門7400構(gòu)成電路。將裁判的開關(guān)與74LS74芯片的CLR端相連，實(shí)現(xiàn)裁判對(duì)電路的可控性。當(dāng)CLR信號(hào)有效時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的清零；當(dāng)CLR信號(hào)無效時(shí)即開關(guān)閉合時(shí)候，允許游戲者擊球。5收獲與得通過本次數(shù)電課程設(shè)計(jì)使我懂得數(shù)字電路的基本設(shè)計(jì)方法，對(duì)Multisim仿真軟件有了初步的了解和認(rèn)識(shí)。讓我懂得

14、如何使用Mulsitim軟件對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，如何運(yùn)用里面提供的電路部件來設(shè)計(jì)和完成電路的功能，使我在以后的工作中會(huì)利用Mulsitim進(jìn)行電路設(shè)計(jì)完成工程功能的實(shí)現(xiàn)。通過實(shí)驗(yàn)使我提高了邏輯思維能力，使我在邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)上有很大額進(jìn)步。加深了我們對(duì)組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步增進(jìn)了對(duì)一些常見邏輯器件的了解。我認(rèn)識(shí)到一個(gè)完整的電路是有不同功能的單元組成，每個(gè)單元都有各自的功能和電路實(shí)現(xiàn)，每個(gè)單元相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)每一個(gè)單元必須考慮到其他單元的參數(shù)等。實(shí)踐是加深理解知識(shí)原理的最好途徑，通過查閱書籍資料，設(shè)計(jì)電路，計(jì)算電路參數(shù)，動(dòng)手畫電路圖等過程是我對(duì)電路知識(shí)有了進(jìn)一步理解。讓我還知道了在以后的學(xué)習(xí)中，要不斷的將理論與實(shí)際相結(jié)合，在實(shí)踐中腳踏實(shí)地，彌補(bǔ)自己的薄弱點(diǎn)，不要因?yàn)榕洛e(cuò)而不敢去做，如果不做怎么就知道自己的一定的錯(cuò)，也許自己還會(huì)是對(duì)的，就算錯(cuò)了也只要做了才會(huì)知道自己錯(cuò)哪了，才有改正錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)，否則一切都是白話與空談不存在價(jià)值。 還有，本次設(shè)計(jì)中用到的元件，各有各的特點(diǎn)，我們要留意這些