拔河游戲機(jī)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、-數(shù)字邏輯綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱 數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)題目名稱 電子拔河游戲機(jī)班 級(jí) 20210615 學(xué) 號(hào) 2021061518學(xué)生 曉行同組班級(jí) 20210615 同組*2021061517同組 靜指導(dǎo)教師 武俊鵬、孟昭林、書勇、國冬2021年 06 月 摘 要電子拔河游戲機(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LED發(fā)光二極管表示拔河的“電子繩。游戲雙方各擁有一個(gè)比賽時(shí)使用的單脈沖按鈕,參與者按動(dòng)一次按鈕就產(chǎn)生一個(gè)脈沖,誰按的頻率快產(chǎn)生的脈沖就多,由發(fā)光的LED燈的左右偏移模擬拔河過程，LED燈的偏移方向和位移由比賽雙方所給出的脈沖數(shù)實(shí)時(shí)決定，該功能需要用計(jì)數(shù)電路通

2、過加減計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)移動(dòng)到*方的最后一個(gè)LED燈時(shí)，則該方獲勝，連續(xù)比賽多局以定勝負(fù)。此次設(shè)計(jì)的電路，主要分為四局部：控制電路局部；計(jì)數(shù)電路局部；電子繩電路局部；計(jì)分器電路局部。其中控制電路局部主要由2個(gè)JK觸發(fā)器和一個(gè)鎖存器構(gòu)成；計(jì)數(shù)電路主要由2個(gè)74LS192組成；電子繩電路由3個(gè)74LS138譯碼器，17個(gè)74LS04和17盞燈組成；計(jì)分器電路由兩個(gè)74LS161計(jì)數(shù)器構(gòu)成。關(guān)鍵詞：“拔河；開關(guān)；脈沖；LED燈；左右偏移；計(jì)分電路目 錄1 需求分析- 3 -1.1 根本功能要求- 3 -1.2 創(chuàng)新拓展功能- 3 -1.3 設(shè)計(jì)原理- 4 -2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 5 -2.1 系統(tǒng)邏輯構(gòu)造設(shè)計(jì)

3、- 5 -2.2系統(tǒng)物理構(gòu)造設(shè)計(jì)-9-3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)- 14 -3.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程- 14 -3.2 系統(tǒng)測(cè)試- 14 -3.3系統(tǒng)最終電路圖- 15 -3.4系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)分工- 15 -4 總結(jié)- 17 -5參考文獻(xiàn)- 18 -1 需求分析1.1 根本功能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LED發(fā)光二極管表示拔河的“電子繩。由甲，乙二人通過扳動(dòng)開關(guān)使發(fā)光的LED管向自己一方的終點(diǎn)移動(dòng)，當(dāng)亮點(diǎn)移到任何一方的終點(diǎn)時(shí)，則該方獲勝，連續(xù)比賽多局以定勝負(fù)。首先由裁判進(jìn)展分?jǐn)?shù)清零，去除上次比賽比分。然后裁判通過搬動(dòng)開關(guān)下達(dá)比賽開場(chǎng)命令，甲、乙二人通過扳動(dòng)開關(guān)使發(fā)

4、光的LED管向自己一方的終點(diǎn)移動(dòng)，并阻止其向?qū)Ψ窖由?。如果?dāng)點(diǎn)亮的LED管到達(dá)*一方的終點(diǎn)，則該方獲勝。并且此時(shí)能通過自鎖功能鎖定電路，使甲、乙對(duì)開關(guān)的操作不輸出脈沖信號(hào)，不比照分及發(fā)光LED燈產(chǎn)生影響。只有當(dāng)裁判通過閉合開關(guān)翻開開關(guān)，再次發(fā)出“比賽開場(chǎng)命令時(shí)，才能開場(chǎng)下一局的比賽。*方終端LED燈發(fā)光即為獲勝，記分電路會(huì)自動(dòng)給該方加分一次，本游戲通過屢次比賽確定勝負(fù)。1.2 創(chuàng)新拓展功能拔河游戲是模仿實(shí)際拔河的過程，其和實(shí)際的拔河有所不同，可以考慮通過倍頻電路來實(shí)現(xiàn)單脈沖信號(hào)的“加速，通過“秘技的形式來“保贏，而且“加速過程可控可取消。另外，還可對(duì)雙方拔河隊(duì)員的操控閑置時(shí)間進(jìn)展控制，超過一定

