電子技術(shù)乒乓球比賽游戲機(jī)課程設(shè)計(jì).doc

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1緒論 1.1 選題背景 1.1.1 課題目的及意義 本次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是獨(dú)立完成一個(gè)乒乓球比賽游戲機(jī)的設(shè)計(jì)，采用EWB電路仿真設(shè)計(jì)軟件完成乒乓球比賽游戲機(jī)電路的設(shè)計(jì)及仿真調(diào)試，在微機(jī)上仿真實(shí)現(xiàn)乒乓球比賽游戲機(jī)的設(shè)計(jì)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)讓我們了解和熟悉了乒乓球游戲機(jī)的原理和Multisim仿真設(shè)計(jì)軟件的操作，也讓我們加深了解了對(duì)雙向移位寄存器、雙D觸發(fā)器及、加法器及邏輯門電路的一些實(shí)際用途，并將理論與實(shí)踐相結(jié)合。 1.1.2 課題的內(nèi)容和要求 獨(dú)立完成一個(gè)乒乓球比賽游戲機(jī)的設(shè)計(jì)，采用EWB電路仿真設(shè)計(jì)軟件完成乒乓球比賽游戲機(jī)電路的設(shè)計(jì)及仿真調(diào)試，在微機(jī)上仿真實(shí)現(xiàn)乒乓球比賽游戲機(jī)的設(shè)計(jì)。 時(shí)鐘電路 甲方記分顯示 乙方記分顯示 發(fā)球次數(shù)顯示 音 響 電 路 甲方 乙方 裁判 發(fā) 光 二 極 管 排 組 控 制 電 路 雙 向 移 位 寄 存 器 乒乓球比賽模擬機(jī)框圖 課程設(shè)計(jì)具體內(nèi)容如下：乒乓球比賽是由甲乙雙方參賽，加上裁判的三人游戲（也可以不用裁判），乒乓球比賽模擬機(jī)是用發(fā)光二極管（LED）模擬乒乓球運(yùn)動(dòng)軌跡的電子游戲機(jī)。 設(shè)計(jì)要求： 1、基本部分 (1) 至少用8個(gè)LED排成直線，以中點(diǎn)為界，兩邊各代表參賽雙方的位置，其中一個(gè)點(diǎn)亮的LED（乒乓球）依次從左到右，或從由到左移動(dòng)，“球”的移動(dòng)速度能由時(shí)鐘電路調(diào)節(jié)。 (2) 當(dāng)球（被點(diǎn)亮的那只LED）移動(dòng)到某方的最后一位時(shí)，參賽者應(yīng)該果斷按下自己的按扭使“球”轉(zhuǎn)向，即表示啟動(dòng)球拍擊中，若行動(dòng)遲緩或超前，表示未擊中或違規(guī)，則對(duì)方得一分。 (3) 設(shè)計(jì)自動(dòng)記分電路，甲乙雙方各用一位數(shù)碼管顯示得分，每記滿9分為一局。 2、發(fā)揮部分(選做) (1) 甲乙雙方各設(shè)一個(gè)發(fā)光二極管表示擁有發(fā)球權(quán)，每得5分自動(dòng)交換發(fā)球權(quán)，擁有發(fā)球權(quán)的一方發(fā)球才能有效。 (2) 發(fā)球次數(shù)能由一位數(shù)碼管顯示。 (3) 一方得分，電路自動(dòng)響鈴3秒，此期間發(fā)球無(wú)效，等鈴聲停止后方可比賽。 課題任務(wù)要求 1、畫出總體設(shè)計(jì)框圖，以說(shuō)明乒乓球比賽游戲機(jī)由哪些相對(duì)獨(dú)立的功能模塊組成，標(biāo)出各個(gè)模塊之間互相聯(lián)系，時(shí)鐘信號(hào)傳輸路徑、方向和頻率變化。并以文字對(duì)原理作輔助說(shuō)明。 2、設(shè)計(jì)各個(gè)功能模塊的電路圖，加上原理說(shuō)明。 3、選擇合適的元器件，在EWB上連接驗(yàn)證、仿真、調(diào)試各個(gè)功能模塊的電路。在連接驗(yàn)證時(shí)設(shè)計(jì)、選擇合適的輸入信號(hào)和輸出方式，在充分電路正確性同時(shí)，輸入信號(hào)和輸出方式要便于電路的仿真、調(diào)試和故障排除。 4、在驗(yàn)證各個(gè)功能模塊基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)電路的元器件和連接，進(jìn)行合理布局，進(jìn)行整個(gè)數(shù)字鐘電路的連接驗(yàn)證、仿真、調(diào)試。 5、自行接線驗(yàn)證、仿真、調(diào)試，并能檢查和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，根據(jù)原理、現(xiàn)象和仿真結(jié)果分析問(wèn)題所在，加以解決。