數(shù)字邏輯電路課程設(shè)計(jì)拔河游戲機(jī)

..課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程名稱(chēng)：數(shù)字電路和數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)題目：拔河游戲機(jī)班級(jí)：電子信息科學(xué)與技術(shù)11-1__劉偉杰學(xué)號(hào)：20112799..設(shè)計(jì)題目拔河游戲機(jī)主要內(nèi)容及要求1．設(shè)計(jì)一個(gè)模擬拔河游戲比賽的邏輯電路。2．電路使用9個(gè)發(fā)光二極管,開(kāi)機(jī)后只有在拔河繩子中間的發(fā)光二極亮。3．比賽雙方各持一個(gè)脈沖按鈕,快速不斷地按動(dòng)按鈕,產(chǎn)生脈沖,誰(shuí)按得快,發(fā)光的二極管就向誰(shuí)的方向移動(dòng),每按一次,發(fā)光二極管移動(dòng)一位。4．亮的發(fā)光二極管移到任一方的終點(diǎn)時(shí),該方就獲勝,此后雙方的按鈕都無(wú)作用,狀態(tài)保持,只有當(dāng)裁判按動(dòng)復(fù)位后,在拔河繩子中間的發(fā)光二極管重新亮。5．用七段數(shù)碼管顯示雙方的獲勝盤(pán)數(shù)。進(jìn)度安排1.認(rèn)真思考和理解所選題目的有關(guān)要求,大致知道要求做什么。2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要求,到圖書(shū)館或上網(wǎng)查找相關(guān)的資料,了解拔河游戲機(jī)的工作原理。3.學(xué)習(xí)數(shù)字電路中觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示器等單元電路的設(shè)計(jì)及綜合應(yīng)用,掌握邏輯電路的設(shè)計(jì)與測(cè)試方法,等。4.綜合相關(guān)的資料,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。5．根據(jù)所設(shè)計(jì)方案,用仿真軟件進(jìn)行電路仿真。6．根據(jù)要求撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。目錄一．設(shè)計(jì)任務(wù)分析………4二．拔河游戲機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)………42．1設(shè)計(jì)思路………42．2電路原理圖……………………52．3電路工作原理…………………62．4各單元電路的設(shè)計(jì)……………7三．元器件的使用………10四.電路仿真結(jié)果……………………11四．總結(jié)…………………134.1實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)…………134.2心得體會(huì)…………13參考文獻(xiàn)………………14設(shè)計(jì)任務(wù)分析本課題的主要任務(wù)是讓拔河游戲機(jī)的電平指示燈由中點(diǎn)向我方延伸,而阻止其向?qū)Ψ窖由臁？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(guò)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(shí),發(fā)亮的電平指示燈向甲方延伸,相反,進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時(shí),發(fā)亮的電平指示燈向相反方向移動(dòng)。當(dāng)移動(dòng)到一方的終點(diǎn)就就把電路鎖定,此時(shí)雙方按鍵均無(wú)作用,只有裁判員按了復(fù)位按鍵雙方才能繼續(xù)下一盤(pán)的比賽,而計(jì)數(shù)器就記錄雙方的獲勝的次數(shù)?？傮w方案設(shè)計(jì)2．1設(shè)計(jì)思路：<1>本課題所設(shè)計(jì)的拔河游戲機(jī)由9個(gè)電平指示燈排列成一行,開(kāi)機(jī)之后只有中間一個(gè)電平指示燈亮,以此作為拔河的中心線(xiàn),游戲雙方各持一個(gè)按鍵,迅速地、不斷地按動(dòng)產(chǎn)生脈沖,誰(shuí)按得快,亮點(diǎn)向誰(shuí)方向移動(dòng),每按一次,亮點(diǎn)移動(dòng)一次。移到任一方終端指示燈點(diǎn)亮,同時(shí)蜂鳴器響起,代表這一方獲勝,此時(shí)雙方按鍵均無(wú)作用,輸出保持,只有經(jīng)裁判復(fù)位后才使亮點(diǎn)恢復(fù)到中心線(xiàn)。