数字逻辑电路课程设计报告讲解

1、平顶山工学院本科课程设计数字逻辑电路课程设计报告拔河游戏机2007年 9月 6日平顶山工学院本科课程设计摘要1、任 务 与 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 的 “ 电 子 绳 ” 。 由 甲 乙 双 方 通 过 按 纽 开 关 使 发 光 的 LED管 向 一 方 的 终 点 延 伸 ， 当 延 伸 到 某 方 的 最 后 一 个 LED 管 时 ， 则 该 方 获 胜 ， 连 续 比 赛 多 局 以 定 胜 负 。 显示器显示胜者的盘数。2、基 本 要 求 如

2、下 ：（ 1 ） 比 赛 开 始 时 ， 由 裁 判 下 达 命 令 后 ， 甲 乙 双 方 才 能 输 入 信 号 ， 否 则 ， 由 于 电 路 具 有 自 锁 功 能 ， 使 输 入 信 号 无 效 。 （ 2） “ 电 子 绳 ” 到 少 由 15 个 LED管 构 成 ， 裁 判 下 达 “ 开 始 比 赛 ” 的 命 令 后 ， 位 于 “ 电 子 绳 ” 中 点 的 LED点 亮 。 甲 乙 双 方 通 过 按 键 输 入 信 号 ， 使 发 亮 的 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 的

3、LED 管 全 部 点 亮 时 ，表 示 比赛结束。这时，电路自锁，保持当前状态不变，除非由裁判 使电路复位。3、方 案 论 证 与 设 计 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按钮,当参与 者不停的按动按钮的时候就产生脉冲,谁快产生的脉冲就多, 这 样 由 甲 乙 双 方 通 过 按 扭 开 关 使 发 光 的 LED管 向 一 方 的 终 点 延 伸，双方通过按扭输入信号，使得计数电路实现计数功能，当 延 伸 到 某 方 的 最 后

4、 一 个 LED 管 时 ， 则 该 方 获 胜 ， 连 续 比 赛 多 局以定胜负。通过设计多谐振荡器提供输入脉冲，用可逆计数 器，译码器，将甲乙双方的输入转换为脉冲，再经过译码，显 示译码器和七段数码管实现电路的记分功能。用开关设计的裁 判可以实现电路的记分和清零功能。平顶山工学院本科课程设计目录1 概述 1.1 设计思想及说明 2 系统总体方案及硬件设计2.1 实验设备及各器件功能2.2 设计步骤2.3 实验电路框图2.4 作品介绍3 心得体会4 参考文献附 1 ：系统原理图平顶山工学院本科课程设计一 概述1.1 设计思想及说明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

5、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 时使用的按钮 ,当参与者不停的按动按钮的时候就产生脉冲 ,谁快产生的脉冲就多 这样由甲乙双方通过按扭开关使发光的 LED 管向一方的终点延伸，双方通过按 扭输入信号， 使得计数电路分别实现实现加减计数功能， 当延伸到某方的最后一 个 LED 管时， 则该方获胜，连续比赛多局以定胜负。通过设计甲乙通过输入单脉冲， 用十进制可逆计数器实现加减， 通过译码器 显示译码器和七段数码管实现电路的记分功能，并实现双方赢盘数的自动统计。 用开关设计的裁判可以实现电路的清零功能。平顶山工学院本科课程设计系统总体方案及硬件设计

6、2. 1 实验设备及各器件功能1+5v 直流电源；提供拔河游戏机的信号输入 ，高低电 平输入，产生信号。2译码显示器；将十进制数字信号转化成模拟信号，使 输出比赛结果。3逻辑 电平开关；使能端，在每场比赛结束后进行锁定， 在下场比赛开始时间解除锁定，使比赛进行以后各场。44 线16 线译码/分配器 CC4511;将二进制 数字信号转 化成模拟信号，使发光二极管在与到高电势时间发光。5同步递增/递减二进制计 数器 CC40193；CP(u)为递 增输入端，CP(d)为递减输入 端。6十进制计 数器 74LS90;对输入 信号进行十 进制记数， 记数后将其传送到译码显示器显示。7与 非门 CC40

