課程設(shè)計(jì)-拔河游戲機(jī)

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目拔河游戲控制電路專業(yè)學(xué)號(hào)姓名主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容*1．閱讀相關(guān)科技文獻(xiàn)。2．學(xué)習(xí)protel軟件的使用。3．學(xué)會(huì)整理和總結(jié)設(shè)計(jì)文檔報(bào)告。4．學(xué)習(xí)如何查找器件手冊(cè)及相關(guān)參數(shù)。技術(shù)要求<要求電路使用9個(gè)發(fā)光二極管顯示拔河過(guò)程，開(kāi)機(jī)后只有中間一個(gè)發(fā)光二極管發(fā)光，即為拔河中心；游戲雙方各持一個(gè)按鈕，按鈕每按下一次，亮點(diǎn)向本方移動(dòng)一次，拔河過(guò)程中有且只有一個(gè)發(fā)光二極管發(fā)光；亮點(diǎn)移動(dòng)到任意一段的終端二極管時(shí)，此方獲勝，并且此時(shí)雙方按鈕均無(wú)作用，輸出狀態(tài)保持，復(fù)位后亮點(diǎn)回到中心點(diǎn)。主要參考資料1．何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，浙江大學(xué)出版社，2001年6月；（2．姚福安，電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐，山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001年10月；3．王澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)實(shí)踐，東南大學(xué)出版社，1999年10月；4．李銀華，電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005年6月；5．康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，2003。 }完成期限：2011年6月28日指導(dǎo)教師簽章：專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章：2011年6月27日

摘要》本課題的主要任務(wù)是讓拔河游戲控制電路的電平指示燈由中點(diǎn)向己方延伸，而阻止其向?qū)Ψ窖由?。可以設(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延伸。當(dāng)延伸到一方的終點(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。此電路可分為脈沖發(fā)生器電路和計(jì)數(shù)/譯碼器電路兩大部分。脈沖發(fā)生器電路部分采用兩個(gè)與非門(mén)組成的基本RS觸發(fā)器構(gòu)成的去抖電路以及有與門(mén)、與非門(mén)構(gòu)成的整形電路，可以將按鈕A、B產(chǎn)生的脈沖整形成占空比較高的信號(hào)。計(jì)數(shù)器電路部分以74LS/HC193為主體，譯碼器采用由集成芯片74HC138擴(kuò)展的4線-16線譯碼器。芯片74LS/HC193根據(jù)UP端和DOWN端的狀態(tài)來(lái)判斷進(jìn)行加計(jì)數(shù)還是減計(jì)數(shù)，然后將計(jì)數(shù)結(jié)果輸出到由74HC138構(gòu)成的譯碼器，譯碼器將結(jié)果輸出到發(fā)光二極管。由于74HC138輸出端為低電平，所以當(dāng)雙方終端二極管對(duì)應(yīng)的輸出端有一個(gè)為低時(shí)即表示游戲結(jié)束，雙方按鍵失效。此功能實(shí)現(xiàn)可將74LS193的輸出置數(shù)至輸入端，使譯碼器的輸出保持，將雙方的端二極管對(duì)應(yīng)的輸出進(jìn)行與運(yùn)算，如果有一個(gè)為低則輸出為低，再接低電平有效的置數(shù)端，實(shí)現(xiàn)游戲結(jié)束時(shí)按鍵無(wú)作用。關(guān)鍵字：去抖電路74LS138反饋置數(shù)&…目錄摘要……………………2方案設(shè)計(jì)………５!總體設(shè)計(jì)………５一電路原理框圖………５第二節(jié)各部分電路設(shè)計(jì)…………………６ 一脈沖發(fā)生器電路設(shè)計(jì)………………６ （一）原理圖及仿真電路………６： （二）工作原理………６ 二加減計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)………………７ （一）原理圖及仿真電路………７ （二）工作原理………８ 三譯碼器及二極管組、反饋的設(shè)計(jì)………………９!