<2>當(dāng)一局比賽結(jié)束后,由點(diǎn)亮該終點(diǎn)燈的信號(hào)使電路封鎖加減脈沖信號(hào)的作用.即實(shí)現(xiàn)電路自鎖,使加家減脈沖無(wú)效。同時(shí),由首〔尾的輸出產(chǎn)生進(jìn)位脈沖,使計(jì)分計(jì)數(shù)器自動(dòng)加分。<3>控制復(fù)位電路部分控制由振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)入倒數(shù)減法計(jì)數(shù)器的輸入端,使其從三秒鐘開(kāi)始,進(jìn)入倒計(jì)時(shí),在此期間任何一方的脈沖輸入均無(wú)效果,達(dá)到公平性的原則,同時(shí)中間的燈亮起,復(fù)位。當(dāng)輸入總清零信號(hào)開(kāi)始進(jìn)行計(jì)分板的分?jǐn)?shù)清零,一局比賽結(jié)束。2．2電路原理圖：圖一,圖二分別為拔河游戲機(jī)的電路框圖、整機(jī)邏輯圖。2．3電路工作原理：可逆計(jì)數(shù)器74LS193〔CBUD4原始狀態(tài)輸出4位二進(jìn)制數(shù)0000,當(dāng)DNUP置為1時(shí)實(shí)現(xiàn)加法計(jì)數(shù),當(dāng)其置為0時(shí)實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)。當(dāng)按動(dòng)A、B兩個(gè)按鍵時(shí),分別產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào),經(jīng)整形后分別加到可逆計(jì)數(shù)器上,可逆計(jì)數(shù)器輸出的代碼經(jīng)3-8線(xiàn)譯碼器譯碼后驅(qū)動(dòng)電平指示燈點(diǎn)亮并產(chǎn)生位移,當(dāng)亮點(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,而對(duì)輸入脈沖不起作用。如按動(dòng)復(fù)位鍵,亮點(diǎn)又回到中點(diǎn)位置,比賽又可重新開(kāi)始。又由于當(dāng)現(xiàn)實(shí)到0000時(shí)算A獲勝,當(dāng)1000時(shí)算B獲勝,即兩者獲勝的條件為加減計(jì)數(shù)器的前三位都為0,即可判斷有一方獲勝,然后對(duì)控制輸入信號(hào)進(jìn)行鎖定。由于3-8線(xiàn)譯碼器只有8個(gè)輸出端,不滿(mǎn)足九個(gè)燈的全部控制,可是經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀察八個(gè)燈的輸出狀態(tài)我發(fā)現(xiàn),在加減法計(jì)數(shù)器的前八個(gè)狀態(tài)下都是0XXX,即最高位始終為0,而當(dāng)?shù)诰艂€(gè)狀態(tài)1000時(shí),最高位才輸出1,這也就構(gòu)成了第九個(gè)燈的控制電路,滿(mǎn)足了3-8線(xiàn)控制九個(gè)燈的實(shí)驗(yàn)要求。通過(guò)最高位和最低位的輸出脈沖接到兩個(gè)計(jì)數(shù)器上,可分別顯示雙方的獲勝次數(shù),原理過(guò)于簡(jiǎn)單這里不加贅述。在具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),有選手出現(xiàn)搶按脈沖的現(xiàn)象,這也就激發(fā)了我想到了要設(shè)計(jì)一個(gè)安全的裁判功能的思路,于是我用減法計(jì)數(shù)器和復(fù)位按鈕相連,使得在倒計(jì)時(shí)三秒之后雙方的脈沖信號(hào)才能到達(dá)加減計(jì)數(shù)器,在三秒倒數(shù)期間任何一方的輸入均無(wú)效,間接的起到了公平的作用。2．4各單元電路的設(shè)計(jì)：1.編碼電路的設(shè)計(jì)：由二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74LS193構(gòu)成,它有4個(gè)輸入端,4個(gè)輸出端,能進(jìn)行加／減計(jì)數(shù)。通過(guò)編碼器來(lái)控制電平指示燈的顯示,加計(jì)數(shù)時(shí)向右移動(dòng),進(jìn)行減計(jì)數(shù)時(shí),向相反方向移動(dòng)。電路圖如下：2.整形電路設(shè)計(jì)：由與門(mén)、非門(mén)、或門(mén)構(gòu)成。