5、時(shí)間，報(bào)警并使游戲鎖定或者復(fù)位。由于未找到其他組一起合作，此兩種拓展對(duì)我們較有難度。故只是增加了LED燈的個(gè)數(shù)，由9個(gè)增加到了17個(gè)。應(yīng)用了四位二進(jìn)制可加減計(jì)數(shù)器74LS193和譯碼器74LS138的級(jí)聯(lián)，加大了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與連線的難度。1.3 設(shè)計(jì)原理如下列圖，為此次設(shè)計(jì)的根本原理圖，拔河由甲乙兩人控制。通過數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)箱上“0“1上下電平的輸入來決定最后的輸贏；通過信號(hào)輸入電路將甲乙兩人的輸入傳到電路中；通過控制電路控制時(shí)鐘信號(hào)的輸入。當(dāng)輸入有效輸入信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器開場(chǎng)工作，開場(chǎng)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)。譯碼器主要是將計(jì)數(shù)器的輸出進(jìn)展譯碼，實(shí)現(xiàn)每個(gè)輸出

6、端代表一個(gè)不同輸入信號(hào)。計(jì)分電路用于記錄并顯示甲、乙雙方比賽得分成績(jī)。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)邏輯構(gòu)造設(shè)計(jì)1. 控制電路設(shè)計(jì)：控制電路主要由2個(gè)JK觸發(fā)器和一個(gè)鎖存器構(gòu)成。由于四輸入與非門74LS10D兩個(gè)輸入為1，另一輸入連接頻率較高的時(shí)鐘信號(hào)，則初始狀態(tài)通過JK觸發(fā)器的R端復(fù)位，輸出Q=0，則JK均為1，扳動(dòng)A，JK觸發(fā)器“翻轉(zhuǎn)，輸出Q=1，則JK=0，觸發(fā)器“保持而由于時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器的頻率遠(yuǎn)高于甲乙按開關(guān)的頻率，通過JK觸發(fā)器R端的復(fù)位，會(huì)立刻出現(xiàn)Q=0，則實(shí)現(xiàn)了撥動(dòng)開關(guān)可以一直產(chǎn)生脈沖。當(dāng)最左端或最右端的LED燈亮?xí)r，四輸入與非門有一0輸入，則輸出為1，當(dāng)JK都為0時(shí)，觸發(fā)器“保持扳動(dòng)

7、開關(guān)A或B對(duì)輸出無影響，一局游戲完畢。2. 計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)：計(jì)數(shù)電路主要由2個(gè)74LS192組成。74LS192是10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而17個(gè)燈泡需要17個(gè)狀態(tài)，故需要2個(gè)74LS192級(jí)聯(lián)，分別為00001-00010-00011-00100-00101-00110-00111-01000-01001-10000-10001-10010-10011-10100-10101-10110-10111。開場(chǎng)時(shí)裁判關(guān)閉R，預(yù)置端LD為0，預(yù)置10019，則通過譯碼器輸出，使最中間的9燈亮，翻開R，當(dāng)減計(jì)數(shù)端輸入1，加計(jì)數(shù)端上升沿時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)展加計(jì)數(shù)，加計(jì)數(shù)端輸入1，減計(jì)數(shù)端上升沿時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)展減計(jì)數(shù)。3電子繩

8、電路設(shè)計(jì)：電子繩電路由3個(gè)74LS138譯碼器，17個(gè)74LS04和17盞燈組成。燈位的1-9對(duì)應(yīng)5位二進(jìn)制數(shù)的1-9，燈位的10-17對(duì)應(yīng)5位二進(jìn)制數(shù)的16-23，譯碼器的輸出端先通過一個(gè)非門，再與LED燈連接。當(dāng)進(jìn)展加計(jì)數(shù)時(shí),發(fā)光的LED燈向右方終點(diǎn)移動(dòng)；進(jìn)展減計(jì)數(shù)時(shí)，發(fā)光的LED燈向左方終點(diǎn)移動(dòng)。4. 計(jì)分器電路設(shè)計(jì)：由于左右對(duì)稱，所以在此只展示右端：輸 入輸 出CTrCTpCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30000010d0d1d2d3d0d1d2d31111計(jì) 數(shù)110保 持110保 持注：QCC= CTrQ0Q1Q2Q3計(jì)分器電路由兩個(gè)74LS161計(jì)數(shù)器構(gòu)成，左邊的四位二進(jìn)制計(jì)