（一）原理圖及仿真電路………９ （二）工作原理………10 （三）由74HC138構(gòu)成的譯碼器功能表………10第二章元器件簡(jiǎn)介…………１１ 第一節(jié)74HC193………1１> 一簡(jiǎn)要說(shuō)明………１１ 二管腳圖…………１２ 三功能表…………１２第二節(jié)74HC138………1３一簡(jiǎn)要說(shuō)明……１３, 二管腳圖…………１３ 三功能表…………１４第三節(jié)74LS00和74LS08………………13 一簡(jiǎn)要說(shuō)明……… 二管腳圖…………$ 三功能表…………第四節(jié)電阻器………16 一金屬膜電阻……二金屬氧化膜電阻……三碳膜電阻……………#四合成膜電位器……第三章設(shè)計(jì)總結(jié)………16參考文獻(xiàn)……………………附錄１元件清單附錄２拔河游戲控制電路原理圖:!》~第一章方案設(shè)計(jì)第一節(jié)總體設(shè)計(jì)一電路原理框圖~譯碼器按鈕A、B譯碼器按鈕A、B￥饋反數(shù)置放光二極管組加/減計(jì)數(shù)器整形電路—去抖電路 饋反數(shù)置放光二極管組加/減計(jì)數(shù)器整形電路—去抖電路;復(fù)位復(fù)位~ 圖1電路原理框圖圖2為仿真電路電路是利用Multisim進(jìn)行仿真的 ^第二節(jié)各單元電路設(shè)計(jì)一脈沖發(fā)生器電路設(shè)計(jì) 由與門(mén)74LS08和與非門(mén)74LS00構(gòu)成去抖電路和整形電路。（一）原理圖及仿真電路…如圖3、圖4所示： 圖3脈沖發(fā)生器電路 圖4脈沖發(fā)生器電路仿真(（二）工作原理1.去抖電路 機(jī)械開(kāi)關(guān)接通時(shí)，由于振動(dòng)開(kāi)關(guān)會(huì)使電壓或電流波形產(chǎn)生“毛刺”，利用基本RS觸發(fā)器的記憶作用可以消除上述開(kāi)關(guān)振動(dòng)所產(chǎn)生的影響，設(shè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)原來(lái)與B點(diǎn)接通，這時(shí)觸發(fā)器的狀態(tài)為0。當(dāng)開(kāi)關(guān)由B撥向A時(shí)，其中有一短暫的浮空時(shí)間，這時(shí)觸發(fā)器的R﹑S均為1，Q仍為0。中間觸點(diǎn)與A接觸時(shí)，A點(diǎn)的電位由于振動(dòng)而產(chǎn)生“毛刺”。但是，首先是B點(diǎn)已經(jīng)為高電平，A點(diǎn)一旦出現(xiàn)低電平，觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為1，即使A點(diǎn)再出現(xiàn)高電平，也不會(huì)再改變觸發(fā)器的狀態(tài)，所以Q端的電壓波形不會(huì)出現(xiàn)“毛刺”現(xiàn)象?；綬S觸發(fā)器功能表R·SQ101|01011/不變00不定》 基本SR引腳圖2.整形電路:若直接由A、B鍵產(chǎn)生的脈沖加到5腳或4腳，那么就有很多時(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，前兩個(gè)與非門(mén)組成一個(gè)基本RS觸發(fā)器，在按鈕的作用下產(chǎn)生脈沖，后一個(gè)與門(mén)和兩個(gè)與非門(mén)組成一個(gè)整形電路其作用是產(chǎn)生一個(gè)占空比很大的脈沖信號(hào)，這樣就減少某一方在計(jì)數(shù)時(shí)另一方輸出為低電平的概率，使甲乙雙方都能有效計(jì)數(shù)。二加/減計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì) 主要由74LS193構(gòu)成，以及開(kāi)關(guān)和電阻構(gòu)成的復(fù)位電路。（一）原理圖及仿真電路：￥圖5加/減計(jì)數(shù)器圖6仿真電路（二）工作原理%當(dāng)CPu和CPd為上升沿且另一個(gè)為高電平時(shí)，開(kāi)始加或減計(jì)數(shù)。由于開(kāi)始工作前有清零步驟所以所以輸出的初始狀態(tài)為0。當(dāng)CPu為上升沿且CPd為高時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始加計(jì)數(shù)，輸出由0000變?yōu)?001，當(dāng)再次出現(xiàn)如此狀態(tài)時(shí)依次加計(jì)數(shù)；當(dāng)CPd為上升沿且CPu為高時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始減計(jì)數(shù)，輸出由0000變?yōu)?111，當(dāng)再次出現(xiàn)如此狀態(tài)時(shí)依次減計(jì)數(shù)。