电子拔河游戏机设计全文

1、上 海 电 力 学 院课题名称 电子拔河游戏机 课题代码 211 院（系） 电气工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 2011023 学号及姓名 20112921 詹志文 时 间 2014年01月13号 指导教师签名： 教研室主任（系主任）签名： 目 录一、设计目的及设计要求 ············3二、整体概述·············

2、·····三、个人负责部分················四、实物制作 ··················五、设计心得与体会·······

3、········六、致谢····················七、参考文献··················一 设计目的及设计要求（一）

4、、设计目的：1、了解并掌握电子电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力。2、通过查阅手册和文献资料，进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则；进一步掌握电子仪器的正确使用方法。3、学会使用EDA软件Multisim对电子电路进行仿真设计。4、初步掌握普通电子电路的安装、布线、调试等基本技能。5、提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力，学会撰写课程设计总结报告；培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。（二）、设计要求：1、任务设计并制作1个电子拔河游戏机。2、基本要求1）比赛开始，由裁判下达比赛命令后，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

5、。2）“电子绳”至少由9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发亮。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LED管全部发亮时，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）记分电路用两个七段数码管分别对双方得分进行累计，在每次比赛结束时电路自动加分。3、设计方案 电子拔河游戏机原理框如图1所示:图1 电子拔河游戏机原理框图可采用可预置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”，使其作加运算时发亮的灯向甲方延伸，相反，当向

6、计数器输入“减脉冲”时，发亮的灯向相反方向移动。电路的主要部分可以用移位寄存器构成。当一局比赛结束，即发亮的LED延伸到某方终点时，由点亮该终点灯的信号使电路封锁加减脉冲信号的作用，即实现电路自锁，使加减脉冲无效。同时，使计分电路自动加分。控制电路部分应能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，其进入方向则由参赛双方输入的按键信号决定。二 整体概述(一)任务分析：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”。由甲乙二人通过按钮开关使发光的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

7、赛多局以定胜负。本课题小组所设计的拔河游戏机采用“七局四胜制”,由9个电平指示灯排成一行，刚开始时只有中间一个电平指示灯亮，并以此为标准，作为双方拔河的中心参照。当裁判下令开始后，双方各持一个按键，迅速、持续地按动按键产生脉冲。哪一方按的快，亮点就向该方移动。每按动一次按键，亮点就移动一次，直至移动到任意一方终端指示灯点亮，这一方就获胜。此时双方按键均无作用，输出保持不变，只有经裁判复位后，亮点才恢复到中心线的位置。某方赢一次，由计分电路自动给该方加分一次，通过多次比赛定胜负。（二）各部分原理及元器件管脚介绍：1、74HC00的引脚图2、74HC08的引脚图3、74LS192的引脚图 输入输出

8、CLRCPUCPDDCBAQDQCQBQA1×××××××000001××dcbadcba001××××加计数001××××减计数4、74HC138的引脚图 输入输出G1CBA0×××××11111111×1××××11111111××1×××111111111000001111

9、1110001111111010101111101101111110111100111011111011101111111010111111111011111115、74LS48七段数码管译码器驱动器的引脚图与七段数码管6、74HC161的引脚图 输入输出ENTENPDCBAQ3Q2Q1Q00××××××××000010××dcbadcba110××××××保持11×0×××××

10、;保持1111××××计数 三 个人负责部分（一）整形电路部分：（主要由詹志文负责并撰写）1、 目的：给实验输入信号，模拟现实中甲乙的输入。2、 要求：由于74LS192在实现加减计数的过程中，一方给脉冲的时候，另一方需保持在高电平的位置。为了使每个脉冲都有效，输入脉冲需要有较大的占空比。3、原理说明： 由与门74HC08和与非门74HC00构成。因74LS192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，若直接由开关K键产生的脉冲加到5脚

11、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，使开关K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。 整形电路的原理其实就是用到的是竞争冒险。产生原因：由于延迟时间的存在，当一个输入信号经过多条路径传送后又重新会合到某个门上，由于不同路径上门的级数不同，或者门电路延迟时间的差异，导致到达会合点的时间有先有后，从而产生瞬间的错误输出。4、整形电路图：开关不动时整形电路给74LS192加法输入端CPU 和减法输入端C

12、PD都是高电平，当拨动开关后由于“竞争冒险”，74LS192的一个输入端会产生一个脉冲，而另一个满足是高电平，从而74LS192实现一次加或减的计数。5、仿真电路及波形产生（1）电路仿真：（2）波形产生：（三）译码电路部分：（主要由陈成负责并撰写）1、目的： 接收上家可逆计数器的输出信号，经自身功能使发光二极管工作。2、 要求： 当上家可逆计数器为加法计数时，使发光二极管从中间向左移动； 当上家可逆计数器为减法计数时，使发光二极管从中间向右移动。3、原理说明： 由两个38线译码器构成一个416线的译码器，本组采用两个74HC138芯片连接。由于74HC138有三个使能端，它必须在一个使能端高电

13、平有效，两个使能端低电平有效的情况下才能处于工作状态。因此，本部分将其中右边的74HC138芯片的高电平有效的使能端接上家可逆计数器的D端，两个低电平有效的使能端接地，当D端输出为“1”时，右边芯片工作；将左边芯片的高电平有效使能端接电源，两个低电平有效的使能端接上家可逆计数器的D端，当D端输出为“0”时，左边芯片工作。在两片芯片的输出端中选出9个接发光二极管，发光二极管的正端接电阻接电源，而负端接译码器输出。由于74HC138芯片的输出是低电平有效。所以，当输出为低电平时发光二极管指示灯点亮。比赛开始时，上家可逆计数器输入为“0000”，分别赋予给两个74HC138芯片。此时，左边74HC1