7、113，与门 CC4081.异 或门 CC4030， 电阻 1 千欧姆4，与译码 显示器、逻 辑电平开关 、译码分配 器、 同步递增 /递减二进制计数器 、十进制 计数器等各个器件 构成整个拔河游戏机设备。8九个发光二集管及导线。平顶山工学院本科课程设计74LS90平顶山工学院本科课程设计2、利用集成功能组件设计计数电路B、 74LS 90 管脚分布图CPA NC QA QD GND QB11QC1413121098CPAQCA 74LS90R 9(2)CPBR 0(1) R 0(2)R 9(1)QA QD QB1234567CPB R 0(1) R 0(2) NC V CC R 9(1) R

8、 9(2)平顶山工学院本科课程设计平顶山工学院本科课程设计2. 2 设 计 步 骤开始我们是设计电路图完成以上功能，但由于部分器件的 缺乏，而用现有器件实现电路功能相对较复杂。而且由于按照 设计的电路图，所需元器件较多，需使用两块电路板，但是出 现了两块电板的电压不匹配，驱动不足等问题，同时线路较复 杂使得排查的工作也很难。所以后来我们改用了编程实现。编程原理概要： 输入：甲，乙和裁判的脉冲平顶山工学院本科课程设计输出：9 个 LED发光二极管输入；甲的赢盘数（4位二进制）； 乙的赢盘数（4 位二进制）；在程序内部实现根据裁判，甲乙输入控制计分，译码等主要功 能程序设计中的几个关键问题： 时钟

9、信号问题：如何实现各相关功能模块的时钟同步 首先搞清楚，引脚定义中寄存器属性和组合逻辑属性的不同。 可以作这样的理解：寄存器模式需要时钟信号的控制，来一个 时钟脉冲，发生一次改变。而组合逻辑属性则可理解为某一时 刻的输出唯一决定于此时其输入的各变量，而且可以认为这种 改变在电路内部是瞬时的，无延迟现象。本程序的核心是如何实现两个脉冲分别控制一个可逆计数器 的加减记数，同时裁判脉冲能对计数器进行重置，以及重置之 前的自锁功能。开始时我们是通过引入了一个外部时钟信号 CLK，可 逆计数器 的时钟信号=CLK，这 样就可以实现甲，乙 ，裁 判脉冲能在任意 时刻改变计数器的状态，因为外部时钟脉冲是始终

10、不断的，所 以电路总是在判断各输入以决定输出。但是碰到了一个问题： 当甲只按了一下，LED 灯直接跳到了最左边，也就是内部计数 器一下减 到了 0，而不是按一下只减 1。分析现象，出现这样 的问题就是由于外部输入的 CLK 信号的频率为 1-100KHZ，也 就是其脉冲的周期最大也是微秒级的，甲，乙的脉冲是不可能 实现这样的速度的。例如甲按下单脉冲发生器 0.1 秒，而技术 器时钟已经过去 100以上的周期，也就是说计数器减了 100 次 （当然只 减了 4电路就自锁了）。后来我们也考虑过通过分频将高频信号分频成低如几 HZ 的低 频信号，但是分析后发现这是不实际的，而且在时序上仍然存 在问题

11、。因为即使时钟信号低到能适应甲乙脉冲的频宽，但是 仍会因为周期过大，电路反应过慢，LED 移动缓慢的缺陷。平顶山工学院本科课程设计通过长时间的分析，这期间对寄存器和组合逻辑模式的电路内 部运作的理解有了质的提高。得出了以下的最终解决方案 可逆计数器原始状态输出 4 位二进制数 0000，经译码器 输出使中间的一只发光二极管发亮。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，可 逆 计数器输出的代码经译码器译后驱动发光二极管点亮并产生 位移，当亮点移到任何一 方终端后，由于控制电路作用，使这 一状态被锁定，而对输入 脉冲不起作用。如按到复位键，亮点 又回到中点