三譯碼器及二極管組、反饋的設(shè)計(jì)（一）原理圖及仿真電路，如圖7、8：：—圖7譯碼器及二極管組、反饋部分電路： 圖8仿真電路-（二）工作原理電路使用的4線-16線譯碼器是由兩個(gè)3線-8線譯碼器74HC138進(jìn)行擴(kuò)展構(gòu)成。用74HC138實(shí)現(xiàn)4線-16線譯碼器時(shí)，由于74HC138只有3個(gè)輸入端A、B、C所以可以用一個(gè)片選信號(hào)來(lái)擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)第四個(gè)輸入端設(shè)為D。當(dāng)D為0時(shí)，U6工作，U5不工作；D=1時(shí)U5工作，U6不工作。因此D接U5的G1，~D接U6的G1，如此則需要再接一個(gè)反相器，又由于G2A,G2B與G1的輸入使能電平相反，因此接U6的D可以直接接G2A和G2B，則可實(shí)現(xiàn)D=0時(shí)U6工作，D=1時(shí)U5工作。 譯碼器接受上級(jí)的輸出信號(hào)將其譯碼并在相應(yīng)的輸出端輸出，輸出的有效信號(hào)為低電平。在譯碼器的輸出級(jí)接一組發(fā)光二極管，并且接上限流電阻以保護(hù)二極管，二極管陰極接譯碼器輸出，陽(yáng)極接保護(hù)電阻再接高電平即5V電源。如此，當(dāng)譯碼器某輸出端輸出低電平時(shí)對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光。 當(dāng)比賽雙方的某一方的端二極管發(fā)光時(shí)比賽結(jié)束，此時(shí)兩個(gè)端二極管一個(gè)為低一個(gè)為高。根據(jù)設(shè)計(jì)要求此時(shí)雙方的按鈕應(yīng)該失去作用，所以將輸出狀態(tài)反饋至加/減計(jì)數(shù)器74HC193的置數(shù)端，并將74HC193的輸出接至輸入端，讓其循環(huán)置數(shù)。因此，端二極管的電平信號(hào)反饋到時(shí)須為低電平，將兩二極管的信號(hào)經(jīng)過(guò)與運(yùn)算即可。（三）芯片資料：4線-16線譯碼器功能表輸入輸出DC、BAY0Y1Y2…Y3Y4Y5Y6Y7}Y8Y9Y10Y11Y12<Y13Y14Y1500·00011@11111$11111。11100。01101。11111{11111：11100~10110*11111；11111(11101\00111`01111<11111]11100￥11111:10111。11111-11101!01111]11011;11111~11101{10111。11101'11111}11101《11111）11110。11111>11110\00111】11111!01111#11110）01111(11111:10111—11110(10111]11111}11011>11111》00111…11111、11101,11110]11111；11111·11110]11111/01111~11111：11111<01111~10111^11111*11111！10111!1111111111。11111：110由74HC138構(gòu)成的4線-16線譯碼器功能表將上述各各部分模塊組合在一起，就構(gòu)成了拔河游戲控制電路原理圖，生成相應(yīng)的PCB板圖，購(gòu)買元器件就可以做出實(shí)物，簡(jiǎn)易而實(shí)用。|第二章元器件簡(jiǎn)介第一節(jié)74HC193。一74ＨＣ193簡(jiǎn)介：193為可預(yù)置的十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器，共有54193/74193，54LS193/74LS193兩種線路結(jié)構(gòu)形式。其主要電特性的典型值如下：型號(hào)fcPD54193/7419332MHz325mW54LS193/74LS19332MHz95mW;193的清除端是異步的。當(dāng)清除端（MR）為高電平時(shí)，不管時(shí)鐘端（CPd、CPu）狀態(tài)如何，即可完成清除功能。193的預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端（LOAD）為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘（CPd、CPu）的狀態(tài)如何，輸出端（QA－QD）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（A－D）相一致的狀態(tài)。193的計(jì)數(shù)是同步的，靠CPd、CPu同時(shí)加在4個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)。