拔河游戏机设计报告

1、数字逻辑综合性实验设计报告课程名称数字逻辑实验题目名称电子拔河游戏机班级20120615学号2012061518学生晓行同组班级20120615同组学号2012061517同组静指导教师武俊鹏、孟昭林、书勇、国冬2014 年 06 月摘要电子拔河游戏机是一种能容纳甲乙双方参赛或甲乙双方加裁判的三人游戏 电路。由一排 LED发光二极管表示拔河的“电子绳”。游戏双方各拥有一个比赛 时使用的单脉冲按钮 , 参与者按动一次按钮就产生一个脉冲 , 谁按的频率快产生 的脉冲就多 , 由发光的 LED灯的左右偏移模拟拔河过程， LED灯的偏移方向和位 移由比赛双方所给出的脉冲数实时决定， 该功能需要用计数电

2、路通过加减计数来 实现。当移动到某方的最后一个 LED灯时，则该方获胜， 连续比赛多局以定胜负。此次设计的电路，主要分为四部分：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。其中控制电路部分主要由 2 个 JK触发器和一个锁存器构成；计数电路主要 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计数器构成。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 错 误 ! 未定义书签1.1 基本功能要求 错 误! 未定义书签1.2 创新拓展功能 错

3、误! 未定义书签1.3 设计原理 错 误! 未定义书签2 系统设计 错误! 未定义书签2.1 系统逻辑结构设计 错误! 未定义书签2.2 系统物理结构设计 错 误! 未定义书签3 系统实现 错误! 未定义书签3.1 系统实现过程 错误! 未定义书签3.2 系统测试 错 误! 未定义书签3.3 系统最终电路图 错误! 未定义书签3.4 系统团队分工 错 误! 未定义书签4 总结 错误! 未定义书签5 参考文献 错 误! 未定义书签1 需求分析1.1 基本功能要求电子拔河游戏机是一种能容纳甲乙双方参赛或甲乙双方加裁判的三人游戏 电路。由一排 LED发光二极管表示拔河的“电子绳”。 由甲， 乙二人通

4、过扳动开 关使发光的 LED管向自己一方的终点移动， 当亮点移到任何一方的终点时， 则该 方获胜，连续比赛多局以定胜负。首先由裁判进行分数清零， 清除上次比赛比分。 然后裁判通过搬动开关下达 比赛开始命令，甲、乙二人通过扳动开关使发光的 LED管向自己一方的终点移动， 并阻止其向对方延伸。 如果当点亮的 LED管到达某一方的终点， 则该方获胜。 并 且此时能通过自锁功能锁定电路， 使甲、乙对开关的操作不输出脉冲信号， 不对 比分及发光 LED灯产生影响。 只有当裁判通过闭合开关打开开关， 再次发出“比 赛开始”命令时，才能开始下一局的比赛。某方终端 LED灯发光即为获胜， 记分电路会自动给该方

5、加分一次， 本游戏通 过多次比赛确定胜负。1.2 创新拓展功能拔河游戏是模仿实际拔河的过程， 其和实际的拔河有所不同， 可以考虑通过 倍频电路来实现单脉冲信号的“加速”，通过“秘技”的形式来“保赢”，而且 “加速”过程可控（可取消）。另外，还可对双方拔河队员的操控闲置时间进行 控制，超过一定时间， 报警并使游戏锁定或者复位。 由于未找到其他组一起合作， 此两种拓展对我们较有难度。故只是增加了 LED灯的个数，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的级联，加大了 实验设计与连线的难度。1.3 设计原理如图所示，为此次设计的基本原理图，拔

6、河由甲乙两人控制。 通过数字逻辑实验箱上“ 0”“1”高低电平的输入来决定最后的输赢；通过 信号输入电路将甲乙两人的输入传到电路中；通过控制电路控制时钟信号的输 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。译码器主要是将计数器的输出进行译码， 实现每个输出端代表一个不同输入 信号。计分电路用于记录并显示甲、乙双方比赛得分成绩。2.1 系统逻辑结构设计2 系统设计1. 控制电路设计：控制电路主要由 2个 JK触发器和一个锁存器构成由于四输入与非门 74LS10D两个输入为 1，另一输入连接频率较高的时钟信 号，则初始

7、状态通过 JK 触发器的 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”而由于时钟信号发生 器的频率远高于甲乙按开关的频率， 通过 JK 触发器 R端的复位，会立刻出现 Q=0， 则实现了拨动开关可以一直产生脉冲。当最左端或最右端的 LED灯亮时，四输入与非门有一 0 输入，则输出为 1， 当 JK 都为 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：计数电路主要由 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74LS19

8、2 级联，分别为 00001-00010-00011-00100-00101-00110-00111-01000-01001-10000-10001-100 10-10011-10100-10101-10110-10111 。开始时裁判关闭 R，预置端 LD为 0，预置 1001（ 9），则通过译码器输出， 使最中间的 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。灯位的 1-9 对应 5位二进制数的 1-9 ，灯位的

9、 10-17 对应 5 位二进制数的 16-23，译码 器的输出端先通过一个非门，再与 LED灯连接。当进行加计数时 ,发光的 LED灯 向右方终点移动；进行减计数时，发光的 LED灯向左方终点移动。4. 计分器电路设计：由于左右对称，所以在此只展示右端：Vcc16QCCQ0 Q1Q2Q3CTr1514 13 121110QCCQ0 Q1Q2Q3ErCRLDCPD0 D1 D2D3EP2345671LD988CR CP D0 D1 D2 D3 CTP 地输出CRLDCTrCTpCPD0D1D2D3Q0Q1Q2 Q30000010d0d1d2d3d0d1d2d31111计数110保持110保持注

10、：QCC= CTr Q0 Q1Q2Q3计分器电路由两个 74LS161计数器构成， 左边的四位二进制计数器 74LS161 的 CP端与第一个非门的输入端相连， 右边的 74LS161 的 CP端与最后一个非门的 输入端相连。从功能表第三行知， 当开关打开时， LD CRCTrCTp1 时，则对计数 脉冲 CP实现同步十进制加计数；而从功能表的第四行又知， CTr 和 CTp为计数 控制端，当它们同时为 1 时，计数器执行正常同步计数功能；从功能表第一行知，当 CR 0（输入低电平），则不管 CP端状态如何，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的功能。2.

