数字电子技术-拔河游戏机.docx

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1、拔河游戏机一、课程设计目的1 .设计并实现可供2人进行拔河游戏的电路2 .熟悉应用数电知识完成应用。3 .理解元件的工作原理和实际用途。二、设计内容及要求2.1内容：设计并制作一个拔河游戏机电路2.2根本要求(1)初始15个或9个发光二极管排列成一行，开机后只有中间一个点亮；(2)游戏双方各持有一个按键，按键按动一次，亮点有可能移动一次；(3)亮点移动的方向与按键快的一方一致；(4)当任一方终端二极管点亮时，这一方就得胜，再按键电路输出不变；(5)按复位后，回到初始状态。三、设计任务分析本课题的主要任务是让拔河游戏机的电平指示灯由中点向速度快的一方延伸，而阻止向速度慢的一方延伸。可以设想用可预

2、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电平指示灯的显示状态。如当计数器进行加法计数时，发亮的电平指示灯向右方延伸，相反，进行减法计数时，发亮的电平指示灯向相反方向移动。当移动到一方的终点就就把电路锁定，此时双方按键均无作用，只有按了复位按键双方才能继续下一局的比赛，计数器就记录双方的获胜的次数，数码管显示胜者赢的盘数。四、总体设计方案4.1设计思路(1)本课题所设计的拔河游戏机由9个电平指示灯排列成一行，开机之后只有中间一个电平指示灯亮，以此作为拔河的中心线，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，亮点向谁方向移动，每按一次，亮点移动一次。移到任一方终

3、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，只有经裁判复位后才使亮点恢复到中心线。(2)当一局比赛结束后，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。同时，使计分电路自动加分。(3)控制电路局部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的输入端,其进入方向那么由参赛双方的按键信号决定。4. 2总体设计框图按键As B控制电路中心线显示复位图1拔河游戏机总体设计框图取胜S示整形电路5. 3整机电路图见附录一五、各单元电路的设计方案及芯片原理说明5.1 各单元电路的设计方案编码电路编码器有二个输入端，四个输出端，要进行加/减计数，因此

4、选用CC40193双时钟十进制同步加/减计数器来完成。其电路及连接方式如下:整形电路用74LS00和74LS08代替CC4011和CC4081,其实现功能一样。由与门74LS08和与非门74LSoo构成整形电路。起初，由两片74LSOO构成一RS触发器，它有两个输入端R、S和两个输出端Q、Qo当R=1、S=O时，那么Q=O,Q=I,触发器置1。当R=0、S=I时，那么Q=l,Q=O,触发器置0,当触发器的两个输入端参加不同逻辑电平时,它的两个输出端Q和Q有两种互补的稳定状态。S=O,R=I使触发器置1,或称置位。因置位的决定条件是S=O,故称S端为置1端。R=0,S=I时，使触发器置0,或称复

5、位。同理，称R端为置0端或复位端。经RS触发器后再经与门和非门，以到达整形的目的。因74LS193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CPI也必须接高电平，假设直接由A、B键产生的脉冲加到5脚或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，使原先加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CPn都有可能进行有效的计数。译码电路由4线一16线译

6、码器CC4514构成。译码器的输出丫。丫监中选15个接电平指示灯，电平指示灯的负端接地，而正端接译码器；这样，当输出为高电平时电平指示灯点亮。比赛准备，译码器输入为OoO0,Y。输出为1,中心处指示灯首先点亮，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。电路图如下列图所示: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。此电路可用异或门CC4030和非门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，当获胜一方为“1”，而另一方那么为“0”，异或门输出为“1”，经非门产生低电平“0”，再送到CC

7、40193计数器的置数端PE,于是计数器停止计数，处于预置状态，由于计数器数据端A、B、C、D和输出端Q0、QkQ2、Q3对应相连，输入也就是输出，从而使计数器对输入脉冲不起作用。其电路图如下所示：ro1ACC4O3O.胜负显示将双方终端二极管正极经非门后的输出分别接到二个CC4518计数器的EN端，CC4518的两组4位BCD码分别接到实验装置的两组译码显示器的A、13、C、D插口处。当一方取胜时,该方终端二极管发亮，产生一个上升沿，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，假设一位数不够，那么进行二位数的级联。其电路图如下列图所示：3 4_5二 SjoABCD复位为能进行

