數(shù)電課程設(shè)計(jì)--乒乓球游戲設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　電子線路綜合設(shè)計(jì)</b></p><p>　　乒乓球比賽模擬及計(jì)分器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2014年 6月</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在信息社會(huì)高速發(fā)展的今天，數(shù)字電路芯片已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高度集成

2、化，并逐步滲透到醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)等各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)人類的生活有著深遠(yuǎn)的影響。本設(shè)計(jì)采用基本門電路以及74LS系列芯片的搭建，以multisim 12.0軟件為平臺(tái)進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)了對(duì)乒乓球游戲的模擬。主要解決的問(wèn)題有：</p><p>　　模擬乒乓球的軌跡：用雙向移位4位寄存器74194以及基本門電路實(shí)現(xiàn)；</p><p>　　球速的調(diào)節(jié)：利用555電路實(shí)現(xiàn)；</p><p>

3、;　　球被擊中、犯規(guī)的判斷；</p><p>　　計(jì)數(shù)器的使用：采用74LS90和74LS161的組合，給玩家計(jì)分；</p><p>　　關(guān)于比分的顯示：通過(guò)CD4511譯碼芯片將計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)顯示到2位共陰極數(shù)碼管上。</p><p>　　關(guān)鍵詞：雙向移位4位寄存器、555電路、譯碼電路、計(jì)數(shù)器系統(tǒng)</p><p><b>　　

4、目 錄</b></p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)任務(wù)1</b></p><p>　　2 電路整體設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.1 譯碼顯示電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.2 555定時(shí)器組成脈沖發(fā)生器5</p><p>　　2.3模擬乒乓球電路的設(shè)計(jì)6<

5、/p><p>　　3 電路整體性能的檢測(cè)7</p><p>　　3.1 譯碼顯示電路的檢測(cè)7</p><p>　　3.2 脈沖發(fā)生器電路的檢測(cè)</p><p>　　3.3模擬乒乓球電路的檢測(cè)</p><p><b>　　4實(shí)驗(yàn)結(jié)論</b></p><p>　　5課程設(shè)

6、計(jì)心得體會(huì)以及建議</p><p>　　6 Abstract</p><p>　　7附錄(包含元器件清單以及各元器件功能表）</p><p><b>　　8參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　1．設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　本次我們小組選擇的設(shè)計(jì)是

7、乒乓球比賽模擬及計(jì)分器設(shè)計(jì)，主要任務(wù)是用數(shù)字電路模擬乒乓球比賽并能給比賽計(jì)分。電路的期望指標(biāo)如下：</p><p>　　裁判有一個(gè)按鈕，是系統(tǒng)初始化，比賽開(kāi)始。</p><p>　　一方發(fā)球后，球以固定速度向另一方運(yùn)動(dòng)（發(fā)光二極管依次點(diǎn)亮）；</p><p>　　當(dāng)球達(dá)到對(duì)方最后一個(gè)發(fā)光二極管時(shí)，對(duì)方擊球（按下按鈕），球?qū)⑾蛳喾捶较蜻\(yùn)動(dòng)；</p>&l

8、t;p>　　在其他時(shí)候擊球視為犯規(guī)，給對(duì)方加1分；都犯規(guī)，各自加1分；</p><p>　　甲、乙各有一個(gè)2位數(shù)碼管計(jì)分；一方先到達(dá)11分，該局比賽結(jié)束。</p><p>　　擴(kuò)展部分（例如：乒乓球速度可改變，設(shè)置大比分等）</p><p>　　針對(duì)設(shè)計(jì)要求，我們通過(guò)理論計(jì)算還有Multisim仿真等途徑得出兩個(gè)方案，慮到電路穩(wěn)定性以及功能的可拓展性等方面，最

9、終選擇了方案一。兩個(gè)方案的介紹參見(jiàn)下一頁(yè)的“電路整體設(shè)計(jì)”部分。2 電路整體設(shè)計(jì)</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中，我們小組經(jīng)過(guò)查找資料和理論分析及討論，最終得到了兩種電路設(shè)計(jì)方案?，F(xiàn)介紹如下：</p><p>　　方案一：利用雙向四位移位寄存器74LS194，由發(fā)光二極管做光點(diǎn)來(lái)模擬乒乓球的軌跡，由雙D觸發(fā)器及邏輯門電路構(gòu)成，通過(guò)此電路來(lái)控制并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的燈的左右移動(dòng)即實(shí)現(xiàn)乒乓球的運(yùn)動(dòng)。利