14、38芯片工作，输出为0，只有中心处的发光二极管灯亮，当上家可逆计数器进行加法计数时，发光二极管从中心处依次向左亮灯，当左边最后一个发光二极管亮时，由于74HC138输出端是低电平有效，所以通过控制电路的作用，赋予上家可逆计数器的低电平有效的异步预制端口一个“0”的信号，从而达到使上家的可逆计数器开启自锁功能，不能继续计数；与此同时，它也通过控制电路的作用，赋予给下家的74HC161一个高电平的脉冲，从而使胜负显示电路自动加分；当上家可逆计数器进行减法计数时，发光二极管从中心处依次向右亮灯，当右边最后一个发光二极管亮时，使上家可逆计数器自锁，使下家电路自动加分。4、译码电路图：5、仿真电路图：（

15、四）计分显示电路部分：（主要由李宁负责并撰写）1、 单元电路功能：（1）、将上级LED管传递过来的信号经过同步加法计数器实现加法计数；（2）、将加法计数器的输出信号通过74LS48七段数码管译码器驱动器将四位二进制码转换为七段译码abcdefg;（3）、七段数码管显示由驱动器传递的七段信号，实现数码计数功能。（4）、左右两边分别代表甲乙两方，只要甲乙中有一方的终端LED管亮，数码管就会自动加1，表示胜利的一方加一分。2、 原理说明：（1）、由74HC161功能表知，当清零端CR=“0”，计数器输出QD、QC、QB、QA立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在C

16、P信号上升沿作用后，74HC161输出端QD、QC、QB、QA的状态分别与并行数据输入端D，C，B，A的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。 当CR=LD=EP=ET=“1”，161计数器的时钟脉冲输入接收来自电子绳终端LED管的信号，通过非门产生一个上升沿信号，计数器加1。两个161计数器分别接收甲乙两方终端LED管的信号，哪一方先移到终端，该方就获胜，计数器加“1”。161的输出端QD、QC、QB、QA又将输出信号传递至74LS48的输入端A3、A2、A1、A0。（2）、74LS48七段数码管译码器驱动器与七段数码管 功能表

17、由功能表知，灯测试输入低电平有效。当=0时，无论其他输入端是什么状态，所有输出ag均为1，显示字形8。动态灭零输入低电平有效。当=1，且输入代码时，输出ag均为低电平，即与0000码相应的字形0不显示，故称“灭零”。利用=1与=0，可以实现某一位数码的“消隐”。灭灯输入、动态灭零输出是特殊控制端，既可作输入，又可作输出。当作输入使用，且=0时，无论其他输入端是什么电平，所有输出ag均为0，字形熄灭。作为输出使用时，受和控制，只有当,且输入代码时，=0，其他情况下=1。 74LS48七段数码管译码器驱动器接收来自161计数器的信号，将四位二进制码转换成七段译码ag，七段数码管译码器驱动器的abc

18、defg与七段译码abcdefg对应相连，实现数码管的数字显示。例如，当161的输出信号时，七段数码管译码器驱动器的输出信号只有bc为高电平，因此显示1。3、计分显示电路图：4、仿真电路图： 当ENP=ENT=1时，161计数器实现计数功能，当开关C置于接地端时，清零端=0，两个161计数器实现同步清零，无论开关A、B如何拨动，七段数码管一直为0；当开关C置于高电位5V时，电路实现计数功能，开关A每上下拨动一次，左边的数码管的数字将会加1，开关B作用也是如此，右边数码管将会随着开关B的作用而加数。四 总仿真图及说明：1、将开关C置高电平， D置低电平，即通过74LS192的清零端CR和74HC

19、161的清零端CR使中心发光二极管发光和胜负显示器为0。2、将开关C置低电平， D置高电平， ，即使74LS192的清零端CR为低电平和74HC161的清零端CR为高电平，使74LS1932和74HC162进入工作状态，此时甲乙双方分别快速按动键A、B，使74LS192计数器进行加减运算，可以看到发光二极管左右移动，下图为左方获胜的情形，左右双方的得分为3:1。 四 实物制作下图为我们小组实物完成的记录五、设计心得与体会与小组成员们经过一周的齐心协力、精诚合作，终于成功完成了本次电子技术课程设计。这次的课程设计是大学以来令我最难忘的，也是感触最深的。我从这次课程设计真的得到了许多收获。首先是设

20、计工作，一个好的作品的首要前提是这个作品的设计正确，原理清晰明了。第一天，在老师的指导下，和伙伴们一同讨论了“电子拔河游戏机”的设计，这过程中，切实感受到本学期“数字电子技术”与实验没有白学了。过去有时总会疑惑我们所学的这些东西有什么用，这次课程设计是把所学的理论知识用到了实际中，并且要求我能把所学的内容联系结合起来，能把各种芯片的功能结合起来做出一个想要的产品。而且仅靠书本上的知识是不够的，要求我们上网查询一些资料，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。从设计工作中了解并掌握电子电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力。在第二天上午一起初步定下来设计方案后，就立马进行了分工，把我们总的设计分成了四个模块，下午小组每人分别负责一个模块进行仿真。小组成员分别完成各自的仿真后，又进行了各自讨论讲解，把各自的仿真部分讲解给了其他成员，待其他成员都完全明白后，把各自负责的模块进行了整合，连接出一个完整的电子仿真，并且运行、改进，最后确认无误，旁晚答疑时间给指导老师做了演示，经老师确定可以按仿真设计。从这部分工作中学会使用EDA软件Multisim对电子电路进行仿真设计。设计与仿真工作都进行地比较顺利，接下来在面包板上实际制作拔河游戏机是最有意思，也是碰到困难最多的。芯片的排版也非常重要，因为这直接影响到接下来的接线是否方便和外观是否美观。接线是一细活，每一