9、數(shù)器74LS161的CP端與第一個(gè)非門的輸入端相連，右邊的74LS161的CP端與最后一個(gè)非門的輸入端相連。從功能表第三行知，當(dāng)開關(guān)翻開時(shí)，CTrCTp1時(shí)，則對(duì)計(jì)數(shù)脈沖CP實(shí)現(xiàn)同步十進(jìn)制加計(jì)數(shù)；而從功能表的第四行又知， CTr和CTp為計(jì)數(shù)控制端，當(dāng)它們同時(shí)為1時(shí)，計(jì)數(shù)器執(zhí)行正常同步計(jì)數(shù)功能；從功能表第一行知，當(dāng)0輸入低電平，則不管CP端狀態(tài)如何，四個(gè)數(shù)據(jù)輸出端QA、QB、QC、QD全部清零。則實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制比分清零的功能。2.2 系統(tǒng)物理構(gòu)造設(shè)計(jì)A所需器材 數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)箱 一臺(tái) 芯片74LS112 一個(gè) 芯片74LS00 一個(gè) 芯片74LS138 三個(gè) 芯片74LS04 四個(gè) 芯片74LS1

10、0 一個(gè) 芯片74LS192 兩個(gè) 芯片74LS161 兩個(gè)B芯片功能介紹1.74LS112在74112中集成了兩個(gè)邊沿JK觸發(fā)器，1開頭的標(biāo)號(hào)端是第一個(gè)JK觸發(fā)器的相關(guān)引腳，2開頭的標(biāo)號(hào)端是第二塊JK觸發(fā)器的相關(guān)引腳。74112是下降沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器，也就是CP的下降沿時(shí)刻的J，K決定觸發(fā)器的輸出狀態(tài)的變化。74LS112功能表：2 74LS1614位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74LS161能同步并行預(yù)置數(shù)據(jù)，具有清零置數(shù)，計(jì)數(shù)和保持功能，具有進(jìn)位輸出端，可以串接計(jì)數(shù)器使用。74LS161的功能表：輸 入輸 出CTrCTpCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30000010d0d1d2d3d0d1d2

11、d31111計(jì) 數(shù)110保 持110保 持注：QCC= CTrQ0Q1Q2Q33 74LS192雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192的功能表：4 74LS13874LS138功能表：5 74LS1074ls10是常用的三3輸入與非門電路3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)3.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程首先裁判通過閉合計(jì)分器電路開關(guān)實(shí)現(xiàn)上一場(chǎng)比賽的清零操作，翻開開關(guān)。之后閉合R，預(yù)置10019，使最中間的LED燈發(fā)光，翻開開關(guān)。準(zhǔn)備工作完成。開場(chǎng)比賽，甲、乙通過扳動(dòng)電平開關(guān)，輸出脈沖信號(hào)。其中甲使計(jì)數(shù)器進(jìn)展加計(jì)數(shù)，發(fā)光LED燈向右移動(dòng)；乙使計(jì)數(shù)器進(jìn)展減計(jì)數(shù)，發(fā)光LED燈向左移動(dòng)。當(dāng)有一方LED燈移動(dòng)到終端，即1燈或者17燈

12、亮?xí)r，對(duì)應(yīng)的計(jì)分屏得分加1。一局比賽完畢，甲、乙再次扳動(dòng)電平開關(guān)，則無現(xiàn)象。3.2 系統(tǒng)測(cè)試測(cè)試方案：為了能夠準(zhǔn)確的看出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，將忽略其中一方的比賽實(shí)力，具體過程如下：將兩方比分置零通過R讓中間的燈亮，即裁判宣布比賽開場(chǎng)只讓一方撥動(dòng)開關(guān)，另一方不參與比賽觀察燈亮的情況以及比分情況測(cè)試數(shù)據(jù)：發(fā)現(xiàn)燈逐次向那方的最后一個(gè)燈移動(dòng)，當(dāng)一局比賽完畢后，那方的分?jǐn)?shù)加一。測(cè)試結(jié)果分析：通過這個(gè)測(cè)試方案，可以明顯的看出當(dāng)一方的速率較快時(shí)電子繩電路中第9個(gè)燈便向那一方移動(dòng)。3.3 系統(tǒng)最終電路圖3.4系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)分工靜：電路總體布局規(guī)劃；資料收集；計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)；電路連接；電路檢測(cè)；PPT制作與演示。曉行：控制電路設(shè)