12、位置，比赛又可重新开始。将双方终端二极管的正端分别经两个与非门后接至两个 二十进制计数器的加计数端，当 任一方取胜，该 方终端二极 管发亮，产生一个下降沿 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. 计 数 器可逆计数器要有两个输入端，四 个输出端，要 进行加/减计 数，因此选用 CC40193 双时钟二进制同步加/减计数器来 完成。2. 整 形 电 路CC40193 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 须为高电 平；减法计数时， 加法输入 CPu 也必须为高电平，若直接由 A、B

13、 键产生的脉冲 加到 5 脚或 4 脚，那么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， 拔河赛不能正常进行。加一整形电路，使 A、B 键出来的脉冲 经整形后变为一个 占空比很大的脉冲，这样就减少 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 一次键都有 可能进行有效的计数。整形电 路是由两个与门 CC4081 和 4 个 与 非 门 C C 4 0 11 来 实 现 其 相 应 功 能 。3. 译 码 电 路平顶山工学院本科课程设计选用 4 线16 线 CC4514 译码器。译码 器的输出 Q0Q14 分接 9个发光二极管，二

14、极管的负端接地，而 正端接 译码器；这样，当信号输出为高电平时发光二极管点亮。比赛准备，译码器输入为 0000，Q0 输 出为 0，中心 处二极管首先点亮，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 路为指示出谁胜谁负，需 用一个控制电路。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。此 时电路可用一个异 或门 CC4030 和一个与非门 CC4011 来实 现 。将 双 方 终 端 二 极 管 的 正 极 接 至 异 或 门 的 两 个 输 入 端 ，负 极 接至两个与非门的 两个断口，当获胜一方为“1”，而另一方则 为 “

15、0 ”，异或门输出为“1”，经非门产生低电平“ 0”，再送到计数 器的置数端 PE，于是计数 器停止计数 ，处于预置状 态，使计 数器对输入脉冲不起作用。5. 胜 负 显 示 将双方终端二极管正极经与非门后的输出端分别接到两个 74LS90 计数器的 A 端，74LS90 的四组 4 位 BCD 码分别接到 实验装置的四组译码显示器的 A、B、C、D 插入口。当一方取 胜 时 ，该 方 终 端 二 极 管 发 亮 ，同 时 相 应 的 数 码 管 进 行 加 一 计 数 ， 于是就是到了双方取胜次数的显示。6. 复 位为能进行多次比赛，需 要进行复位操作，使亮点返回 中心点，可用一个开关控制

16、CC40193 的清零端即可。胜负显示器的复位也应用一个开关来控制胜负计数器的清零端 R,使其重 新计数平顶山工学院本科课程设计2.3 实验电路2.4 作品介绍严格说来，我们组的作品只是在功能 上实现了拔河机的拔 河功能，虽然算不上真正意义上的拔河游戏机，但这次设计实 验不失为一次有意义的挑战。本作品为数字电子产品，准确而 且灵敏度高，不会因为电路耗能或模拟元件本身的原因造成响 应缓慢、准确度低等缺陷。使用说明首先，要接如 5V 的 直流电源使电路通电，使用 复位开关将甲乙赢盘数重置，然后，裁判按下开始将程序内部 核心加减计数器重新置开始位，仪器便可开始工作，用甲乙两 个脉冲开关实现电路的 “

17、拔河”，当某 端的最后一个发光 LED 管亮起时，说明一局比赛结束，通过按下裁判的复位按键来进 行下一场比赛，在数码管中显示了比赛的结果。平顶山工学院本科课程设计三 心得体会此次电子系统设计中，我们投入了最大的热情和精力，从 设计电路图，选择元器件，在实验箱上组合，每一个过程都经 过了大家的共同探讨，其过程中出现了不少的问题，我们没有 气馁，没有退缩，我们积极向同学和老师请教，并且一遍又一 遍的重复实践，直到我们期望的结果实现。事实也证明我们的 努力没有白费，认真严谨的实习态度给我们带来了成功的喜 悦！通过这次电子系统设计，我们掌握了设计一个数字电路的 基本方法和基本步骤，实际解决了设计中出现的问题，增强了 寻找问题，解决问题的能力。此次电子设计的成功不仅帮助我 们更好地掌握书本知识，尤其重要的是增强了我们的自信，培 养了我们独立思考的能力。严格说来，我们组的作品只是在功能上实现了拔河机的拔 河功