数字电子技术课程设计-电子拔河游戏机.doc

课程设计说明书课程名称： 数字电子技术 题 目： 电子拔河游戏机 学生姓名： 班 级： 日 期： 2008 年 6 月12 目 录一设计任务分析 1二总体设计方案 121 设计思路 122 电路设计原理 1 方案一 2 方案二 4三两方案的对比 4四电路主要部分的仿真 5五各逻辑门的引脚图 6六总结 7一、设计任务分析：数字电子技术课程设计是数字电子技术基础课程的实践性教学环节，通过该教学环节，可以使学生进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力；可以使学生基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力；让学生熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。设计主要内容及要求 ：1、设计一个模拟拔河游戏比赛的逻辑电路。2、电路使用15个发光二极管，开机后只有在拔河绳子中间的发光二极管亮。3、比赛双方各持一个按钮，快速不断地按动按钮，产生脉冲，谁按得快，发光的二极管就向谁的方向移动，每按一次，发光二极管移动一位。4、亮的发光二极管移到任一方的终点时，该方就获胜，此后双方的按钮都应无作用，状态保持，只有当栽判按动复位后，在拔河绳子中间的发光二极管重新亮。5、用七段数码管显示双方的获胜盘数。二、总体设计方案：21、设计思路 1该设计的主要任务是控制“电子绳”发亮的led管由中点向速度快的一方移动，而阻止向另一方移动。用可预制的加/减计数器作主要器件，用计数器的输出状态通过译码器控制led发亮。当向计数器输入“加脉冲”时，使其作加运算而发亮的led向增大的一方移动，相反，当输入“减脉冲”时，发亮的led向相反的方向移动。 2当一局比赛结束，即发亮的led移动某一方的终点时，由点亮该终点灯的信号使电路封锁加/减脉冲信号的作用，既实现电路的自锁，使加/减脉冲无效。同时，使电路自动加分。 3控制电路部分应能够控制由振荡器产生的脉冲信号进入计数器的加/减脉冲输入端，其进入方向由参赛双方输入的按键信号决定。22、电路设计原理拔河游戏机用15个电平指示灯排列成一行，开机后只有中间一个点亮，有以此作为拔河的中心线，游戏双方各持一个按键，迅速地、不断地按动产生脉冲，谁按得快，亮点向谁方向移动，每按一次，亮点移动一次。移到任一方终端指示灯点亮，这一方就得胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经复位后才使亮点恢复到中心线。最后，显示器显示胜者的盘数。图1为拔河游戏机的电路框图。图1按键a、b整形电路选择开关可逆计数器译码器取胜计数器取胜显示控制电路中心线显示复位方案一： 图2为拔河游戏机的电路框图。图2可逆计数器74ls193原始状态输出4位二进制数0000，经译码器输出使中间的一只电平指示灯点亮。当按动a、b两个按键时，分别产生两个脉冲信号，经整形后分别加到可逆计数器上，可逆计数器输出的代码经译码器译码后驱动电平指示灯点亮并产生位移，当亮点移到任何一方终端后，由于控制电路的作用，使这一状态被锁定，而对输入脉冲不起作用。如按动复位键，亮点又回到中点位置，比赛又可重新开始。将双方终端指示灯的正端分别经两个与非门后接到2个十进制计数器cc4518的使能端en，当任一方取胜，该方终端指示灯点亮，产生1个下降沿使其对应的计数器计数。这样，计数器的输出即显示了胜者取胜的盘数。1编码电路：由双时钟二进制同步可逆计数器74ls193构成，它有2个输入端，4个输出端，能进行加减计数。2整形电路：由与门74ls08和与非门74ls00构成。因74ls193是可逆计数器，控制加减的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必须接高电平；进行减法计数时，加法输入端cpu也必须接高电平，若直接由a、b键产生的脉冲加到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a、b二键出来的脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲，这就减少了进行某一计数时另一计数输入为低电平的可能性，从而使每按一次键都有可能进行有效的计数。