因74LS193是可逆計(jì)數(shù)器,控制加減的CP脈沖到達(dá)DNUP,此時(shí)當(dāng)電路要求進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時(shí),減法輸入端CPD必須接高電平；進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時(shí),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DNUP,就有很多時(shí)機(jī)在進(jìn)行計(jì)數(shù)輸入時(shí)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A、B二鍵出來(lái)的脈沖經(jīng)整形后變?yōu)橐粋€(gè)占空比很大的脈沖,這就減少了進(jìn)行某一計(jì)數(shù)時(shí)另一計(jì)數(shù)輸入為低電平的可能性,從而使每按一次鍵都有可能進(jìn)行有效的計(jì)數(shù)。這里做一步具體分析：假設(shè)在某一瞬間：1、A=1,B=0,A反向后為0,此時(shí)經(jīng)過(guò)與門(mén)后輸出為0,進(jìn)行減法計(jì)算〔即為B輸入有效2、A=0,B=1,A反向后為1,此時(shí)經(jīng)過(guò)與門(mén)后輸出為1,進(jìn)行加法計(jì)算〔即為A輸入有效起到了A、B輸入時(shí)可以分別對(duì)應(yīng)輸入1,0電路圖如下圖所示：3.譯碼電路：由兩個(gè)2-4譯碼器構(gòu)成3-8線(xiàn)譯碼器。譯碼器的低位輸出Z0～Z4,高位輸出Z0～Z4八個(gè)端口分別接電平指示燈,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(shí)電平指示燈點(diǎn)亮。加減計(jì)數(shù)器的最高位Q3輸出到第九位指示燈。比賽準(zhǔn)備,給加減計(jì)數(shù)器置數(shù)為0100,即為第五個(gè)燈亮〔實(shí)際為中間的那個(gè)指示燈,此狀態(tài)為初始狀態(tài)表示燈停在中間位置。當(dāng)編碼器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時(shí),亮點(diǎn)向右移,進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時(shí),亮點(diǎn)向左移。電路圖如下圖所示：4.控制電路：LD由與門(mén)構(gòu)成,其作用是指示出誰(shuí)勝誰(shuí)負(fù)。當(dāng)亮點(diǎn)移到任何一方的終端時(shí),判該方為勝,此時(shí)雙方的按鍵均宣告無(wú)效。將雙方終端指示燈接到加法計(jì)數(shù)器上實(shí)現(xiàn)勝利次數(shù)計(jì)數(shù)。當(dāng)任何一方勝利時(shí)Q1,Q2,Q3均為0從而經(jīng)過(guò)三與門(mén)判斷有一方勝利了產(chǎn)生鎖定信號(hào),阻止選手的信號(hào)脈沖進(jìn)入加減計(jì)數(shù)器,使計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖不起作用。電路圖如下圖所示：LD5.勝負(fù)顯示：由計(jì)數(shù)器和譯碼器的兩位輸出端構(gòu)成。將雙方終端指示燈正極輸出后分別接到2個(gè)十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的cp端,兩個(gè)加法計(jì)數(shù)器的輸出端分別接到實(shí)驗(yàn)箱中的兩組譯碼顯示器的8、4、2、1插孔上。當(dāng)一方取勝時(shí),該方終端指示燈發(fā)亮,產(chǎn)生一個(gè)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1位數(shù)不夠,則進(jìn)行2位數(shù)的級(jí)連。電路圖如下：6.復(fù)位控制：74LS193的置位端LD接了一個(gè)脈沖開(kāi)關(guān),同時(shí)此脈沖還接到了倒計(jì)時(shí)的計(jì)數(shù)器置位端,作為一個(gè)開(kāi)關(guān)控制,進(jìn)行多次比賽而需要的復(fù)位倒計(jì)時(shí)操作,使亮點(diǎn)返回中心點(diǎn),并開(kāi)始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。兩個(gè)負(fù)責(zé)計(jì)分的四位計(jì)數(shù)器的清零端RD也接一個(gè)電平開(kāi)關(guān),作為勝負(fù)顯示器的復(fù)位來(lái)控制勝負(fù)計(jì)數(shù)器使其重新計(jì)數(shù)。復(fù)位按鈕的功能表下表所示：輸入輸出功能Reset_a計(jì)分計(jì)數(shù)器清零Reset_s燈回到原位,倒計(jì)時(shí)開(kāi)始7.脈沖分頻器： 起到對(duì)輸入的100KHz的脈沖分頻,達(dá)到1s的目的,供給倒計(jì)時(shí)的時(shí)鐘需要。電路如圖所下圖所示。元器件的使用及其引角圖：3．