数电课程设计基于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的乒乓球游戏机控制电路设计 院 (系）:专业班级：姓 名：学 号：指导教师：任务书设计题目:基于Multisim乒乓球游戏机的控制设计电路课题目的：该乒乓球游戏机电路主要由3块组成：球台驱动电路，控制电路和计分电路组成.其中球台电路主要实现游戏者击球完毕后球的左右移动显示位置功能;控制电路实现游戏者A和B击球,裁判对系统初始化的功能;计分电路具有当A或B击球有效时加分和当游戏者的分数累计超过10时报警通知裁判对系统初始化以便重新开始比赛计分功能。课题主要内容与要求：内容：本课题设计一个以8个二极管的依次被点亮代表球的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俩个球员的球拍； 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 要乒乓球游戏机通过十分巧妙地设计采用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报警灯功能.该设计三个双向开关J1,J2，J3分别作为裁判和游戏者A，B，且选手可以译码显示器上直接读出自己的得分，具有操作简单,结构清晰的优点。对与模电课题的研究离不开电路图，不过现在都在实行电子化，所以需要借助电子产品。Multisim软件就是一款画电路图的电子软件，在此对不太熟悉或未接触过Multisim软件的朋友简短的介绍下：Multisim是美国国家仪器（NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作.它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。同时具备可以根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器;所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上；所有硬件电路产生的结果都可以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主要有3块电路:台球驱动电路，控制电路和计分电路组成。其中台球驱动电路主要实现游戏者击球完毕后球的左右移动显示位置功能；控制电路实现游戏者A和B击球，裁判对系统初始化的功能；积分电路具有当A和B击球有效时加分和当游戏者的分数累计超过10分时报警通知裁判对系统进行初始化以便重新开始比赛积分的功能。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 6参考文献 第10页1绪论(1) 课题思路数字技术是当前发展最快的学科之一。随着集成电路工艺的发展，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、超大规模集成电路的发展过程。数字技术是一项与电子计算机相伴生的科学技术，由于在预算、存储等环节需要对计算机内信息进行处理。数字电子技术主要研究各种逻辑电路、集成器件的功能及其应用，逻辑电路组合和时序电路的分析和设计、集成芯片各脚功能.随着计算机科学与技术突飞地发展,用数字电路进行信号处理的优势也更加突进.为了充分发挥和利用数字电路处理上强大功能，我们可以先将模拟信号转化成等比例的数字信号，然后送到数字电路进行处理。(2)Multisim介绍对与模电课题的研究离不开电路图，不过现在都在实行电子化,所以需要借助电子产品。Multisim软件就是一款画电路图的电子软件，在此对不太熟悉或未接触过Multisim软件的朋友简短的介绍下:Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作.它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。同时具备可以根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器；所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上；所有硬件电路产生的结果都可以输回到计算机中进行处理和分析等特点。工程师们可以使用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仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。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俩个球员的球拍;2 一方发球后，球以固定的速度向另一方运动（发光二极管依次点亮），当球达到最后一个二级管的时，对方击球（按下按钮）球向相反方向运动，在其他时候击球视为犯规,给对方加一分；都犯规双方各加一份；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 根据要求，该电路必须设计3块短路完成球台驱动,控制和计分功能。当裁判按下启动按钮时,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的时钟信号，以8个二极管的依次点亮代表球的移动位置，双向选择开关J2，J3控制发球，击球信号.