拔河游戏玩具课程设计报告

1、拔河游戏课程设计报告电子科11-1课程设计报告拔河游戏李思彧 任建 李欣华2013/7/16 星期二拔河游戏玩具课程设计报告1. （1）设计题目:拔河游戏玩具（2）主要要求以及指标 A. 设置一个裁判按键, 供裁判宣布新一轮游戏开始。 裁判按键后, 两个竞赛按键才有效，同时将中间的发光二极管点亮（绳子中心居中）。安排9个（单数个）发光二极管模拟绳子。B. 设置甲、乙两个竞赛按键供二人游戏使用，每按动一次，产生一个脉冲，使计数器加1或减1，计数器经过译码后，绳子中心相应地移动一次。此处注意：如一方在按键或松开按键时，要保证另一方能正常工作。C当绳子中心（点亮的发光二极管）移到任一端，结束游戏。同

2、时，要锁住计数脉冲，竞赛按键无效，并产生一计分脉冲。D(*)安排两个计分计数器及译码、显示电路，实现计分，记录双方获胜的次数。 2. (1) 设计方案的结构框图 （2）基本原理由甲乙两个开关发出两个脉冲，经过控制电路的锁存，送达计数器（由于开关在闭合与开启两个状态会发生抖动，所以在控制器中，要加入防抖电路，即加入SR锁存电路），当甲开关产生的脉冲到达时，使计数器的加法输入端，有脉冲输入，计数器输出端加一，同理，当乙开关产生的脉冲到达时，使计数器的减法输入端有脉冲输入，在输出端减一。计数器输出结果通过译码器译码，在输出端实现移位功能。每当译码器的输出端移至最左或者最右端时，向计数器发出一个计数脉

3、冲，并向控制电路发出一个锁存信号使两个开关锁存，计数器收到计数脉冲后计数，通过七段显示器显示积分结果。裁判开关实现，电子绳的复位，并且实现允许两个按键开关输入的功能。 （3）设计方案的比较在开始我们选定的方案是利用74LS194A实现电子绳的移位功能，但是我们发现如果利用移位寄存器实现移位那么必须要有连续的数据输入，同时我们还需要控制CLK的输入，实现非常困难，于是我们放弃了利用移位寄存器的想法转而利用计数器加译码器，这样更容易实现。 3.单元电路设计计算： （1）控制电路：控制电路实现脉冲的产生，开关防抖的功能。开关的防抖由SR锁存器实现，SR的锁存器一端输入1时另一端无论怎样抖动都不会影响

4、到输出，所以在控制电路中我们将高电平经过电阻接入SR的输入，这样就可以实现防抖功能控制电路有两个输入端，两个输出端，输入端连接两个按键开关，按键开关按下输入1，复位输入0。在按键开关之后是SR锁存电路。SR锁存电路在开关处于复位状态时一端输入1，另一端输入0，当开关按下之后原来输入0的一段改为输入1，原来输入1的一端改为输入0，这样实现了发出脉冲，同时起到了防抖的功能。 SR锁存器的真值表SRQQ00110101101011保持保持控制电路 在控制电路中两个与非门电路构成了SR锁存器。 与非门选择74LS00由于有两个开关所以在构成控制电路时，需要四个二输入的与非门。控制电路的功能表KSRQ0

5、1011010 (2)控制计数连接电路：此连接电路实现控制电路与计数电路之间的连接从而保证计数器能够正常工作。连接电路同时还有另外的功能，当LED移位至最左或者最右时可以实现锁住开关结束比赛的作用。而锁住开关是连接电路最重要的功能，当LED灯移至最左或者最右端时，会向控制电路发出0，经过与门之后，这个0会输入计数器的时钟信号输入端，使计数无法正常工作，从而可以使两个开关无法正常工作，比赛结束。因为74LS192的up端 、down端中必须有一端为1才能使另一端正常接收脉冲信号，因此，在一个开关按下，另一个没有被按下时，必须使没有按下的那一段产生1信号这样才能使加减计数器正常工作。控制电路与连接

6、电路控制电路与连接电路功能表K1K2Q1Q2UPDOWN011011在连接电路中用到了与门，与门使用74LS08（3）计数电路 计数电路要完成每次开关按下之后的计数功能，当脉冲到来时完成一次计数，由于LED灯要实现左移以及右移，这样就决定了计数器必须选择加/减计数器，控制电路的两个开关分别负责向计数电路的加，减信号输入端输入分别输入两个脉冲，使计数可以在加法计数端收到信号后进行加法计数，在减法计数的输入端输入信号后进行减法计数。另外计数电路同时还要完成，初始置数功能，当裁判开关按下之后，要为计数器的置数端输入0，使输出端输出在芯片的输入端已经预置好的数字，在这里由于我们将LOAD作为裁判开关的