1元器件的選用：加減計(jì)數(shù)器CDUD41片同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器2片同步十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器1片74LS00四2輸入與非門(mén)3片74LS08四2輸入與門(mén)1片74LS86四2輸入異或門(mén)1片脈沖4個(gè)導(dǎo)線(xiàn)若干LED9個(gè)共陰式LED數(shù)碼管3個(gè)輸入脈沖 2個(gè)蜂鳴器1個(gè)電路仿真結(jié)果：當(dāng)A選手按的時(shí)候發(fā)現(xiàn)燈的確往左移了當(dāng)B選手按的時(shí)候發(fā)現(xiàn)燈的確往右移了這是A、B計(jì)數(shù)的顯示器仿真；這是倒計(jì)時(shí)模塊的仿真,LOCK端可以鎖定AB脈沖的輸入總結(jié)4．1實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)：本課題所設(shè)計(jì)的拔河游戲機(jī)主體大概是由15個(gè)電平指示燈組成"電子繩",由可逆計(jì)數(shù)器74LS193構(gòu)成編碼電路,由譯碼器CC4514構(gòu)成譯碼器電路,由計(jì)數(shù)器CC4518作為勝負(fù)的顯示。但不難想象,73LS193可以由兩片的74LS192組成16進(jìn)制計(jì)數(shù)器所代替,這一點(diǎn)是可以改進(jìn)的。還有就是電路的主體部分還可以用移位寄存器所代替,由于時(shí)間的關(guān)系,留待以后思考。4．2心得體會(huì)：課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.回顧起此次拔河游戲機(jī)課程設(shè)計(jì),至今我仍感慨頗多,從理論到實(shí)踐,從仿真到下載到ISP,在這一個(gè)多星期的日子里,可以說(shuō)得是苦多于甜,但是可以學(xué)到很多很多的的東西,同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí),而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的,只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái),從理論中得出結(jié)論,從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題,可以說(shuō)得是困難重重,這畢竟第一次做的,難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題,同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的很多的不足,自己知識(shí)的很多漏洞,對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻,掌握得不夠牢固,比如說(shuō)觸發(fā)器的運(yùn)用還是不怎么熟識(shí),對(duì)73LS193計(jì)數(shù)器的邏輯功能還是不怎么了解,對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的情況沒(méi)有加以重視……看到了自己基礎(chǔ)知識(shí)還是不夠扎實(shí),實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏,理論聯(lián)系實(shí)際的能力還待急需提高。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)之后,一定把以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)重新溫故。在這個(gè)過(guò)程中,也曾經(jīng)因?yàn)閷?shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺乏失落過(guò),也曾經(jīng)仿真成功而熱情高漲。在和同學(xué)們的共同激烈討論中我記住了很多IC的功能表,在幫助別人解決問(wèn)題的時(shí)候我也學(xué)會(huì)了如何更加節(jié)約電子元器件而起到相同效果的技能。生活就是這樣,汗水預(yù)示著結(jié)果也見(jiàn)證著收獲。雖然這只是一次的較簡(jiǎn)單的課程設(shè)計(jì),可是也耗費(fèi)了我們不少的心血。無(wú)論如何,就當(dāng)它是一次數(shù)電的復(fù)習(xí)課吧！為以后的電路設(shè)計(jì)做了一次總結(jié)！通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì),知識(shí)上的不但有了重要收獲,精神上