电子拔河游戏机的设计课程设计-毕业论文

课程设计(综合实验)报告(2013-2014度第二学期)名称：电子技术综合实验题目：电子拔河游戏机的设计院系：能源动力与机械工程学院班级：热能1206课程课程设计（综合实验）报告PAGE2目录设计任务书一、综合实验的目的与要求二、设计框图及电路系统概述三、各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算四、调试过程及结果分析五、设计、安装及调试中的体会六、参考文献《电子技术》综合实验任务书一、目的与要求1.目的1.1综合实验是教学中必不可少的重要环节，通过课程设计巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内容、步骤和方法。1.3培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。1.4提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。2.要求2.1能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。2.2根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。要求通过独立思考、深入钻研课程设计中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。2.3进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。2.4学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的正确使用方法。利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。2.5学会撰写综合实验总结报告。2.6通过综合实验，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。要求学生在设计过程中，坚持勤俭节约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。2.7在综合实验过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。二、主要内容共有8个既有学习价值又有一定的实用性和趣味性的设计课题，学生根据自身情况自由选择其中之一。1.移位寄存器型彩灯控制器2.智力竞赛抢答器3.电子拔河游戏机4.交通信号灯控制器5.数字电子钟6.电子密码锁7.电子秒表8.数字电子钟（硬件）三、进度计划序号设计(实验)内容完成时间备注1设计内容讲解、学习资料查找方法半天2发放材料、清点材料、熟悉各种元器件半天3查找资料、设计电路、绘制总体电路草图1天4电路组装并调试或在Multisim上绘制电路图、仿真并调试2天5验收、撰写实验报告1天四、设计（实验）成果要求1.学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方案；然后对方案中单元电路进行选择和设计计算；最后画出总体电路图。2.预设计经指导教师审查通过后，学生即可向实验室领取所需元器件等材料，在面包板上组装、调试电路，使之达到设计指标要求。3.在Multisim软件平台上学生可直接设计、仿真和实现，直至达到设计要求。五、考核方式综合以下指标评定课程设计总成绩：优、良、中、及格和不及格。1.设计方案的正确性与合理性；2.实验动手能力(安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力以及创新精神等)；3.总结报告；4.答辩情况(课题的论述和回答问题的情况)；5.设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神。指导教师：柳赟学生姓名：张翔日期：2014年6月27日课程设计(综合实验)的目的与要求1．设计目的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，连续比赛多局以定胜负。2.设计要求2.1由裁判下达比赛开始命令后，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。2.2“电子绳”至少由17个LED管构成，裁判下达“比赛开始”命令后，位于“电子绳”中点的LED管发亮。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，并阻止其向对方延伸。当点亮的LED管到达某一方的终点时，该方获胜。此时通过自锁功能锁定电路，使输入不再有效，必须由裁判再次发出“比赛开始”命令时方能开始下一次比赛。2.3某方赢一次，由计分电路自动给该方加分一次，通过多次比赛以定胜负。3.系统原理框图图图SEQ图\*ARABIC1-1二、设计框图及电路系统概述1.总体设计方案1.1本设计机由19个指示灯排列成一行，用两种颜色各9个灯代表游戏双方，中间再选一个其他颜色表示中心线，开机之后只有中间一个电平指示灯亮。游戏双方各持一个按键，迅速地、不断地按动产生脉冲，谁按得快，亮灯向谁方向移动。每按一个来回，经过整形电路后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的按键信号决定，一个脉冲传送给计数器，计数器便计数一次，并通过译码器输出指示所移动的灯，灯就移动一次。1.2当任一方终端指示灯点亮，这一方就获胜，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,使加家减脉冲无效，输出保持。经裁判按下控制电路的复位后，亮点恢复到中心线，重新开始下一局比赛。1.3当一方胜利后，给计分显示模块一个脉冲，计数器计数并通过数码管显示，使计分电路自动加分。