7、输入端口，而且在初始状态下要使九个LED灯中最中间的灯亮，所以这里的置数输入段应该输入的是0101。这样就可以保证每次置数之后中间LED灯亮，就是第五号灯亮。LOAD端连接的开关是一个单刀双掷开关，开关的公共端连接LOAD端，另外两个端口分别连接的是VCC 和GND，当开关接通VCC时LOAD接通高电平无法置数，当开关接通GND时，LOAD接通低电平，置数，中间LED灯亮，此时控制电路中的开关无法工作，于是起到了裁判开关得作用 ，当LOAD再次接通高电平时，控制电路开关可以重新工作，这时，游戏重新开始。在计数电路中为实现可以实现加/减计数，选择的芯片为74LS192（可预置BCD双时钟可逆计数

8、器），由于是可逆计数器，而且是双时钟，那么就可以用两个时钟信号分别控制它的加减计数。74LS192为双时钟计数器，加法计数脉冲和减法计数脉冲来自两个不同的脉冲源。加到两个时钟端的计数脉冲在时间上应该错开。当计数器作加法计数，且QD QC QB QA =1001（74LS193则为1111）时，有进位输出，CO端产生一个宽度等于时钟低电平部分的负脉冲；当计数器作减法计数，且QD QC QB QA =0000时，有借位输出，BO端产生一个宽度等于时钟低电平部分的负脉冲。由于我们只有九个灯所以只需要一个十进制的就足够我们使用。 74LS192/193的管脚图和功能表（a）管脚图12345671211

9、1013141516DBCCLRQCQBVccQDQAADOWN74LS192/19398GNDUPLOADBOCO（b）功能表CLR 1 ´ ´ ´ 清零LOAD 工作状态0 1 1 减计数0 0 ´ ´ 预置数0 1 1 加计数UP DOWN 从管脚图我们可以看到74LS192有两个时钟输入端，一个是up端，另一个是DOWN端，这两个引脚可以控制计数器的加减计数，当up端保持为1，DOWN端接收一个上升沿的脉冲时那么芯片工作在减计数的状态，当DOWN端为1，up端接收一个脉冲的上升沿时，芯片工作在加计数的状态，为了使芯片正常工作，在没有脉冲

10、到来时UP端和DOWN端必须都处于置1的状态，这样当脉冲到来时芯片才能够正常工作。当有一方将LED灯移至最左边或者最右边时DOWN,UP端会被置0那么芯片无法正常工作，开关失效，游戏结束。计数电路（4）译码电路 由于计数器输出的是4位二进制数，而我们要控制LED的数量为九个所以我们必须使用译码电路才能用4位二进制数字控制九个LED灯，译码电路在输入端接收到二进制数后，通过译码在芯片的输出端输出，进需而控制与芯片输出端相连的LED灯，每当计数器加一或者减一之后，在译码电路的输出端就会产生一次移位，进而使控制的LED灯移位一次。 因为要控制的LED灯有九个，那么我们需要至少有九位输出的译码器芯片，

11、所以选择74LS154作为译码器。74LS154为4线-16线译码器，译码器有十六个输出端。 从74LS154的功能表中我们可以看到只有G1',G2'同时置0才能使译码电路正常工作，在电路连接时必须使这两端接地，另外，在输出端，译码结果的对应输出端为低电平，而其他未译码的输出端为高电平，为了使输出端只有对应的译码结果控制的LED灯亮，而其他LED灯不亮，则在译码器之后需要连接一个反向器，反向器之后再接LED灯。 为了实现当LED灯移动到最左以及最右端时能够锁住开关，使开关失效，根据74LS154的功能表，需要将译码结果为0，8的引脚分别接入一个与门之中然后将与门的输出结果分别接

12、入连接电路的两个与门之中，这样当LED灯移位移至最左端或最右端时连接电路的两个与门都输出0，那么计数器不能正常工作，这样开关失效，游戏结束。当裁判开关按下译码器输出端的0，8引脚都输出1，计数器正常工作，游戏又可以重新开始。译码电路以及反向器，LED灯连接 （5）记分器 当LED灯的最右端或最左端亮时，比赛结束，其中一方的计数器加一，并用七段显示管显示出具体的比分。当最左端或者最右端的LED灯亮时，可以向记分的计数器发一个脉冲，使计数器加一，将计数器的输出端与七段数码管连接起来就可以显示当前的分数。计数器可以选择74LS160。74LS160是可预置BCD异步清除计数器。 当74LS160工作

