电子拔河游戏机经典设计全文.doc

上 海 电 力 学 院

课题名称 电子拔河游戏机
课题代码 211
院（系） 电气工程学院
专 业 电气工程及其自动化
班 级 023
学号及姓名 2921 詹志文
时 间 01月13号

指导老师署名：

教研室主任（系主任）署名：

目 录
一、设计目标及设计要求 ············3
二、整体概述··················
三、个人负责部分················
四、实物制作 ··················
五、设计心得和体会···············
六、致谢····················
七、参考文件··················

一 设计目标及设计要求
（一）、设计目标：
1、了解并掌握电子电路通常设计方法，含有初步独立设计能力。
2、经过查阅手册和文件资料，深入熟悉常见电子器件类型和特征，并掌握合理选择标准；深入掌握电子仪器正确使用方法。
3、学会使用EDA软件Multisim对电子电路进行仿真设计。
4、初步掌握一般电子电路安装、布线、调试等基础技能。
5、提升综合利用所学理论知识独立分析和处理问题能力，学会撰写课程设计总结汇报；培养严厉认真工作作风和严谨科学态度。
（二）、设计要求：
1、任务
设计并制作1个电子拔河游戏机。
2、基础要求
1）比赛开始，由裁判下达比赛命令后，甲乙双方才能输入信号，不然，因为电路含有自锁功效，使输入信号无效。
2）“电子绳”最少由9个LED管组成，裁判下达“开始比赛”命令后，在“电子绳”中点LED发亮。甲乙双方经过按键输入信号，使发亮LED管向自己一方移动，并阻止其向对方延伸。当从中点至自己一方终点LED管全部发亮时，表示比赛结束。这时，电路自锁，保持目前状态不变，除非由裁判使电路复位。
3）记分电路用两个七段数码管分别对双方得分进行累计，在每次比赛结束时电路自动加分。
3、设计方案
电子拔河游戏机原理框图1所表示:

图1 电子拔河游戏机原理框图
可采取可预置加／减计数器作关键器件，用计数器输出状态经过译码器控制LED发亮。当向计数器输入“加脉冲”，使其作加运算时发亮灯向甲方延伸，相反，当向计数器输入“减脉冲”时，发亮灯向相反方向移动。电路关键部分能够用移位寄存器组成。
当一局比赛结束，即发亮LED延伸到某方终点时，由点亮该终点灯信号使电路封锁加／减脉冲信号作用，即实现电路自锁，使加／减脉冲无效。同时，使计分电路自动加分。控制电路部分应能控制由振荡器产生脉冲信号进入计数器加／减脉冲输入端，其进入方向则由参赛双方输入按键信号决定。

二 整体概述
(一)任务分析：
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”。由甲乙二人经过按钮开关使发光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。
本课题小组所设计拔河游戏机采取“七局四胜制”,由9个电平指示灯排成一行，刚开始时只有中间一个电平指示灯亮，并以此为标准，作为双方拔河中心参考。当裁判下令开始后，双方各持一个按键，快速、连续地按动按键产生脉冲。哪一方按快，亮点就向该方移动。每按动一次按键，亮点就移动一次，直至移动到任意一方终端指示灯点亮，这一方就获胜。此时双方按键均无作用，输出保持不变，只有经裁判复位后，亮点才恢复到中心线位置。某方赢一次，由计分电路自动给该方加分一次，经过数次比赛定胜败。
（二）各部分原理及元器件管脚介绍：
1、74HC00引脚图

2、74HC08引脚图

3、74LS192引脚图

输入
输出
CLR

CPU
CPD
D
C
B
A
QD
QC
QB
QA
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
1
×
×
d
c
b
a
d
c
b
a
0
0
↑
1
×
×
×
×
加计数
0
0
1
↑
×
×
×
×
减计数
4、74HC138引脚图

输入
输出
G1

C
B
A

0
×
×
×
×
×
1
1
1
1
1
1
1
1
×
1
×
×
×
×
1
1
1
1
1
1
1
1
×
×
1
×
×
×
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1

1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
5、74LS48七段数码管译码器驱动器引脚图和七段数码管

6、74HC161引脚图

输入
输出

ENT
ENP

D
C
B
A
Q3
Q2
Q1
Q0
0
×
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
1
0
×
×
↓
d
c
b
a
d
c
b
a
1
1
0
×
×
×
×
×
×
保持
1
1
×
0
×
×
×
×
×
保持
1
1
1
1
↓
×
×
×
×
计数
三 个人负责部分