10、用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)74LS194，乒乓球移動(dòng)速度可以通過(guò)改變多諧振蕩器的振蕩頻率來(lái)調(diào)節(jié)。將計(jì)數(shù)器74LS161與8421轉(zhuǎn)化器相連，將二進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)化為8421碼，通過(guò)譯碼驅(qū)動(dòng)電路與晶體管相連，將8421碼顯示在數(shù)碼晶體管上。計(jì)數(shù)電路由74LS90與運(yùn)動(dòng)員開(kāi)關(guān)的信號(hào)共同控制。計(jì)數(shù)電路由74LS90和74LS161共同構(gòu)成11進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)由表示軌跡的發(fā)光二極管與運(yùn)動(dòng)員開(kāi)關(guān)的信號(hào)共同控制。</p&

11、gt;<p>　?。▓D1 方案一原理框圖）</p><p>　　方案二：其思想框圖與方案一相同，不同之處在于電路形式不同，但都能完成既定目標(biāo)，電路圖如下所示，鑒于篇幅有限，此處不再加以闡述其原理。后面的分析也將重點(diǎn)放在方案一。下面是方案二的整體電路圖：</p><p>　?。▓D2 方案二電路原理圖）</p><p>　　2.1譯碼顯示電路設(shè)計(jì)：<

12、/p><p>　　由兩個(gè)2位共陰極顯示數(shù)碼管和譯碼CD4511以及計(jì)數(shù)器74LS161，74LS90組成，外加74LS00芯片。電路圖如下：</p><p>　?。▓D3 譯碼顯示電路左部分）</p><p>　　其中74LS161采用反饋置零法，即計(jì)數(shù)為10時(shí)清零當(dāng)前示數(shù)，并提供一個(gè)脈沖信號(hào)給74LS90.當(dāng)兩管顯示為“11”時(shí)提供清零信號(hào)給乒乓球桌模擬電路，比賽結(jié)束

13、，同時(shí)下一個(gè)脈沖進(jìn)入74LS161時(shí)，顯示電路自動(dòng)清零，準(zhǔn)備下一場(chǎng)比賽的計(jì)分。</p><p>　　2.2 555定時(shí)器組成脈沖發(fā)生器：</p><p>　　555定時(shí)器是一種集模擬、數(shù)字于一體的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用極為廣泛。它不僅用于信號(hào)的產(chǎn)生和變換，還常用于控制與檢測(cè)電路中。</p><p>　　本設(shè)計(jì)用555定時(shí)器組成多諧振蕩器，產(chǎn)生脈沖信號(hào)供給模擬球桌電路

14、和譯碼顯示電路工作。其電路圖如下：</p><p>　?。▓D4 555組成多諧振蕩器）</p><p>　　在555定時(shí)器3端不斷地交替輸出高電平和低電平，通過(guò)理論計(jì)算，我們可得高低電平的持續(xù)時(shí)間分別為：</p><p><b>　??； </b></p><p><b>　　周期</b><

15、/p><p>　　式子中的n表示分頻倍數(shù)，由74LS90的接法決定（例如上面的接法就是n=4時(shí)的情形），因此只要調(diào)節(jié)的參數(shù)值，我們就能實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的擴(kuò)展功能，即調(diào)節(jié)球速的大小。</p><p>　　2.3 模擬乒乓球電路設(shè)計(jì)：</p><p>　　該電路利用雙向四位移位寄存器74LS194，由發(fā)光二極管做光點(diǎn)來(lái)模擬乒乓球的軌跡。同時(shí)雙D觸發(fā)器及邏輯門電路控制球的左右移動(dòng)

16、和A、B兩個(gè)玩家的得分條件（即未接到球、犯規(guī)時(shí)，對(duì)方得分）。電路圖如下：</p><p>　?。▓D5 74LS194等組成乒乓球桌面模擬電路）</p><p>　　電路工作原理：如圖5所示，真正有效的按鈕為A,B,C,V。其中A，B分別為A玩家和B玩家的按鈕，C,V為裁判所持按鈕。CV=00時(shí)比賽未開(kāi)始，10則表示比賽開(kāi)始并且由A玩家先發(fā)球，同理01表示B發(fā)球。注意11的情況是不存在的。

17、</p><p>　　考慮A先發(fā)球的情況(CV=10)，當(dāng)球在運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)若有一方擊球則犯規(guī)，另一方得分；當(dāng)球(未熄滅之前）時(shí)，若B未按下?lián)羟蜴I，則A得分。</p><p>　　B先發(fā)球的情況與A相同，此處不做過(guò)多討論。</p><p>　　3 電路整體性能的檢測(cè)</p><p>　　通過(guò)對(duì)電路各部分的分析，我們可以得出整個(gè)設(shè)計(jì)的電路圖如下：