學(xué)生要解決的問(wèn)題包括元器件選擇、連接和整體設(shè)計(jì)引起的問(wèn)題。 1.2 方案選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，對(duì)照?qǐng)D乒乓球比賽模擬及1.1，可以分為三個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)： 1. 球臺(tái)電路：球跡移動(dòng)電路可采用雙向移位寄存器方法實(shí)現(xiàn)，由發(fā)光二極管作光點(diǎn)模擬乒乓球移動(dòng)的軌跡。 2. 驅(qū)動(dòng)控制電路：由雙D觸發(fā)器及邏輯門電路構(gòu)成，通過(guò)此電路來(lái)控制并且實(shí)現(xiàn)球臺(tái)燈的左右移位即實(shí)現(xiàn)乒乓球的運(yùn)動(dòng)。 3. 計(jì)分電路：使用十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、邏輯門和集成的4管腳的數(shù)碼管來(lái)組成計(jì)分電路。 通過(guò)多次設(shè)計(jì)、畫圖及仿真實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)方案電路最簡(jiǎn)潔，原理簡(jiǎn)單易懂，操作也很方便，且實(shí)用性較強(qiáng)。故采用此方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2電路組成和工作原理 （1）分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其框圖如下 時(shí)鐘信號(hào)源 發(fā)光二極管 球臺(tái)驅(qū)動(dòng)電路 控制電路 LED數(shù)碼管1 顯示譯碼器1 計(jì)數(shù)器2 計(jì)數(shù)器1 顯示譯碼器2 LED數(shù)碼管2 按鍵電路 圖1乒乓球比賽游戲機(jī)的原理框圖 如上圖2.1所示，該電路主要由時(shí)鐘信號(hào)源、按鍵電路、球臺(tái)驅(qū)動(dòng)電路，控制電路，計(jì)數(shù)器，顯示譯碼器和LED數(shù)碼管等組成。途中標(biāo)出的各種信號(hào)的含義分別為：CP表示球臺(tái)驅(qū)動(dòng)電路和計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)；S表示燈（乒乓球）移動(dòng)的信號(hào)；L表示發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由L1~L8組成；CNT表示計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)，由CNT1,CNT2組成；KA,KB表示開(kāi)關(guān)控制的外輸入發(fā)球、擊球信號(hào)。 （2）總體思路描述如下： 1.用兩個(gè)74LS194四位雙向移位寄存器來(lái)模擬乒乓球臺(tái)，其中第一個(gè)74LS194的DL輸出端QD接第二個(gè)的右移串行輸入端SR，這樣當(dāng)乒乓球往右準(zhǔn)備移出第一個(gè)寄存器的時(shí)候就會(huì)在時(shí)鐘脈沖的作用下被移入第二個(gè)寄存器。同樣道理，第二個(gè)74LS194的AR輸出端接第一個(gè)的左移串行輸入端。 2.用雙D觸發(fā)器74LS74及邏輯門電路構(gòu)成驅(qū)動(dòng)控制電路 3.用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160D、邏輯門電路和集成的4管腳的數(shù)碼管組成計(jì)分電路 3單元電路的設(shè)計(jì) 3.1 球臺(tái)電路的設(shè)計(jì) .球臺(tái)電路如下圖2設(shè)計(jì)所示： 圖2球臺(tái)電路 上圖中，兩片4位74LS194雙向移位寄存器接成8位雙向移位寄存器。74LS194功能表如表1所示： 表1 74LS194功能表 D S1 S0 工作狀態(tài) 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 置零 保持 右移 左移 并行輸入 功能說(shuō)明： (1)當(dāng)S1 = S0 =1 時(shí)，不管各輸入端原來(lái)是什么狀態(tài)，在下一個(gè)時(shí)脈沖到來(lái)時(shí)，其輸出分別是預(yù)先輸入到并行輸入端的 abcd ，這種方式叫送數(shù)。 (2)當(dāng) S 1 =0 ，S 0 =1 時(shí)，其工作方式叫右移，這時(shí)，每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，輸出端的數(shù)各向右移一位，而 Q A 端的輸出則由加到 R 端的數(shù)來(lái)補(bǔ)充。 (3)當(dāng) S 1 =1 ，S 0 =0 時(shí)，其工作方式叫左移，情況正好與右移相反； Q D 端的輸出由加到 L 端的數(shù)來(lái)補(bǔ)充。 (4)當(dāng) S 1 = S 0 =0 時(shí)，不管是否有 CP 脈沖作用，輸出保持不變，這叫保持方式。 CP=0 時(shí)也是保持方式。 3.2驅(qū)動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)如下圖3所示 圖3 驅(qū)動(dòng)控制電路 圖中74LS74為上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，~PR為置1端（低有效），~CLR為置0端（低有效）。當(dāng)J1=0時(shí)，兩片D觸發(fā)器輸出端均為1即S1=S0=1，通過(guò)接入74LS194，此時(shí)實(shí)現(xiàn)的是并行輸入功能。當(dāng)J1=1時(shí)，L1=J2=1，J3=L8=0,通過(guò)各門電路可知U2A,U4A,U2B輸出端分別為0，1，1，則D觸發(fā)器輸出端分別為0，1即S1=0,S0=1。相反情況時(shí)，當(dāng)J1=1時(shí)，L1=J2=0，J3=L8=1，D觸發(fā)器輸出端分別為1，0即S1=1,S0=0。通過(guò)此電路來(lái)控制并且實(shí)現(xiàn)球臺(tái)燈的左右移位即實(shí)現(xiàn)乒乓球的運(yùn)動(dòng)。 3.3計(jì)分電路的設(shè)計(jì) 計(jì)分電路的設(shè)計(jì)如下圖4所示： 圖4 計(jì)分電路 如上圖所示，計(jì)分電路由一個(gè)7404非門，7409與門74LS08 和十進(jìn)制的74LS160計(jì)數(shù)器74LS90 構(gòu)成。得分真值表二如下表二所示： 表2 得分真值表 L1 J2(A) L8 J3 Y(A) Y(B) 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 由上表可得上圖中非門和與門的接法。 同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160的功能表如下表三所示： 表3 74LS160的功能表 D EP ET 工作狀態(tài) 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 置零 預(yù)置數(shù) 保持 保持（但C=0） 計(jì)數(shù) 由74LS160的功能表可知，當(dāng)~RD=~LD=EP=ET=1時(shí)工作狀態(tài)為計(jì)數(shù)，即圖4中的~CLR=~LOAD=ENT= ENP=1時(shí)。選用ENP、ENT作為74LS160的計(jì)數(shù)控制端，當(dāng)ENT=ENP=1時(shí)計(jì)數(shù)，當(dāng)ENT=ENP=0時(shí)計(jì)分電路處于保持狀態(tài)。RCO為進(jìn)位輸出端，即當(dāng)選手計(jì)滿9分時(shí)給出報(bào)警信號(hào)。 4總體電路的設(shè)計(jì) 通過(guò)前面的單元電路的設(shè)計(jì)，將他們合理的組合連接起來(lái)，就可以得到總體設(shè)計(jì)電路圖，其圖如下圖五所示: 圖五 總體電路 5結(jié)果分析 在進(jìn)行仿真運(yùn)行的過(guò)程中，先將開(kāi)關(guān)Play C往上打，即打到“1”的位置。然后選著發(fā)球方A或B，若A先發(fā)球，就將開(kāi)關(guān)Play A往上打，即打到“1”的位置。球?qū)?huì)向右移動(dòng)，當(dāng)點(diǎn)亮的球移動(dòng)到B方的最后一位時(shí)，將B的開(kāi)關(guān)往下打，B就會(huì)得一分，反之，若行動(dòng)遲緩或超前，表示未擊中或違規(guī)，則對(duì)方得一分。若B先發(fā)球，也是一樣的操作。