从显示的分数可以看到双方胜的局数，当整场比赛结束时（如三局两胜），由裁判按下复位，重新开始另一场比赛。图图SEQ图\*ARABIC2-1三、各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算 1.信号输入电路（整形电路）单元设计 1.1设计原理因为计数模块选用的芯片为74LS193，此芯片可逆计数器，控制加减的脉冲分别加至两个引脚，即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A、B键产生的脉冲加减输入端，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，双方按键失去作用，拔河比赛不能正常进行。整形电路的作用便是使A、B二键出来的脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲，这样当一方计数时，另一方就可以看做一直处于高电平，减少了进行某一计数时另一读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。1.2参数分析与计算整形电路由RS触发器，74LS00与非门和74LS04非门实现。RS触发器功能表如下：图图SEQ图\*ARABIC3-1由各个门的功能分析，当开关S接下端时，输出为高电平。如下图所示：图图3-2当开关S向上拨时，最后一个与非门的一端输入迅速改变为1，而上端输入由于要经过多一个门电路，状态改变相对延迟，在极短的延迟中保持上一个转态不变，即仍为1，这时输出为低电平。当经过非门后，上端输入变为0，使得输出又为高电平。这样就得到占空比很大的脉冲。如下图所示：图图3-31.3单元整体电路原理图图图3-42.编码电路单元设计2.1设计原理编码电路即计数电路，使输入一个脉冲产生相应的多位二进制代码，从而用于译码电路。要使两个脉冲输入产生有区别的输出，则可以使用可逆计数器。本设计使用74X193芯片，其加减计数使用两个时钟脉冲，上升沿触发，采用异步清零和异步置数，符合本设计中不需要根据时钟脉冲边沿响应的特点。由于本设计使用21个指示灯，故需要译码电路5个输入，即编码电路需要5个输出。故使用两片74X193级联，选取8个输出中的5个。74X193的引脚图和功能表见附录。2.2单元设计电路原理图图3-5此图为加法计数电路。DOWN口接高电平，UP口接脉冲电路。图3-53.译码电路单元设计3.1设计原理采用74LS154来实现。74LS154是4线-16线译码器。由于本设计输出需要21个输出，5个输入，故用两块74LS154。需要多一个输入端，用使能端来代替。比赛准备，译码器输入为00000，左边154的Y0输出低电平，中心处二极管首先点亮，当编码器进行加法计数时，亮点向左移，进行减法计数时向右移。74LS154的引脚图和功能表见附录。3.2单元电路原理图图图3-64.裁判单元设计（即控制单元设计）4.1设计原理为指示出谁胜谁负，并要求由裁判决定比赛开始，需用一个控制电路。当比赛没开始，使193的清零端始终有效，任何输入均不能产生输出，故用一个开关电路，当开关C接5V电压时，表示比赛没开始，当接地时比赛开始。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。此电路可用或非门74LS08来实现。将双方终端二极管的正极接至或非门的两个输入端，当获胜一方为1，而另一方则为0，或非门输出为0，产生低电平送到74LS193计数器的置数端，于是计数器停止计数，处于预置数数据端A、B、C、D和输出端QA、QB、QC、QD对应相连，输入也就是输出，从而使计数器输入脉冲不起作用。4.2单元电路原理图图3-7图3-75.计分电路单元设计5.1设计原理由于胜负只是脉冲的输出，故仍使用计数器来进行编码，并送入由数码管显示。本设计采用74X161芯片来设计。本设计使用的仿真软件中161的触发方式为下降沿触发，与参考资料中161的功能表有所不同，故接线的时候按照软件的说法接线。将双方终端不经过非门分别直接接到二个74X161计数器的脉冲输入端，输出分别接到两个数码管的相应端口。当一方取胜时，该方终端二极管发亮，产生一个下降沿，使相应的计数器进行加一计数，于是就得到了双方取胜次数的显示，并用不同颜色的数码管显示。胜负显示器的复位用一个开关来控制清零端，使其重新计数。5.2单元电路原理图图图3-8四、调试过程及结果分析1.整形电路调试用示波器观察电路如下图所示：图4-1反复拨动开关，可以看到产生极短时间的低电平，其余大部分时间为高电平，从而保证了任何一段计数的有效性。2.译码单元调试2.1游戏刚启动时，中心点绿色灯亮。图4-22.2当甲的开关即开关A按得快的时候，亮灯往左移动。图4-32.3当乙的开关即开关B按得快的时候，亮灯往右移动。图4-43.显示单元调试3.1游戏刚启动时，两个数码管显示均为0。图4-53.2当乙方胜利时，即蓝色亮灯到达终端，再输入无效，此时右数码管显示所赢局数1。图4-63.3三局两胜制中，最终甲赢。图4-7五、设计、安装及调试中的体会1.这次课程设计的主要目的是加强我思考和解决问题的能力以及实践、动手能力。在整个设计过程中，我通过所选题目，在芯片上的选择和设计电路上得到了锻炼。2.在做实验同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次实验过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。3.通过这次实验使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。同时，我也懂得了要多多尝试，通过不同的尝试，各种失败之后才会得到最终的答案。在设计中遇到了很多专业知识问题，通过查找资料，并与同学们讨论交流，同时在老师的指导下，终于比较顺利地完成了实验。六、参考文献[1]李月乔《数字电子技术基础》中国电力出版社2010年12月[2]王彩君杨睿《数字电路