11、2 系统物理结构设计A所需器材数字逻辑实验箱 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芯片功能介绍1. 74LS112在 74112中集成了两个边沿 JK触发器，1 开头的标号端是第一个 JK触发器 的相关引脚， 2 开头的标号端是第二块 JK触发器的相关引脚。 74112是下降沿触 发的边沿触发器，也就是 CP的下降沿时刻的 J，K 决定触发器的输出状态的变化。74LS112功能表：2 74LS1614 位二进制同步计数器 74LS161 能同步并行预

12、置数据，具有清零置数，计数 和保持功能，具有进位输出端，可以串接计数器使用。74LS161的功能表：CR LD CTr CTp CP D0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q30 0 0 0 01 0 d0 d1 d2 d3d0 d1 d2 d31 1 1 1 计数1 1 0 保持1 1 0 保持输入23输出注： QCC= CTr Q0Q13 74LS192双时钟方式的十进制可逆计数器4 74LS13874LS192的功能表：74LS138功能表：5 74LS1074ls10 是常用的三 3 输入与非门电路3 系统实现3.1 系统实现过程首先裁判通过闭合计分器电路开关实现上一场比赛的清零操作

13、，打开开关。之后闭合 R，预置 1001（ 9），使最中间的 LED灯发光，打开开关。准备工作完 成。开始比赛，甲、乙通过扳动电平开关，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灯或者 17灯亮时，对应的计分屏得分加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： 为了能够准确的看出实验现象， 将忽略其中一方的比赛实力， 具 体过程如下：将两方比分置零通过 R 让中间的灯亮，即裁判宣布比赛开始 只让一方拨动开关，另一方不参与比赛 观察灯亮的情况以及比分情况测试数

14、据： 发现灯逐次向那方的最后一个灯移动， 当一局比赛结束后， 那方 的分数加一。测试结果分析： 通过这个测试方案， 可以明显的看出当一方的速率较快时电 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 系统团队分工静：电路总体布局规划；资料收集；计数电路设计；电路连接；电路检测；PPT制作与演示晓行：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；电路演示与解说。实物连线图：4 总结实验已接近尾声。在长达 8 节课程的数字逻辑实验课程上，我收获很多， 知识上的，实践上的， 这些都将成为我在数字电路上的垫脚石， 引领我不断向前。 在此我想总结下

15、实验的历程，以及从中得到的收获。开始在电路思路上比较迷茫，不清楚如何实现具体拔河过程。尤其是在拔 河游戏机的控制电路设计上， 根本毫无头绪。 后来通过我们的讨论以及大量的查 阅有关书籍资料，知道了拔河游戏机的控制电路的关键是信号在传输路径上的延 时，并且利用这个延时产生的上升沿来得到计数的信号。另外在计数电路上，我们对芯片的选择比较头疼，如果使用四位二进制可 加减计数器 74LS193，就可以实现 16 进制加减计数，但我们选择的是做有 17 个 LED灯的拔河游戏机电路，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同步可逆双时钟计数器 7

16、4LS192级联。但是级 联电路我们都不太清楚如何实现， 只能通过网络查询初步了解有关知识， 并将其 应用在计数电路。然后在译码器电路上，我们发现必须采用 3片 74LS138级联，才能实现 17 个灯电路的译码。而书本上只给出了两个 74LS138级联（ 69 页），所以又必须 去了解 3 个芯片的级联，这些都令我们很困扰。而在显示电路上，我们发现只需使用 4 位二进制同步计数器 74LS161即可 完成计数，这相对比较简单。除此之外，由于我进行的模拟电路测试，在软件的选择上也绕了很多弯路。 我最开始选择的是 EWB5.0。因为这个软件页面简洁，图标简单易懂，而且之前 电子技术实验使用过，所

17、以觉得用的很有感觉。然而，模拟电路并不成功，只得 重新设计，换用芯片。可 EWB5.0芯片很不齐全，只得放弃软件。随后又选择过 几个软件， 都或多或少的存在使用上的问题。 最后通过同学推荐， 才踏破铁鞋无 觅处，得来全不费工夫，下载了。正是这个软件，有着超级齐全的芯片系统。虽 然英语版对我略有困难， 但通过上网查阅软件使用说明， 实验中我已经能够熟练 地使用 MULTISIM软件，这让我感到很欣慰。这次实验课程不仅让我增长了数字逻辑方面的知识，也极锻炼了我的动手 能力。更让我深深的感受到了实践的魅力。通过动手设计电路，模拟电路，连接 电路，我收获的是成功的自信与快乐， 体验到的是团队合作的强大与给力。 在此， 深深地感队友静同学和帮助过我们的亲爱的老师与同学，大家！6 参考文献1 立平，数