数字电子技术课程设计-乒乓球比赛游戏机.doc

乒乓球游戏机数字电子技术课程设计题目：乒乓球比赛游戏机 姓名: 学号： 班级：指导老师：目 录一、题目与设计要求1二、设计思路及总体方案1三、元器件选型2四、单元电路的设计31、球台电路设计32、驱动控制电路设计43、计分电路设计54、报警电路设计7五、完整的电路原理图9六、软件仿真与调试，附仿真电路图9七、设计中遇到的问题与收获10八、参考文献10一、题目与设计要求设计题目：乒乓球比赛游戏机设计要求：1.设计一个甲乙双方参赛，裁判参与的乒乓球比赛游戏机2.用8个发光二极管排成一条直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中点亮的发光二极管代表“乒乓球”的当前位置，点亮的发光二极管依次由左向右或由右向左移动3.当球运动到某方的最后一位时，参赛者应立即按下自己一方的按钮表示击球，若击中，则“球”向相反方向运动，若未击中，对方得一分。4.设置自动计分电路，双方各用两位数码管来显示计分，每局10分，到达10分时，产生报警信号，铃响三秒。二、设计思路及总体方案球台控制模块报警电路数码管A模块计数器A模块时钟信号数码管B模块计数器B模块球台模块分析系统的逻辑功能，画出其框图如下：图1乒乓球比赛游戏机的原理框图如图1所示，根据设计要求，本乒乓球比赛游戏机设计主要由球台模块，球台控制模块，计数器模块及显示译码器和LED数码管模块组成。1.球台模块：用两个74LS194四位双向移位寄存器接成一个8位双向移位寄存器，八个输出端分别接八个发光二极管来模拟乒乓球台，发光二极管模拟乒乓球的位置，点亮的二极管即为乒乓球的实际位置。2.球台控制模块：用D触发器及逻辑门电路构成球台控制电路，实现双向选择开关击球者A、击球者B控制发球、击球信号。3.计数器模块及显示译码器和LED数码管模块：用计数器、逻辑门电路和74LS47，LED数码管组成计分电路，实现A、B选手计分功能，并且一方分数达到10分后通过蜂鸣器报警，由74LS160十进制计数器以及门电路实现蜂鸣器的报警功能。三、元器件选型1四位双向移位寄存器74LS194二片2D型触发器74LS74三片3十进制计数器74160五片42输入与非门7400五片54输入与门7420一片63输入与门7411二片72输入与门7409二片82输入或门7432三片9非门7404七片10发光二极管LED_GREEN八个11数码管7SEG-COM-ANODE四个12按键开关SW-SPOT-MOM三个13555定时器555一个14电阻RES十个15电容CAP两个16蜂鸣器SOUNDER一个四、单元电路的设计1.球台电路设计球台电路如下图2设计所示：图2球台电路图2中球台电路通过两个4位双向移位寄存器74LS194接成一个8位的移位寄存器。具体接法为：，其中第一个74LS194的Q3输出端接第二个的右移串行输入端，这样当乒乓球（发光二极管）往右准备移出第一个寄存器的时候就会在时钟脉冲CLK的作用下被移入第二个寄存器。同样道理，第二个74LS194的Q0输出端接第一个的左移串行输入端。将两片中其他的SL、SR、两个4位双向寄存器的输出端D1、D2、D3均接地。其功能表如下表1： 表1 移位寄存器功能表DS1 S0工作状态01111 0 00 11 01 1置零保持右移左移并行输入功能说明：(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。所以正常工作时应使D 处于高电平。 (2)当S1 = S0 =1 时，移位寄存器处于数据并行输入状态。 (3)当 S1 =0,S0 =1 时，其工作方式叫右移，这时，每来一个时钟脉冲，输出端的数各向右移一位。 (4)当S1 =1,S0 =0 时，其工作方式叫左移，情况正好与右移相反，每来一个时钟脉冲，输出端的数各向左移一位。时钟脉冲CLK设计电路图如图3:图3 CLK电路此次设计中所用的是时钟脉冲CLK是用555定时器设计的多谐振荡器产生的，振荡周期为1s，输出脉冲的占空比q=2/3，此次电路设计 。 由555的特性参数可知， 通过计算，为了使T=1s,令 R1=R2=47K,C=10uf。2、驱动控制电路设计驱动控制电路设计如下图4所示：图4驱动控制电路该电路模块由两片74LS74、两个与门7409、两个与非门7400、一个或门7432构成，74LS74为上升沿触发的D触发器， S为置1端（低电平有效），R为置0端（低电平有效）。