拔河游戏机设计方案报告.doc

数字逻辑综合性试验设计汇报 课程名称 数字逻辑试验 题目名称 电子拔河游戏机 班 级 0615 学 号 061518 学生姓名 孙晓行 同组班级 0615 同组学号 061517 同组姓名 孙静 指导老师 武俊鹏、孟昭林、刘书勇、赵国冬 06 月 摘 要电子拔河游戏机是一个能容纳甲乙双方参赛或甲乙双方加裁判三人游戏电路。由一排LED发光二极管表示拔河“电子绳”。游戏双方各拥有一个比赛时使用单脉冲按钮,参与者按动一次按钮就产生一个脉冲,谁按频率快产生脉冲就多,由发光LED灯左右偏移模拟拔河过程，LED灯偏移方向和位移由比赛双方所给出脉冲数实时决定，该功效需要用计数电路经过加减计数来实现。当移动到某方最终一个LED灯时，则该方获胜，连续比赛多局以定胜败。此次设计电路，关键分为四部分：控制电路部分；计数电路部分；电子绳电路部分；计分器电路部分。其中控制电路部分关键由2个JK触发器和一个锁存器组成；计数电路关键由2个74LS192组成；电子绳电路由3个74LS138译码器，17个74LS04和17盏灯组成；计分器电路由两个74LS161计数器组成。关键词：“拔河”；开关；脉冲；LED灯；左右偏移；计分电路 目 录1 需求分析- 3 -1.1 基础功效要求- 3 -1.2 创新拓展功效- 3 -1.3 设计原理- 4 -2 系统设计- 5 -2.1 系统逻辑结构设计- 5 -2.2 系统物理结构设计- 9-3 系统实现- 14 -3.1 系统实现过程- 14 -3.2 系统测试- 14 -3.3 系统最终电路图- 15 -3.4 系统团体分工- 15 -4 总结- 17 -5 参考文件- 18 -1 需求分析1.1 基础功效要求电子拔河游戏机是一个能容纳甲乙双方参赛或甲乙双方加裁判三人游戏电路。由一排LED发光二极管表示拔河“电子绳”。由甲，乙二人经过扳动开关使发光LED管向自己一方终点移动，当亮点移到任何一方终点时，则该方获胜，连续比赛多局以定胜败。首先由裁判进行分数清零，清除上次比赛比分。然后裁判经过搬动开关下达比赛开始命令，甲、乙二人经过扳动开关使发光LED管向自己一方终点移动，并阻止其向对方延伸。假如当点亮LED管抵达某一方终点，则该方获胜。而且此时能经过自锁功效锁定电路，使甲、乙对开关操作不输出脉冲信号，不对比分及发光LED灯产生影响。只有当裁判经过闭合开关打开开关，再次发出“比赛开始”命令时，才能开始下一局比赛。某方终端LED灯发光即为获胜，记分电路会自动给该方加分一次，本游戏经过数次比赛确定胜败。1.2 创新拓展功效拔河游戏是模拟实际拔河过程，其和实际拔河有所不一样，能够考虑经过倍频电路来实现单脉冲信号“加速”，经过“秘技”形式来“保赢”，而且“加速”过程可控（可取消）。另外，还可对双方拔河队员操控闲置时间进行控制，超出一定时间，报警并使游戏锁定或复位。因为未找到其它组一起合作，此两种拓展对我们较有难度。故只是增加了LED灯个数，由9个增加到了17个。应用了四位二进制可加减计数器74LS193和译码器74LS138级联，加大了试验设计和连线难度。1.3 设计原理图所表示，为此次设计基础原理图，拔河由甲乙两人控制。经过数字逻辑试验箱上“0”“1”高低电平输入来决定最终输赢；经过信号输入电路将甲乙两人输入传到电路中；经过控制电路控制时钟信号输入。当输入有效输入信号时，计数器开始工作，开始计数。当甲输入有效信号时计数器加计数，当乙输入有效信号时计数器减计数。译码器关键是将计数器输出进行译码，实现每个输出端代表一个不一样输入信号。计分电路用于统计并显示甲、乙双方比赛得分成绩。2 系统设计2.1 系统逻辑结构设计1. 控制电路设计：控制电路关键由2个JK触发器和一个锁存器组成。