数电优秀课程设计基于Multisim的乒乓球游戏机控制电路设计.doc

课程设计（论文）

课程名称：数字电子技术基础
题 目：基于Multisim乒乓球游戏机控制电路设计
院 （系）：
专业班级：
姓 名：
学 号：
指导老师：

任务书

设计题目：基于Multisim乒乓球游戏机控制设计电路
课题目标：
该乒乓球游戏机电路关键由3块组成：球台驱动电路，控制电路和计分电路组成。其中球台电路关键实现游戏者击球完成后球左右移动显示位置功效；控制电路实现游戏者A和B击球，裁判对系统初始化功效；计分电路含有当A或B击球有效时加分和当游戏者分数累计超出10时报警通知裁判对系统初始化方便重新开始比赛计分功效。
课题关键内容和要求：
内容：本课题设计一个以8个二极管依次被点亮代表球移动位置双向选择开关J2，J3控制发球，击球信号，在Multisim软件上测试结果。
要求：1、熟悉Multisim软件
2、用8个发光二极管表示球，用俩个按钮分别表示AB俩个球员球拍；
3、A,B各有一个数码管计分。
4、裁判有一个按钮，用来对系统初始化，每次得分后按下一次。

摘 要

乒乓球游戏机经过十分巧妙地设计采取数字芯片实现乒乓球左右移动，选手击球得分，累计得分超10报警灯功效。该设计三个双向开关J1，J2，J3分别作为裁判和游戏者A,B，且选手能够译码显示器上直接读出自己得分，含有操作简单，结构清楚优点。
对和模电课题研究离不开电路图，不过现在全部在实施电子化，所以需要借助电子产品。Multisim软件就是一款画电路图电子软件，在此对不太熟悉或未接触过Multisim软件好友简短介绍下：
Multisim是美国国家仪器（NI）推出以Windows为基础仿真工具，适适用于板级模拟/数字电路板设计工作。它包含了电路原理图图形输入、电路硬件描述语言输入方法，含有丰富仿真分析能力。同时含有能够依据自己需求制造出真正属于自己仪器；全部虚拟信号全部能够经过计算机输出到实际硬件电路上；全部硬件电路产生结果全部能够输回到计算机中进行处理和分析等特点。该乒乓球游戏机电路关键有3块电路：台球驱动电路，控制电路和计分电路组成。其中台球驱动电路关键实现游戏者击球完成后球左右移动显示位置功效；控制电路实现游戏者A和B击球，裁判对系统初始化功效；积分电路含有当A和B击球有效时加分和当游戏者分数累计超出10分时报警通知裁判对系统进行初始化方便重新开始比赛积分功效。
关键词：游戏机 控制电路 系统初始化

目 录

1绪论…………………………………………………………第1页
2设计任务……………………………………………………第2页
3设计电路……………………………………………………第2页
4结论总结……………………………………………………第7页
5收获心得……………………………………………………第9页
6参考文件………………………………………………… 第10页

1绪论
(1) 课题思绪
数字技术是目前发展最快学科之一。伴随集成电路工艺发展，数字集成器件已经从小规模集成电路、中规模集成电路到大规模集成电路、超大规模集成电路发展过程。数字技术是一项和电子计算机相伴生科学技术，因为在预算、存放等步骤需要对计算机内信息进行处理。数字电子技术关键研究多种逻辑电路、集成器件功效及其应用，逻辑电路组合和时序电路分析和设计、集成芯片各脚功效。伴随计算机科学和技术突飞地发展，用数字电路进行信号处理优势也愈加突进。为了充足发挥和利用数字电路处理上强大功效，我们能够先将模拟信号转化成等百分比数字信号，然后送到数字电路进行处理。
(2)Multisim介绍
对和模电课题研究离不开电路图，不过现在全部在实施电子化，所以需要借助电子产品。Multisim软件就是一款画电路图电子软件，在此对不太熟悉或未接触过Multisim软件好友简短介绍下：
Multisim是美国国家仪器（NI）推出以Windows为基础仿真工具，适适用于板级模拟/数字电路板设计工作。它包含了电路原理图图形输入、电路硬件描述语言输入方法，含有丰富仿真分析能力。同时含有能够依据自己需求制造出真正属于自己仪器；全部虚拟信号全部能够经过计算机输出到实际硬件电路上；全部硬件电路产生结果全部能够输回到计算机中进行处理和分析等特点。
工程师们能够使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真复杂内容，这么工程师无需知道深入SPICE技术就能够很快地进行捕捉、仿真和分析新设计，这也使其更适合电子学教育。经过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者能够完成从理论到原理图捕捉和仿真再到原型设计和测试这么一个完整综合设计步骤。

2设计任务
1用8个发光二极管表示求，用俩个按钮分别表示AB俩个球员球拍；
2 一方发球后，球以固定速度向另一方运动（发光二极管依次点亮），当球达成最终一个二级管时，对方击球（按下按钮）球向相反方向运动，在其它时候击球视为犯规，给对方加一分；全部犯规双方各加一份；
3 A,B各有一个数码管计分；
裁判有一个按钮，用来对系统初始化，每次得分后按下
。
3设计电路
依据要求，该电路必需设计3块短路完成球台驱动，控制和计分功效。当裁判按下开启按钮时，游戏机电路开始运作。系统以CP信号作为球台驱动电路和计数器积分时钟信号，以8个二极管依次点亮代表球移动位置，双向选择开关J2，J3控制发球，击球信号。电路设计原理图以下图1：