图3为整形电路图。 图33译码电路：由4线16线译码器cc4514构成。译码器的输出y0y15中选出15个接电平指示灯，电平指示灯的负端接地，而正端接译码器；这样，当输出为高电平时电平指示灯点亮。比赛准备，译码器输入为0000，y0输出为1，中心处指示灯首先点亮，当编码器进行加法计数时，亮点向右移，进行减法计数时，亮点向左移。4控制电路：由或非门74ls02构成，其作用是指示出谁胜谁负。当亮点移到任何一方的终端时，判该方为胜，此时双方的按键均宣告无效。将双方终端指示灯的正接至或非门的2个输入端，当获胜一方为“1”，而另一方则为“0”，或非门输出为“0”，再送到74ls193计数器的置数端 ，于是计数器停止计数，处于预置状态，由于计数器数据端d0、d1、d2、d3和输出q0、q1、q2、q3对应相连，输入也就是输出，从而使计数器对脉冲不起作用。5胜负显示：由计数器cc4518和译码显示器构成。将双方终端指示灯正极经与非门输出后分别接到2个cc4518计数器的cp端，cc4518的两组4位bcd码分别接到实验箱中的两组译码显示器的8、4、2、1插孔上。当一方取胜时，该方终端指示灯发亮，产生一个上升沿，使相应的计数器进行加一计数，于是就得到了双方取胜次数的显示，若1位数不够，则进行2位数的级连。6.复位：74ls193的清零端cr接一个电平开关，作为一个开关控制，进行多次比赛而需要的复位操作，使亮点返回中心点。cc4518的清零端rd也接一个电平开关，作为胜负显示器的复位来控制胜负计数器使其重新计数。cc4518功能表下表所示，引脚排列见附录。输 入输出功能时钟cp清零rd使能en1全部为001加计数000保持00010方案二本课题，可以用两片74ls192代替74ls193，先将两片74ls192连接成100进制的可逆，然后将其改成十六进制的计数器。用一全加器将两片74ls192的输出信号八位转化成四位，再接给cc4514的输入端。控制电路也可由异或门74ls86和与非门74ls00构成。将双方终端指示灯的正接至异或门的2个输入端，当获胜一方为“1”，而另一方则为“0”，异或门输出为“1”，经与非门产生低电平“0”，再送到两74ls192计数器的置数端，于是计数器停止计数，处于预置状态，此时，同样将各自计数器数据端d0、d1、d2、d3和输出q0、q1、q2、q3对应相连，则输入也就是输出，从而使计数器对脉冲不起作用。电路的其他部分不变。三、两个方案的对比：两方案对比，明显方案一优于方案二，方案二要多加一块计数器和一块全加器，这样无疑增加了电路的成本，且方案一的连接较为简单，但当没有74ls193芯片时，我们可以用方案二代替方案一。所以在方案的选择上一般选择方案一。四、电路主要部分的仿真：1、整形电路部分2、计数器部分（由于ewb软件中没有74ls193和四位全加器，这里使用方案二的部分，且用半加器代替全加器）3、电子绳部分 4、胜负显示电路5最后电路五、各逻辑门的引脚图1、74ls00的引脚图。 2、74ls02的引脚图。74ls021234567141312111098vcc 4b 4a 4y 3b 3a 3y1a 1b 1y 2a 2b 2y gnd74ls001234567141312111098vcc 4b 4a 4y 3b 3a 3y1a 1b 1y 2a 2b 2y gnd3、74ls08的引脚图。 4、74ls193的引脚图。74ls19312345678161514131211109vcc d0 cr bo co ld d2 d3d1 q1 q0 cpd cpu q2 q3 gnd74ls081234567141312111098vcc 4b 4a 4y 3b 3a 3y1a 1b 1y 2a 2b 2y gnd5、4线16线译码器cc4514的引脚图。cc451412345678vdd inh a3 a2 y10 y11 y8 y9 y14 y15 y12 y13le a0 a1 y7 y6 y5 y4 y3 y1 y2 y0 vss16151413121110917181920212223246、cc4518的引脚图。