电路设计原理图如下图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1LED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通过两个4位上相移位寄存器74LS194接成一个8位的移位寄存器.具体接法为：将第一片的左移串行输入端SL接到第二片的Q0端,将第二片的右移串行输入端接到第一片的Q3端，然后将第一片的D0端和第二片的D3端制1，同时将剩余的其他几个输入端制0。其功能表如下表1:DS1 S0工作状态011110 00 11 01 1置零保持右移左移并行输入表1 移位寄存器功能表2功能说明：（1)当D =0，其他输入端均为任意值，寄存器输出Q0、Q1、Q2、Q3均为0.清除后，置D =1。此功能对应于裁判员对系统进行初始化.（2）当D =S1=S2=1时，送入任意的4位二进制数，当下一个上升沿到来时，将Q0、Q1、Q2、Q3置成相应的状态。（3)当D =1、S1=0、S0=1时，由右移输入端SR输入二进制码1000，通过时钟脉冲CP依次右移。此功能对应于乒乓球右移.（4）当D =1、S1=1、S0=0时，由右移输入端SR输入二进制码0001，通过时钟脉冲CP依次左移。此功能对应于乒乓球左移。根据设计原理，使用multisim绘制并通过仿真的电路图如下: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、两个与门7409、两个与非门7400构成，74LS74为上升沿触发的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，通过接入74LS194,此时实现的是并行输入功能。当J1=1时，L1=J2=1,J3=L8=0，通过各门电路将1D置为0，将两片74LS74的CLK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。通过此电路来控制并且实现球台灯的左右移位即实现乒乓球的运动.根据设计原理，使用multisim绘制并通过仿真的驱动控制电路电路图如下：图3 驱动控制电路电路图4计分电路设计计分电路以PlayerA 的计分电路为例进行说明.本电路主要由一片74LS160十进制计数器、一个7404非门、7409与门构成，得分真值表如下：十进制计数器、一个7404非门、7409与门构成，得分真值表如下：L1J2（A）L8J3PlayerAPlayerB110010001101同步十进制计数器74LS160的功能表如下:DEP ET工作状态0111101110 1 01 1置零预置数保持保持(但C=0）计数由计数器74LS160的功能表可知,当RD=LD=EP=ET=1时工作状态为计数,此时CLR=LOAD=ENT=ENP=1。选用ENP、ENT作为74LS160的计数控制端，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.根据设计原理，使用multisim绘制并通过仿真的计分电路图如下：图4 计分电路电路图5总体电路的设计根据上述三个模块电路，将它们按一定的次序进行组合并通过仿真，即可得到下面的总电路 图5 总电路电路图4结论总结 本电路的设计难点是咋样把裁判员的初始化信号和俩位选手的击球信号加到整个电路中去，来控制总格电路系统.球台控制电路的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的D触发器74LS74，俩个与门7490，俩个非门7400构成电路。将裁判的开关与74LS74芯片的CLR端相连,实现裁判对电路的可控性.当CLR信号有效时,实现对电路的清零;当CLR信号无效时即开关闭合时候，允许游戏者击球。5收获与得通过本次数电课程设计使我懂得数字电路的基本设计方法，对Multisim仿真软件有了初步的了解和认识。让我懂得如何使用Mulsitim软件对电路进行设计和仿真,如何运用里面提供的电路部件来设计和完成电路的功能，使我在以后的工作中会利用Mulsitim进行电路设计完成工程功能的实现。通过实验使我提高了逻辑思维能力，使我在逻辑电路的分析与设计上有很大额进步。加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。我认识到一个完整的电路是有不同功能的单元组成，每个单元都有各自的功能和电路实现，每个单元相互独立又相互关联，设计每一个单元必须考虑到其他单元的参数等。实践是加深理解知识原理的最好途径,通过查阅书籍资料,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进一步理解。让我还知道了在以后的学习中，要不断的将理论与实际相结合,在实践中脚踏实地，弥补自己的薄弱点，不要因为怕错而不敢去做,如果不做怎么就知道自己的一定的错,也许自己还会是对的，就算错了也只要做了才会知道自己错哪了，才有改正错误的机会，否则一切都是白话与空谈不存在价值.还有，本次设计中用到的元件，各有各的特点，我们要留意这些元件，以便在以后的设计中使用。最后，衷心地感谢所有帮助我们解决问题克服困难的老师同学。6参考文献:【1】阎石,数字电子技术基础第五版, 北京高等教育出版社：2006【2】君兰高仁景，数字电子技术基础与设计, 大连大连理工大学出版社：2004【3】吴友宇，模拟电子技术基础，清华大学出版社：2008【4】陈永莆，集成电路运用800例，电子工业出版社：2000【5】陆坤，张义中，电子设计技术，电子科技大学出版：19987