8、屡次比赛而需要进行复位操作，使亮点返回中心点，可用一个开关控制CC40193的清零端R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CC4518的清零端R,使其重新计数。5.2 各芯片原理74LS192芯片构成计数器由于实验室没有CC40193芯片，故实验过程中将使用74LS192芯片代替，其实现功能与CC40193的功能相同。74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。下面是741sl92引脚图，741sl92功能(1)各引脚的功能：CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。1.o为预置输入控制端，异步预置。CR为复位输入端，高电平有效，异步去除。CO非为进位输出：1001

9、状态后负脉冲输出。BO非为借位输出：OOoo状态后负脉冲输出。(2)引脚图16111511141113111211111110119Ucc)DoCRBOCO74USl92EbnDQQCBCRQQGNDUUUUUUUU1924r(3)功能表清零预置时钟预置数据输入输出RuTdCP11CPDABCDQaQbQcQ11HXXXXXXXLLLLLLHABCDABCDLtHXXXX加计数LHHtXX减计数表174LS192的功能表74LS138芯片级联构成译码器实验过程中，由于实验室没有CC4515芯片，应选用两片74LS138级联的方式代替一片CC4514,其功能相同。由两片3线一8线译码器74LS1

10、38构成4线16线译码器。138是低电平有效的芯片，从译码器的输出YoYg中选9个输出，这样，当译码器输出为低电平时，灯泡的输入为低电平故中心二极管熄灭，其他二极管点亮。比赛准备，译码器输入为OOOO,%输出为0,中心处指示灯首先熄灭，当编码器进行加法计数时，该点向右移，进行减法计数时，点向左移。假设在译码器的输出再接一个74LS32非门，那么当译码器输出为低电平时，发光二极管的输入为高电平。译码器输入为OOOO,%输出为1,中心的二极管点亮。(1)引脚图匚匚系耳耳舄匕石匕16151413121110974LSi3812345678HOXlH2百瓦号石QME)(2)功能表输入输出况弱+凡444

11、几匕工K匕Ys兀%0XXXX11111111X1XXX1111111110000011111111000110111111100101101111110011111011111010011110111101011111101110110111111011011111111110表274LS138功能表级联方式Yo Y7Yo Yl Y2 Y3 丫4 Ys Yb Y774LS138(1)Ao Ai AaS Sa S3+ 5vlYeY15YoYlY2Y3丫4Y5YbY774LS138(2)AoAiA?S1SzS3DoDiD2Da图2两片74LS138级联成4-16线译码器6. 2.374LS0074

12、LS08芯片构成与非门和与门(l)74LS00是常用的2输入四与非门集成电路逻辑图及引脚图AftB新功能表ABZ001011101110表374LS00功能表(2)74LS08构成与门引脚图功能表输入输入输出ABYOOOO1O1OO111表474LS08功能表5. 2.474LS90计数器连接实物图时，用74LS90代替CC4418构成显示电路计数器。(1)引脚图14I13I12I11IIOI9IIANCQ0Q3GNDQiQ274LS90BRoq)R0(2)NCVeeRsc)R9(2)314I5Bl7I74LS9O弓I脚排列(2)功能表74LS90复位/计数功能表复位输入瑞输出端Roa)R0(

13、2)RkdR9q)QdQcQbQaIlOX11X0XX11XOXOOXXOOXOXXOOX000000001001计数计数计数计数表574LS90功能表74LS86构成异或门74LS86是常用的TTL2输入端四异或门，实验连接时，使用74LS86代替CC4030,构成控制电路。(1)引脚图及功能表小IH3 VcvIBC2B似rt312A2A(I4Jl小Y2B 51033B2Y C693AGNDr813丫六、仿真结果及故障分析5.1 仿真结果电路仿真图如图3所示，由仿真图可知，该电路设计无误，可以实现按动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74LS192上，可逆计数器输出的代码经译码器译码后驱动电平指示灯熄灭并产生位移，当熄灭的点移到任何一方终端后，由于控制电路的作用，使这一状态被锁定，双方按键产生的输入脉冲不起作用。如按动复位键C,该点又回到中点位置，再次按C键那