球台电路 计分电路

时钟信号源
按键电路
发光二极管
球台驱动电路
控制电路
LED数码管1
显示译码器1
计数器1
LED数码管2
显示译码器2
计数器2

图1 电路设计原理图
1求台电路设计
球台电路经过两个4位上相移位寄存器74LS194接成一个8位移位寄存器。具体接法为：将第一片左移串行输入端SL接到第二片Q0端，将第二片右移串行输入端接到第一片Q3端，然后将第一片D0端和第二片D3端制1，同时将剩下其它多个输入端制0。其功效表以下表1：
D
S1 S0
工作状态

0
1
1
1
1
× ×
0 0
0 1
1 0
1 1
置零
保持
右移
左移
并行输入
表1 移位寄存器功效表
2功效说明：
（1）当D =0，其它输入端均为任意值，寄存器输出Q0、Q1、Q2、Q3均为0。清除后，置D =1。此功效对应于裁判员对系统进行初始化。
（2）当D =S1=S2=1时，送入任意4位二进制数，当下一个上升沿到来时，将Q0、Q1、Q2、Q3置成对应状态。
（3）当D =1、S1=0、S0=1时，由右移输入端SR输入二进制码1000，经过时钟脉冲CP依次右移。此功效对应于乒乓球右移。
（4）当D =1、S1=1、S0=0时，由右移输入端SR输入二进制码0001，经过时钟脉冲CP依次左移。此功效对应于乒乓球左移。
依据设计原理，使用multisim绘制并经过仿真电路图以下：

图2球台电路电路图

3驱动控制电路设计
该电路块由两片74LS74、两个和门7409、两个和非门7400组成，74LS74为上升沿触发D触发器， ~PR为置1端（低电平有效），~CLR为置0端（低电平有效）。当J1=0时，两片D触发器输出端均为1即S1=S0=1，经过接入74LS194，此时实现是并行输入功效。当J1=1时，L1=J2=1，J3=L8=0,经过各门电路将1D置为0，将两片74LS74CLK信号置为1，则D触发器输出端Q1、Q2分别为0，1即S1=0,S0=1。相反情况时，当J1=1时，L1=J2=0，J3=L8=1，D触发器输出端分别为1，0即S1=1,S0=0。经过此电路来控制而且实现球台灯左右移位即实现乒乓球运动。
依据设计原理，使用multisim绘制并经过仿真驱动控制电路电路图以下：

图3 驱动控制电路电路图

4计分电路设计
计分电路以PlayerA 计分电路为例进行说明。本电路关键由一片74LS160十进制计数器、一个7404非门、7409和门组成，得分真值表以下：
十进制计数器、一个7404非门、7409和门组成，得分真值表以下：

L1
J2(A)
L8
J3
PlayerA
PlayerB
1
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
同时十进制计数器74LS160功效表以下：

D

EP ET
工作状态
×

×
×

0
1
1
1
1
×
0
1
1
1
× ×
× ×
0 1
× 0
1 1
置零
预置数
保持
保持（但C=0）
计数
由计数器74LS160功效表可知，当~RD=~LD=EP=ET=1时工作状态为计数，此时~CLR=~LOAD=ENT=ENP=1。选择ENP、ENT作为74LS160计数控制端，当ENT=ENP=1时计数，当ENT=ENP=0时计分电路处于保持状态。RCO为进位输出端，即当选手计满9分时给出报警信号。
依据设计原理，使用multisim绘制并经过仿真计分电路图以下：

图4 计分电路电路图

5总体电路设计
依据上述三个模块电路，将它们按一定次序进行组合并经过仿真，即可得到下面总电路

图5 总电路电路图

4结论总结
本电路设计难点是咋样把裁判员初始化信号和俩位选手击球信号加到整个电路中去，来控制总格电路系统。球台控制电路仿真无法用逻辑分析，经过我们小组反复讨论和分析，我们使用了俩片上升沿触发D触发器74LS74，俩个和门7490，俩个非门7400组成电路。将裁判开关和74LS74芯片CLR端相连，实现裁判对电路可控性。当CLR信号有效时，实现对电路清零；当CLR信号无效时即开关闭合时候，许可游戏者击球。
5收获和得
经过此次数电课程设计使我知道数字电路基础设计方法，对Multisim仿真软件有了初步了解和认识。让我知道怎样使用Mulsitim软件对电路进行设计和仿真，怎样利用里面提供电路部件来设计和完成电路功效，使我在以后工作中会利用Mulsitim进行电路设计完成工程功效实现。
经过试验使我提升了逻辑思维能力，使我在逻辑电路分析和设计上有很大额进步。加深了我们对组合逻辑电路和时序逻辑电路认识，深入促进了对部分常见逻辑器件了解。
我认识到一个完整电路是有不一样功效单元组成，每个单元全部有各自功效和电路实现，每个单元相互独立又相互关联，设计每一个单元必需考虑到其它单元参数等。实践是加深了解知识原理最好路径，经过查阅书籍资料，设计电路，计算电路参数，动手画电路图等过程是我对电路知识有了深入了解。让我还知道了在以后学习中，要不停将理论和实际相结合，在实践中脚扎实地，填补自己微弱点，不要因为怕错而不敢去做，假如不做怎么就知道自己一定错，可能自己还会是正确，就算错了也只要做了才会知道自己错哪了，才有更正错误机会，不然一切全部是白话和空谈不存在价值。 还有，此次设计中用到元件，各有各特点，我们要留心这些元件，方便在以后设计中使用。 
最终，衷心地感谢全部帮助我们处理问题克服困难老师同学。

6参考文件：
【1】阎石，《数字电子技术基础第五版》， 北京高等教育出版社：
【2】君兰高仁景，《数字电子技术基础和设计》， 大连大连理工大学出版社： 
【3】吴友宇，《模拟电子技术基础》，清华大学出版社：
【4】陈永莆，《集成电路利用800例》，电子工业出版社：
【5】陆坤，张义中，《电子设计技术》，电子科技大学出版：1998