（一）整形电路部分：（关键由詹志文负责并撰写）
1、 目标：给试验输入信号，模拟现实中甲乙输入。
2、 要求：因为74LS192在实现加减计数过程中，一方给脉冲时候，另一方需保持在高电平位置。为了使每个脉冲全部有效，输入脉冲需要有较大占空比。
3、原理说明：
由和门74HC08和和非门74HC00组成。因74LS192是可逆计数器，控制加减CP脉冲分别加至5脚和4脚，此时当电路要求进行加法计数时，减法输入端CPD必需接高电平；进行减法计数时，加法输入端CPU也必需接高电平，若直接由开关K键产生脉冲加到5脚或4脚，就有很多时机在进行计数输入时另一计数输入端为低电平，使计数器不能计数，双方按键均失去作用，拔河比赛不能正常进行。加一整形电路，使开关K二键出来脉冲经整形后变为一个占空比很大脉冲，这就降低了进行某一计数时另一计数输入为低电平可能性，从而使每按一次键全部有可能进行有效计数。
整形电路原理其实就是用到是竞争冒险。产生原因：因为延迟时间存在，当一个输入信号经过多条路径传送后又重新会合到某个门上，因为不一样路径上门级数不一样，或门电路延迟时间差异，造成抵达会合点时间有先有后，从而产生瞬间错误输出。
4、整形电路图：

开关不动时整形电路给74LS192加法输入端CPU 和减法输入端CPD全部是高电平，当拨动开关后因为“竞争冒险”，74LS192一个输入端会产生一个脉冲，而另一个满足是高电平，从而74LS192实现一次加或减计数。
5、仿真电路及波形产生
（1）电路仿真：

（2）波形产生：
（三）译码电路部分：（关键由陈成负责并撰写）
1、目标：
接收上家可逆计数器输出信号，经本身功效使发光二极管工作。
2、 要求：
当上家可逆计数器为加法计数时，使发光二极管从中间向左移动；
当上家可逆计数器为减法计数时，使发光二极管从中间向右移动。
3、原理说明：
由两个3—8线译码器组成一个4—16线译码器，本组采取两个74HC138芯片连接。因为74HC138有三个使能端，它必需在一个使能端高电平有效，两个使能端低电平有效情况下才能处于工作状态。所以，本部分将其中右边74HC138芯片高电平有效使能端接上家可逆计数器D端，两个低电平有效使能端接地，当D端输出为“1”时，右边芯片工作；将左边芯片高电平有效使能端接电源，两个低电平有效使能端接上家可逆计数器D端，当D端输出为“0”时，左边芯片工作。在两片芯片输出端中选出9个接发光二极管，发光二极管正端接电阻接电源，而负端接译码器输出。因为74HC138芯片输出是低电平有效。所以，当输出为低电平时发光二极管指示灯点亮。
比赛开始时，上家可逆计数器输入为“0000”，分别给予给两个74HC138芯片。此时，左边74HC138芯片工作，输出为0，只有中心处发光二极管灯亮，当上家可逆计数器进行加法计数时，发光二极管从中心处依次向左亮灯，当左边最终一个发光二极管亮时，因为74HC138输出端是低电平有效，所以经过控制电路作用，给予上家可逆计数器低电平有效异步预制端口一个“0”信号，从而达成使上家可逆计数器开启自锁功效，不能继续计数；和此同时，它也经过控制电路作用，给予给下家74HC161一个高电平脉冲，从而使胜败显示电路自动加分；当上家可逆计数器进行减法计数时，发光二极管从中心处依次向右亮灯，当右边最终一个发光二极管亮时，使上家可逆计数器自锁，使下家电路自动加分。
4、译码电路图：

5、仿真电路图：

（四）计分显示电路部分：（关键由李宁负责并撰写）
1、 单元电路功效：
（1）、将上级LED管传输过来信号经过同时加法计数器实现加法计数；
（2）、将加法计数器输出信号经过74LS48七段数码管译码器驱动器将四位二进制码转换为七段译码abcdefg;
（3）、七段数码管显示由驱动器传输七段信号，实现数码计数功效。
（4）、左右两边分别代表甲乙两方，只要甲乙中有一方终端LED管亮，数码管就会自动加1，表示胜利一方加一分。
2、 原理说明：
（1）、由74HC161功效表知，当清零端CR=“0”，计数器输出QD、QC、QB、QA立即为全“0”，这个时候为异步复位功效。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74HC161输出端QD、QC、QB、QA状态分别和并行数据输入端D，C，B，A状态一样，为同时置数功效。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。
当CR=LD=EP=ET=“1”，161计数器时钟脉冲输入接收来自电子绳终端LED管信号，经过非门产生一个上升沿信号，计数器加1。两个161计数器分别接收甲乙两方终端LED管信号，哪一方先移到终端，该方就获胜，计数器加“1”。161输出端QD、QC、QB、QA又将输出信号传输至74LS48输入端A3、A2、A1、A0。
（2）、74LS48七段数码管译码器驱动器和七段数码管

功效表

由功效表知，灯测试输入低电平有效。当=0时，不管其它输入端是什么状态，全部输出a～g均为1，显示字形8。动态灭零输入低电平有效。当=1，，且输入代码时，输出a～g均为低电平，即和0000码对应字形0不显示，故称“灭零”。利用=1和=0，能够实现某一位数码“消隐”。灭灯输入、动态灭零输出是特殊控制端，既可作输入，又可作输出。看成输入使用，且=0时，不管其它输入端是什么电平，全部输出a～g均为0，字形熄灭。作为输出使用时，受和控制，只有当,且输入代码时，=0，其它情况下=1。
74LS48七段数码管译码器驱动器接收来自161计数器信号，将四位二进制码转换成七段译码a—g，七段数码管译码器驱动器abcdefg和七段译码abcdefg对应相连，实现数码管数字显示。比如，当161输出信号时，七段数码管译码器驱动器输出信号只有bc为高电平，所以显示1。
3、计分显示电路图：