當(dāng)一方得分滿9分時(shí)，RCO將會(huì)給出報(bào)警信號(hào) ，即燈亮，表一局完，數(shù)碼管將從新計(jì)數(shù)。 6總結(jié) 通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我們了解了模擬電路的基本設(shè)計(jì)方法,并對(duì)Multisim仿真軟件有了初步的了解和認(rèn)而識(shí)。通過(guò)使用Multisim仿真軟件，可以讓我們?cè)谔摂M的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以先通過(guò)它來(lái)檢驗(yàn)電路的正確性和可行性，而不需要真實(shí)電路環(huán)境的介入，不必顧及儀器設(shè)備的短缺與時(shí)間環(huán)境的限制，能夠極大的提高實(shí)驗(yàn)的效率。 雖然這次的數(shù)電課程設(shè)計(jì)時(shí)間短暫，但卻讓我得到了多方面的提高：1、提高了我們的邏輯思維能力，使我們?cè)谶壿嬰娐返姆治雠c設(shè)計(jì)上有了很大的進(jìn)步。加深了我們對(duì)組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步增進(jìn)了對(duì)一些常見(jiàn)邏輯器件的了解。另外，我們還更加充分的認(rèn)識(shí)到，數(shù)字電路這門課程在科學(xué)發(fā)展中的至關(guān)重要性2，查閱參考書(shū)的獨(dú)立思考的能力以及培養(yǎng)非常重要，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，遇到很多不理解的東西，有的我們通過(guò)查閱參考書(shū)弄明白，有的通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查到，但由于時(shí)間和資料有限我們更多的還是獨(dú)立思考。3，相互討論共同研究也是很重要的，經(jīng)常出現(xiàn)一些問(wèn)題，比如電路設(shè)計(jì)中的控制器的設(shè)計(jì)，以及乒乓球游戲機(jī)怎樣計(jì)分等的分析。還使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了不少棘手的問(wèn)題，可謂是困難重重。但這畢竟第一次做，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，我們必須要學(xué)著自己去找資料、去理解、去解決問(wèn)題，加強(qiáng)我們獨(dú)立思考的能力。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中。我發(fā)現(xiàn)了許多自己的不足之處，認(rèn)識(shí)的自己對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，沒(méi)有在日常生活中將理論與實(shí)際相結(jié)合起來(lái)，以后要多加努力才行啊！ 參考文獻(xiàn) 【1】《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第三版），童詩(shī)白主編，高教出版社 【2】《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第四版/第五版），閻石主編，高教出版社 【3】《電子測(cè)試技術(shù)》 金唯香、謝玉梅主編，湖南大學(xué)出版社 【4】《Multisim 2001電路設(shè)計(jì)及仿真入門與應(yīng)用》，鄭步生、吳渭主編，電子工業(yè)出版社 【5】《電子EDA實(shí)踐教程》楊曉慧、許紅梅主編，國(guó)防工業(yè)出版社 附錄A 仿真結(jié)果圖 仿真結(jié)果圖如下圖六所示： 圖六 仿真圖 附錄B 實(shí)驗(yàn)儀器及器件 1 四位雙向移位寄存器 74LS194D 二片 2 雙上升沿D型觸發(fā)器 74LS74 一片 3 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LS160D 二片 4 2輸入與非門 7400N 二片 5 2輸入與門 7409N 四片 6 2輸入或門 7432N 一片 7 非門 7404N 二片 8 發(fā)光二極管 LED 十個(gè) 9 數(shù)碼管 DCD-HEX 二個(gè) 10 KS按鍵開(kāi)關(guān) SPDT 三個(gè) 11 電壓時(shí)鐘脈沖 CLOCK-VOLTAGE 一個(gè)