当zong=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zong=1，K1=D1=1，K2=D8=0时,通过各门电路可知D触发器输出端分别为0，1,即S1=0,S0=1，球台灯右移。相反情况时，当zong=1，K1=D1=0，K2=D8=1时，D触发器输出端分别为1，0,即S1=1,S0=0，球台灯左移。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。3、计分电路设计计分电路是由计数器模块及显示译码器和LED数码管模块，下图5和图6分别为计数器模块电路和显示译码器和LED数码管模块电路：图5 计数器模块电路图6 显示译码器和LED数码管模块电路计分电路以击球者A 的计分电路为例进行说明。首先，显示译码器和LED数码管模块是由74LS47和数码管构成的，在数电实验中有这些实际操作。计数器模块电路主要由两片74LS160十进制计数器、3输入与门及或门构成，得分真值表如下表2：表2 得分真值表S0S1D1K1D8K2击球者A击球者B1000101001100001同步十进制计数器74LS160的功能表如下：表3 同步十进制计数器74LS160功能表DEP ET工作状态011110111 0 1 01 1置零预置数保持保持（但C=0）计数由74LS160的功能表可知，当R=LD=EP=ET=1时工作状态为计数，即图4中的MR=LOAD=ENT=ENP=1时。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。3MIAO为报警信号输出端，即当选手计满10分时给出报警信号。4、报警电路设计报警电路的设计如下图7所示：图7 报警电路如上图所示，报警电路由74LS74和74LS160以及门电路组成，当计分电路计满10分的同时将进位3MIAO报警信号送给74LS74的D接口，将Q0与脉冲信号通过74LS00与非门电路接CLK接口，当Q0=0时与非门输出高电平，使CLK保持高电平，从而保持Q0=1，Q0=0，3报警电路图中的计数器“3秒定时”开始计数。图8是对“3秒定时”计数器如何实现蜂鸣器响铃3秒的分析：图8 计数器如何实现蜂鸣器响铃3秒的分析从报警电路图上可知，蜂鸣器响铃的条件是Q2=0，并且Q0和Q1至少有一个输出为1，从而可知，Q3Q2Q1Q0=0000时，蜂鸣器并未被接通，只有Q3Q2Q1Q0=0001时，蜂鸣器才开始被接通，当Q3Q2Q1Q0=0100时蜂鸣器停止被接通。接下来就是如何控制响铃3秒了，CLK信号是与Q2与非之后接进计数器“3秒定时”的，根据74LS160的功能表上以及从上面面脉冲图分析可知，CLK下降沿时计数器输出端输出下一个数。一旦Q2=1，蜂鸣器就停止响铃，计数器CLK端被保持高电平，计数器也就不再计数，从而实现了响铃3秒。五、完整的电路原理图总体设计电路图如下图所示：图9 完整的电路原理图六、软件仿真与调试，附仿真电路图仿真电路图如图10所示：图10 仿真电路图裁判为总开关管，每比完一局按一次总开关表示重开一局。击球者A表示选手A的控制开关，击球者B表示选手B的控制开关，让选手A发球则先按击球者A，让选手B发球则先按击球者B。选手A和选手B通过按开关击球者A和开关击球者B来回击球，击中则把球击向对方，没击中则给对方计分。如果一方选手得分为10分，双方同时得分将被清零，蜂鸣器响三秒。结束后，可以进行下一局比赛。七、设计中遇到的问题与收获此次设计使我懂得了数字电路的基本设计方法,对Proteus仿真软件有了初步的了解和认识，让我懂得如何使用Proteus软件对电路进行设计和仿真，并且加深了我对数电课上所学的组合逻辑电路和时序逻辑电路的了解，对所学器件如何使用都有了更深一步的体会和了解。开始设计时自己无从下手，只能查阅各种资料，后来逐渐对题目有了了解，但是我也发现网上的电路图自己调试后未必能成功，所以我们必须要在理解别人的设计思路之后有自己的设计思路。与此同时，我查阅了很多资料和文献，锻炼了自己的查阅文献能力和自学能力。也发现虽然在课上明白各个器件的理论知识，但是在运用中还是会生疏，从而此次课设加深了自己对器件的了解。一开始此次设计问题最大的就是对计时器的运用，不是很熟悉如何和3秒警告响铃结合起来，然后仔细翻看课本,向老师、朋友请教，最后成功了；后来在电路仿真之后计数器出现了问题，一开始会有即使击球者B击回了击球者A发来的球，计数器还是会给击球者A加分，后来把原来的2输入与门变成加上S0的3输入与门就消除了上述现象。在这次课程设计中我学习到了对待问题需要从各个角度去看待，明白与人交流沟通的重要性。将知识用于实践是