4、仿真电路图：

当ENP=ENT==1时，161计数器实现计数功效，当开关C置于接地端时，清零端=0，两个161计数器实现同时清零，不管开关A、B怎样拨动，七段数码管一直为0；当开关C置于高电位5V时，电路实现计数功效，开关A每上下拨动一次，左边数码管数字将会加1，开关B作用也是如此，右边数码管将会伴随开关B作用而加数。

四 总仿真图及说明：
1、将开关C置高电平， D置低电平，即经过74LS192清零端CR和74HC161清零端CR使中心发光二极管发光和胜败显示器为0。

2、将开关C置低电平， D置高电平， ，即使74LS192清零端CR为低电平和74HC161清零端CR为高电平，使74LS1932和74HC162进入工作状态，此时甲乙双方分别快速按动键A、B，使74LS192计数器进行加减运算，能够看到发光二极管左右移动，下图为左方获胜情形，左右双方得分为3:1。

四 实物制作

下图为我们小组实物完成统计

五、设计心得和体会
　　和小组组员们经过一周齐心协力、精诚合作，最终成功完成了此次电子技术课程设计。这次课程设计是大学以来令我最难忘，也是感慨最深。
我从这次课程设计真得到了很多收获。首先是设计工作，一个好作品首要前提是这个作品设计正确，原理清楚明了。第一天，在老师指导下，和伙伴们一同讨论了“电子拔河游戏机”设计，这过程中，切实感受到本学期“数字电子技术”和试验没有白学了。过去有时总会迷惑我们所学这些东西有什么用，这次课程设计是把所学理论知识用到了实际中，而且要求我能把所学内容联络结合起来，能把多种芯片功效结合起来做出一个想要产品。而且仅靠书本上知识是不够，要求我们上网查询部分资料，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文件资料，和组织材料综合能力。从设计工作中了解并掌握电子电路通常设计方法，含有初步独立设计能力。
在第二天早晨一起初步定下来设计方案后，就立马进行了分工，把我们总设计分成了四个模块，下午小组每人分别负责一个模块进行仿真。小组组员分别完成各自仿真后，又进行了各自讨论讲解，把各自仿真部分讲解给了其它组员，待其它组员全部完全明白后，把各自负责模块进行了整合，连接出一个完整电子仿真，而且运行、改善，最终确定无误，旁晚答疑时间给指导老师做了演示，经老师确定能够按仿真设计。从这部分工作中学会使用EDA软件Multisim对电子电路进行仿真设计。
设计和仿真工作全部进行地比较顺利，接下来在面包板上实际制作拔河游戏机是最有意思，也是碰到困难最多。芯片排版也很关键，因为这直接影响到接下来接线是否方便和外观是否美观。接线是一细活，每一根线全部得小心而且连接正确，只要有一根线接错了就会影响整个电路，使得不能正常工作。所以这部分合作尤为关键，得一起合作观察接线者是否接错线路，组员需要帮忙裁剪导线等等。从整形电路到电子绳部分就调试了整整两天，尤其是整形部分接线需要和非门比较多，前前后后重连了不下五次。调试三天里面大家全部几近废寝忘食，一份耕耘，一份收获，在成功那刻，我们抑制不住内心喜悦欢呼了起来。
经过设计拔河游戏机电路，让我对数字电子技术这门课有了更深刻了解，对电子器件认识也不再停留在字面上，实现了从理论到实践飞跃。我了解到理论和实践是分不开，只有理论不行，当你面对一堆元气件时，你会茫然不知所措；可只懂实践也不行，当她人问你为何会这么，怎么样才算正确，你假如说凭感觉是不足以服人。学习目标就是去应用，只有实践才能将书本知识转化为实用技能。总来说，这次课程设计让我提升综合利用所学理论知识独立分析和处理问题能力，也发觉了自己还有很多不足之处。在以后学习中，我会愈加重视将理论学习和实践结合起来。

六、致谢
此次课程设计，要尤其感谢我指导老师---张健伟老师。她严厉科学态度，严谨治学精神，精益求精工作作风，深深地感染和激励着我。从课题仿真到项目标最终完成，张老师全部一直给我细心指导和不懈支持。
另外，我还要感谢在一起完成此次课题组员陈成、崔灿、李宁，正是大家共同努力，才能克服一个一个困难和迷惑，直至此次课程设计完成。

七、 参考文件

1．数字电子技术试验指导书 周红军版 中国水利水电出版社
2．电子技术基础（数字部分） 康华光版 高等教育出版社
3．数字电子技术 任中民版 清华大学出版社
4．