因为四输入和非门74LS10D两个输入为1，另一输入连接频率较高时钟信号，则初始状态经过JK触发器R端复位，输出Q=0，则JK均为1，扳动A，JK触发器“翻转”，输出Q=1，则JK=0，触发器“保持”而因为时钟信号发生器频率远高于甲乙按开关频率，经过JK触发器R端复位，会立即出现Q=0，则实现了拨动开关能够一直产生脉冲。当最左端或最右端LED灯亮时，四输入和非门有一0输入，则输出为1，当JK全部为0时，触发器“保持”扳动开关A或B对输出无影响，一局游戏结束。2. 计数电路设计：计数电路关键由2个74LS192组成。74LS192是10进制计数器，而17个灯泡需要17个状态，故需要2个74LS192级联，分别为00001-00010-00011-00100-00101-00110-00111-01000-01001-10000-10001-10010-10011-10100-10101-10110-10111。开始时裁判关闭R，预置端LD为0，预置1001（9），则经过译码器输出，使最中间9灯亮，打开R，当减计数端输入1，加计数端上升沿时计数器进行加计数，加计数端输入1，减计数端上升沿时计数器进行减计数。3电子绳电路设计：电子绳电路由3个74LS138译码器，17个74LS04和17盏灯组成。灯位1-9对应5位二进制数1-9，灯位10-17对应5位二进制数16-23，译码器输出端先经过一个非门，再和LED灯连接。当进行加计数时,发光LED灯向右方终点移动；进行减计数时，发光LED灯向左方终点移动。4. 计分器电路设计：因为左右对称，所以在此只展示右端： 输 入输 出CTrCTpCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30000010d0d1d2d3d0d1d2d31111计 数110保 持110保 持注：QCC= CTrQ0Q1Q2Q3 计分器电路由两个74LS161计数器组成，左边四位二进制计数器74LS161CP端和第一个非门输入端相连，右边74LS161CP端和最终一个非门输入端相连。从功效表第三行知，当开关打开时，CTrCTp1时，则对计数脉冲CP实现同时十进制加计数；而从功效表第四行又知， CTr和CTp为计数控制端，当它们同时为1时，计数器实施正常同时计数功效；从功效表第一行知，当0（输入低电平），则不管CP端状态怎样，四个数据输出端QA、QB、QC、QD全部清零。则实现开关控制比分清零功效。2.2 系统物理结构设计A所需器材 数字逻辑试验箱 一台 芯片74LS112 一个 芯片74LS00 一个 芯片74LS138 三个 芯片74LS04 四个 芯片74LS10 一个 芯片74LS192 两个 芯片74LS161 两个B芯片功效介绍1. 74LS112在74112中集成了两个边缘JK触发器，1开头标号端是第一个JK触发器相关引脚，2开头标号端是第二块JK触发器相关引脚。74112是下降沿触发边缘触发器，也就是CP下降沿时刻J，K决定触发器输出状态改变。74LS112功效表：2 74LS1614位二进制同时计数器74LS161能同时并行预置数据，含有清零置数，计数和保持功效，含有进位输出端，能够串接计数器使用。74LS161功效表：输 入输 出CTrCTpCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30000010d0d1d2d3d0d1d2d31111计 数110保 持110保 持注：QCC= CTrQ0Q1Q2Q3 3 74LS192双时钟方法十进制可逆计数器74LS192功效表：4 74LS13874LS138功效表：5 74LS1074ls10是常见三3输入和非门电路3 系统实现3.1 系统实现过程首先裁判经过闭累计分器电路开关实现上一场比赛清零操作，打开开关。以后闭合R，预置1001（9），使最中间LED灯发光，打开开关。准备工作完成。