在CPd、CPu上升沿作用下QA－QD同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)進(jìn)行加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)時(shí)可分別利用CPd或CPu，此時(shí)另一個(gè)時(shí)鐘應(yīng)為高電平。當(dāng)計(jì)數(shù)上溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（TCd）輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為CPu低電平部分的低電平脈沖；當(dāng)計(jì)數(shù)下溢出時(shí)，錯(cuò)位輸出端（TCu）輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為CPd低電平部分的低電平脈沖。當(dāng)把TCu和TCd分別連接后一級(jí)的CPu、CPd，即可進(jìn)行級(jí)聯(lián)。|二74HC193引腳圖注：引出端符號(hào)TCu錯(cuò)位輸出端（低電平有效）TCu進(jìn)位輸出端（低電平有效）;CPu減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）CPd加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）MR異步清除端A－D并行數(shù)據(jù)輸入端PL異步并行置入控制端（低電平有效）<QA－QD輸出端三74HC193功能表：功能模式輸入輸出|MRPLCPuCPd、D0D1D2D3Q0￥Q1Q2Q3TCuTCd'清零HXXL%XXXXL…LLLHL%HXXH~XXXXL\LLLHH·置數(shù)LLXL[LLLLL（LLLHL/LLXH|LLLLL(LLLHL"LLLX"HHHHH:HHHLH、LLHX]HHHHH[HHHH、加計(jì)數(shù)LH↑H|XXXX加計(jì)數(shù){H減計(jì)數(shù)LH)H↑XXX…X減計(jì)數(shù)H第二節(jié)74HC138一簡(jiǎn)要說(shuō)明：138為3線－8線譯碼器，共有54/74S138和54/74LS138兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其主要電特性的典型值如下：型號(hào)Tpd(ABC->Y)(3級(jí))PD。CT54S138/CT74S1388ns245mWCT54LS138/CT74LS13822ns32mW該譯碼器有3位二進(jìn)制輸入A2、A1、A0，他們共有8種狀態(tài)的組合，即可譯出8個(gè)輸出信號(hào)~Y0——~Y7，輸出為低電平有效。此外，還設(shè)置了G1、（/(G2A)和/(G2B)）3個(gè)使能輸入端，為電路功能的擴(kuò)展提供了方便。當(dāng)一個(gè)選通端（G1）為高電平，另兩個(gè)選通端（/(G2A)和/(G2B)）為低電平時(shí)，可將地址端（A、B、C）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。利用G1、/(G2A)和/(G2B)可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成24線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成32線譯碼器。若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，138還可作數(shù)據(jù)分配器。<二管腳圖：引出端符號(hào)：A、B、C譯碼地址輸入端G1選通端·/(G2A)、/(G2B)選通端（低電平有效）Y0～Y7譯碼輸出端（低電平有效）三功能表：\第三節(jié)74LS08和74LS00&一簡(jiǎn)要說(shuō)明：74LS00為四組2輸入端與非門(mén)（正邏輯），共有54/7400、54/74H00、54/74S00、54/74LS00四種線路結(jié)構(gòu)形式，74LS08為四組2輸入端與門(mén)（正邏輯），共有54/7408、54/74S08、54/74LS08三種線路結(jié)構(gòu)二管腳圖74LS00管腳圖：@74LS08管腳圖：】三功能表74LS00功能表：,74LS08功能表：<第四節(jié)電阻器一金屬膜電阻（型號(hào)：RJ）在陶瓷骨架表面，經(jīng)真空高溫或燒滲工藝蒸發(fā)沉積一層金屬膜或合金膜。其特點(diǎn)是：精度高、穩(wěn)定性好、噪聲低、體積小、高頻特性好。且允許工作環(huán)境溫度范圍大（-55～+125℃）、溫度系數(shù)低（（50～100）×10-6/℃）。常用額定功率有1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W等，標(biāo)稱阻值在10W～10MW之間。