13、在计数状态时，从电路的0000状态开始连续输入10个计数脉冲时，电路将从1001（9）状态返回0000（0）状态，RCO端从高电平跳变到低电平。而74LS161则是从1111（15）到0000（0）时，RCO端从高电平跳变到低电平。可以利用RCO端输出的高电平或下降沿作为进位输出信号。 根据功能表可以看出，74LS160在上升沿到来时计数，那么我们在连接74LS160的CLK信号时，要与最左端或者最右端的LED灯连接起来，这样才可以使74LS160获得上升沿的触发信号。 为了方便在记分器记分之后归零，我们将CLR信号连接一个单刀双掷开关，公共端连接CLR端，另外两端连接VCC，GND。这样在需

14、要记分器归零时可以方便归零，同时，并不影响计数。记分电路4.完整电路图 在电路中控制电路与计数电路通过两个与门相连接，与门的输入端有从译码返回的信号，通过这个信号，就可以使74LS192无法计数，从而将控制电路中的两个开关锁住，使其无法工作，游戏结束。计数电路与译码电路相连接，计数电路接收到来自控制电路的脉冲之后，根据脉冲的输入端不同，完成加法或者减法计数，当一次游戏结束，将单刀双掷开关拨至接地端，74LS192完成置数，此时控制电路的开关处于无效状态，单刀双掷开关，拨至VCC端计数器回到计数工作状态，控制电路重新工作，计数电路与译码电路相连接，译码器将计数器的计数结果译码，使特定位的LED灯

15、点亮，当LED移至最左或者最右端时，与译码器相连的与门会输出0，使up端与down端置零，计数器无法正常工作。开关失效，游戏结束，与此同时，74LS160的CLK端与LED灯相连，会获得一个上升沿触发电平，74LS160完成一次计数，在七段数码管中显示出来。这样就完成一次游戏。若想开始下一次游戏，那么就要按下74LS192 LOAD端的开关。使中间位置的LED灯重新亮起来。游戏重新开始。5.元器件清单数量型号标号174LS00U1174LS154U3174LS192U23SPDTJ3,J1,J21PB_DPSTJ5274LS04U5,U6274LS160U7,U8174LS08U96.安装、调

16、试中遇到的问题,解决的方法以及实验效果等(1) 遇到的问题及解决方案 A.开关的问题,在原理设计时,我们使用的是按钮开关,这样开关有一个很大的优点就是,按下之后可以自动复位,这样两个开关之间就不会相互影响,无论是谁按下之后,松开开关自动复位,于是保证了游戏的公平性,但是当我们在实验室时,我们发现实验箱上的按扭开关无法满足我们电路设计的要求,在电路中我们至少需要按钮的三个接线头是可以使用的。但是，在实验箱上的两个按钮开关无法满足要求，最后，我们只好从老师那里找到额外的单刀双掷开关来使用。 B电阻问题，在控制电路的原理设计中，我们使用的电阻为10，但是，在实验箱上的电阻中只有两个10电阻，这是不够

17、用的，我们选择了两个100的电阻，到最后我们发现10的电阻阻值过于小，导致电路中电流过大，使得电路中的器件发热，这是比较危险的，于是我们最后选择了200的电阻代替，使电路稳定工作。 C.电路接线问题，在实际的面包板上接线是与在软件中接线非常不同的，所以在面包板上接线更容易出现错误，在接线时，我们将一个芯片的某一不该接VCC处误接入VCC，导致最后总在LED灯的移位中产生一些问题。另外电路在插入面包板时会发生接触不好的问题，这问题直接影响到了最后LED灯的移位效果，同时将我们注意力转移到了开关防抖的问题上，使我们反复在这个问题上计较，浪费了大量时间。 D. 开关防抖问题，这个开关防抖的问题不是我们设计的防抖电路有问题而是这个开关需要额外用导线与电路连接，在连线处，会有抖动，这个问题只有我们通过操作时注意小心才能避免。 （2）实验效果 实验效果满足要求，每次开关一次开关，LED灯就会移位一次，达到要求7. 电路性能指标测试结果K1K2UPDOWNLED01左移01右移8. 收获、体会和改进设计的建议在这次课程设计中让我们感受到，设计与最终产品的呈现是有一定差距的，设计是在理想的条件完成的，我们可以有理想的仿真结果，但是，当我们实实在在的搭电路时我们会遇到很多问题，有很多的想法要被实际条件所改变，而当我们