开始比赛，甲、乙经过扳动电平开关，输出脉冲信号。其中甲使计数器进行加计数，发光LED灯向右移动；乙使计数器进行减计数，发光LED灯向左移动。当有一方LED灯移动到终端，即1灯或17灯亮时，对应计分屏得分加1。一局比赛结束，甲、乙再次扳动电平开关，则无现象。3.2 系统测试测试方案：为了能够正确看出试验现象，将忽略其中一方比赛实力，具体过程以下：将两方比分置零经过R让中间灯亮，即裁判宣告比赛开始只让一方拨动开关，另一方不参与比赛观察灯亮情况和比分情况测试数据：发觉灯逐次向那方最终一个灯移动，当一局比赛结束后，那方分数加一。测试结果分析：经过这个测试方案，能够显著看出当一方速率较快时电子绳电路中第9个灯便向那一方移动。3.3 系统最终电路图3.4系统团体分工孙静：电路总体布局计划；资料搜集；计数电路设计；电路连接；电路检测；PPT制作和演示。孙晓行：控制电路设计；计分器电路设计； multisim电路模拟；电路连接；电路修正；电路演示和讲解。实物连线图：4 总结试验已靠近尾声。在长达8节课程数字逻辑试验课程上，我收获很多，知识上，实践上，这些全部将成为我在数字电路上垫脚石，引领我不停向前。在此我想总结下试验历程，和从中得到收获。开始在电路思绪上比较迷茫，不清楚怎样实现具体拔河过程。尤其是在拔河游戏机控制电路设计上，根本毫无头绪。以后经过我们讨论和大量查阅相关书籍资料，知道了拔河游戏机控制电路关键是信号在传输路径上延时，而且利用这个延时产生上升沿来得到计数信号。另外在计数电路上，我们对芯片选择比较头疼，假如使用四位二进制可加减计数器74LS193，就能够实现16进制加减计数，但我们选择是做有17个LED灯拔河游戏机电路，而四位二进制可加减计数器74LS193不能输出17个信号。所以我们决定改用2片BCD同时可逆双时钟计数器74LS192级联。不过级联电路我们全部不太清楚怎样实现，只能经过网络查询初步了解相关知识，并将其应用在计数电路。然后在译码器电路上，我们发觉必需采取3片74LS138级联，才能实现17个灯电路译码。而书本上只给出了两个74LS138级联（69页），所以又必需去了解3个芯片级联，这些全部令我们很困扰。而在显示电路上，我们发觉只需使用4位二进制同时计数器74LS161即可完成计数，这相对比较简单。除此之外，因为我进行模拟电路测试，在软件选择上也绕了很多弯路。我最开始选择是EWB5.0。因为这个软件页面简练，图标简单易懂，而且之前电子技术试验使用过，所以认为用很有感觉。然而，模拟电路并不成功，只好重新设计，换用芯片。可EWB5.0芯片很不齐全，只好放弃软件。随即又选择过多个软件，全部或多或少存在使用上问题。最终经过同学推荐，才踏破铁鞋无觅处，得来全不费工夫，下载了。正是这个软件，有着超级齐全芯片系统。即使英语版对我略有困难，但经过上网查阅软件使用说明，试验中我已经能够熟练地使用MULTISIM软件，这让我感到很欣慰。这次试验课程不仅让我增加了数字逻辑方面知识，也极大地锻炼了我动手能力。更让我深深感受到了实践魅力。经过动手设计电路，模拟电路，连接电路，我收获是成功自信和愉快，体验到是团体合作强大和给力。在此，深深地感谢队友孙静同学和帮助过我们亲爱老师和同学，谢谢大家！6 参考文件1 蒋立平，数字逻辑电路和系统设计第2版，电子工业出版社 2 师亚莉, 陈东编，数字逻辑课程设计实训教程，人民邮电出版社 3 王晓华, 徐健，数字逻辑和数字电子技术，清华大学出版社 4 江国强，新编数字逻辑电路.第2版，北京邮电大学出版社 5 武庆生, 詹瑾瑜, 唐明，数字逻辑.第2版，机械工业出版社 6 王怀兴, 黄晓明，基础电子技术试验教程，机械工业出版社 7 江国强，现代数字逻辑电路，电子工业出版社 8 黄健文, 章鸣嬛，现代数字电路基础，机械工业出版社 9 张虹，新编数字电路和数字逻辑，电子工业出版社