二金屬氧化膜電阻（型號(hào)：RY）在玻璃、瓷器等材料上，通過(guò)高溫以化學(xué)反應(yīng)形式生成以二氧化錫為主體的金屬氧化層。該電阻器由于氧化膜膜層比較厚，因而具有極好的脈沖、高頻和過(guò)負(fù)荷性能，且耐磨、耐腐蝕、化學(xué)性能穩(wěn)定。但阻值范圍窄，溫度系數(shù)比金屬膜電阻差。

三碳膜電阻（型號(hào)：RT）在陶瓷骨架表面上，將碳?xì)浠衔镌谡婵罩型ㄟ^(guò)高溫蒸發(fā)分解沉積成碳結(jié)晶導(dǎo)電膜。碳膜電阻價(jià)格低廉，阻值范圍寬（10W～10MW），溫度系數(shù)為負(fù)值。常用額定功率為1/8W～10W，精度等級(jí)為±5％、±10％、±20％，在一般電子產(chǎn)品中大量使用。[四合成膜電位器常用合成膜電位器的性能指標(biāo)第三章設(shè)計(jì)總結(jié)拔河游戲控制電路主要運(yùn)用了數(shù)電中去抖電路、整形電路的知識(shí)以及數(shù)字集成電路74HC193和74HC138的外接和擴(kuò)展，并且使用了反饋置數(shù)的方法。在做本次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我感觸最深的就是查閱了大量的設(shè)計(jì)資料。為了使自己的設(shè)計(jì)更加完善，查閱這方面的設(shè)計(jì)資料是十分必要的。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我再一次了解了集成芯片74HC193﹑74HC138﹑74LS00和74LS08功能特性，并且和課本上所學(xué)的集成芯片作比較，是自己對(duì)這一塊的知識(shí)認(rèn)識(shí)的更為深刻。另外，通過(guò)畫(huà)Protel原理圖，學(xué)會(huì)了有關(guān)Protel的不少基礎(chǔ)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)，從實(shí)踐中得出結(jié)論，才能使自己真正理解所學(xué)的理論，能更正確地運(yùn)用理論于實(shí)踐中，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。雖然在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了各種各樣的問(wèn)題，但是在解決這些問(wèn)題的過(guò)程無(wú)疑也是對(duì)自己自身專業(yè)素質(zhì)的一種提高。遇到不懂的問(wèn)題時(shí)，利用網(wǎng)上和圖書(shū)館的資源，搜索查找得到需要的信息、和組員之間相互討論，明白了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。小組人員的配合﹑相處，以及自身的動(dòng)腦和努力，都是以后工作中需要的。此次設(shè)計(jì)不僅增強(qiáng)了自己在專業(yè)設(shè)計(jì)方面的信心，鼓舞了自己，更是一次興趣的培養(yǎng)。這次課程設(shè)計(jì)，由于自己理論知識(shí)的不足，再加上平時(shí)沒(méi)有什么設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)方面還是存在一定的缺陷，還望老師批評(píng)指正參考文獻(xiàn)1．何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，浙江大學(xué)出版社，2001年6月；2．姚福安，電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐，山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001年10月；3．王澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)實(shí)踐，東南大學(xué)出版社，1999年10月；4．李銀華，電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005年6月；5．康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，2003。附錄1元件清單元件名稱元件型號(hào)參數(shù)數(shù)量四2輸入與門(mén)74LS08極限值:電源電壓7V輸入電壓54/7408、54/74S0854/74LS087VA－B間電壓54/7408、54/74S輸出截止態(tài)電壓7V工作環(huán)境溫度54XXX-55~125℃74XXX0~70℃存儲(chǔ)溫度-65~150℃1四2輸入與非門(mén)74LS00極限值:電源電壓7V輸入電壓54/7400、54