13、計(jì)；計(jì)分器電路設(shè)計(jì)； multisim電路模擬；電路連接；電路修正；電路演示與講解。實(shí)物連線圖：4 總結(jié)實(shí)驗(yàn)已接近尾聲。在長達(dá)8節(jié)課程的數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)課程上，我收獲很多，知識(shí)上的，實(shí)踐上的，這些都將成為我在數(shù)字電路上的墊腳石，引領(lǐng)我不斷向前。在此我想總結(jié)下實(shí)驗(yàn)的歷程，以及從中得到的收獲。開場(chǎng)在電路思路上比較迷茫，不清楚如何實(shí)現(xiàn)具體拔河過程。尤其是在拔河游戲機(jī)的控制電路設(shè)計(jì)上，根本毫無頭緒。后來通過我們的討論以及大量的查閱有關(guān)書籍資料，知道了拔河游戲機(jī)的控制電路的關(guān)鍵是信號(hào)在傳輸路徑上的延時(shí)，并且利用這個(gè)延時(shí)產(chǎn)生的上升沿來得到計(jì)數(shù)的信號(hào)。另外在計(jì)數(shù)電路上，我們對(duì)芯片的選擇比較頭疼，如果使用四位二進(jìn)

14、制可加減計(jì)數(shù)器74LS193，就可以實(shí)現(xiàn)16進(jìn)制加減計(jì)數(shù)，但我們選擇的是做有17個(gè)LED燈的拔河游戲機(jī)電路，而四位二進(jìn)制可加減計(jì)數(shù)器74LS193不能輸出17個(gè)信號(hào)。所以我們決定改用2片BCD同步可逆雙時(shí)鐘計(jì)數(shù)器74LS192級(jí)聯(lián)。但是級(jí)聯(lián)電路我們都不太清楚如何實(shí)現(xiàn)，只能通過網(wǎng)絡(luò)查詢初步了解有關(guān)知識(shí)，并將其應(yīng)用在計(jì)數(shù)電路。然后在譯碼器電路上，我們發(fā)現(xiàn)必須采用3片74LS138級(jí)聯(lián)，才能實(shí)現(xiàn)17個(gè)燈電路的譯碼。而書本上只給出了兩個(gè)74LS138級(jí)聯(lián)69頁，所以又必須去了解3個(gè)芯片的級(jí)聯(lián)，這些都令我們很困擾。而在顯示電路上，我們發(fā)現(xiàn)只需使用4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74LS161即可完成計(jì)數(shù)，這相比照擬

15、簡(jiǎn)單。除此之外，由于我進(jìn)展的模擬電路測(cè)試，在軟件的選擇上也繞了很多彎路。我最開場(chǎng)選擇的是EWB5.0。因?yàn)檫@個(gè)軟件頁面簡(jiǎn)潔，圖標(biāo)簡(jiǎn)單易懂，而且之前電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)使用過，所以覺得用的很有感覺。然而，模擬電路并不成功，只得重新設(shè)計(jì)，換用芯片?？蒃WB5.0芯片很不齊全，只得放棄軟件。隨后又選擇過幾個(gè)軟件，都或多或少的存在使用上的問題。最后通過同學(xué)推薦，才踏破鐵鞋無覓處，得來全不費(fèi)工夫，下載了。正是這個(gè)軟件，有著超級(jí)齊全的芯片系統(tǒng)。雖然英語版對(duì)我略有困難，但通過上網(wǎng)查閱軟件使用說明，實(shí)驗(yàn)中我已經(jīng)能夠熟練地使用MULTISIM軟件，這讓我感到很欣慰。這次實(shí)驗(yàn)課程不僅讓我增長了數(shù)字邏輯方面的知識(shí)，也極鍛煉了我的動(dòng)手能力。更讓我深深的感受到了實(shí)踐的魅力。通過動(dòng)手設(shè)計(jì)電路，模擬電路，連接電路，我收獲的是成功的自信與快樂，體驗(yàn)到的是團(tuán)隊(duì)合作的強(qiáng)大與給力。在此，深深地感隊(duì)友靜同學(xué)和幫助過我們的親愛的教師與同學(xué)，大家！6 參考文獻(xiàn)1 立平，數(shù)字邏輯電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)第2