18、</p><p>　　(圖6 方案一設(shè)計(jì)電路圖）</p><p>　　3.1 譯碼顯示電路的檢測(cè)</p><p>　　經(jīng)過(guò)檢測(cè)，譯碼顯示電路能按要求工作，檢測(cè)圖如下：</p><p>　　（圖7 譯碼顯示檢測(cè)）</p><p>　　需要注意的是，由于使用的是共陰極數(shù)碼顯示管，因此在焊接的時(shí)候千萬(wàn)不要把陽(yáng)極和陰極弄反

19、；數(shù)碼管接地一端要加一個(gè)限流電阻(之間），以免通過(guò)數(shù)碼管的電流過(guò)大而毀壞數(shù)碼管。</p><p>　　3.2 脈沖發(fā)生器的檢測(cè)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用555定時(shí)器組成多諧振蕩器，再經(jīng)74LS90進(jìn)行四分頻，通過(guò)精密秒表檢測(cè)</p><p>　　3.3 模擬乒乓球電路的檢測(cè)</p><p>　　經(jīng)過(guò)檢測(cè)，模擬乒乓球電路能按照設(shè)計(jì)要求工

20、作，檢測(cè)圖如下：</p><p><b>　　4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論</b></p><p>　　通過(guò)上述對(duì)乒乓球游戲模擬電路原理的闡述以及各部分電路的檢測(cè)，我們自主設(shè)計(jì)的方案是可行的，符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　5 課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)以及建議 </p><p>　　通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我們了解了模擬電路基本設(shè)計(jì)方法,對(duì)Mul

21、tisim仿真軟件有了更深的了解和認(rèn)識(shí)，使用仿真軟件，可以讓我們?cè)谔摂M的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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，能夠極大地提高設(shè)計(jì)的進(jìn)程。 </p><p>　　這次數(shù)電課程設(shè)計(jì),雖然只有兩周時(shí)間，但是讓我得到多方面的提高：</p><p>　　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

22、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。</p><p>　　2、培養(yǎng)獨(dú)立思考的能力非常重要。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地還是獨(dú)立思考解決問(wèn)題。</p><p>　　3、相互討論、共同研究也是很重要的。比如電路設(shè)計(jì)

23、中的控制器的設(shè)計(jì)、乒乓球游戲機(jī)怎樣計(jì)分等，我們都綜合了每個(gè)人的意見(jiàn)，做出了最佳的方案。我還懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，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，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。第一次做綜合設(shè)計(jì)，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，例如對(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。</p><p>　　對(duì)

24、于這次的課程設(shè)計(jì)，我有幾個(gè)建議想和大家分享一下：</p><p>　　1、關(guān)于焊電路遇到的問(wèn)題：如果焊出的電路在調(diào)試時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題，首先要檢查線路問(wèn)題，如果線路沒(méi)問(wèn)題，則需要檢查芯片是否有問(wèn)題。若線路和芯片都沒(méi)問(wèn)題，就要考慮設(shè)計(jì)可行性的問(wèn)題了。</p><p>　　2、電路布局問(wèn)題：我建議在焊電路之前要先利用DXP軟件對(duì)電路進(jìn)行排版畫(huà)線，畢竟一塊PCB板的空間是有限的，因此元器件的分布以及走線

25、都要在焊電路之前搞清楚，才能游刃有余。</p><p>　　3、參與很重要：本次小組設(shè)計(jì)中，成員的積極性是很重要的。設(shè)計(jì)的完成離不開(kāi)每位成員的貢獻(xiàn)。因此，我建議大家能通過(guò)這次的設(shè)計(jì)一種培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，你的每一步都有可能是團(tuán)隊(duì)成功的關(guān)鍵。要記住你不只是一個(gè)人在工作！</p><p>　　6 Abstract</p><p>　　Table tennis simula

26、tion game design and scoring</p><p>　　Today，with the rapid development of the information society , digital circuit chip has a high degree of integration, and gradually penetrated into all areas of medicine,

27、 computers , etc. 。It has a profound impact on human life. In this paper, the basic structures of the chip and the gates to Multisim 12.0 simulation platform had successfully realized the tennis tournament scoring device

28、 simulation and design.</p><p>　　Key words：two-way four shift registers 555 circuit </p><p>　　decoding circuit counter system</p><p>　　7 附錄（包含元器件清單以及各元器件功能表）</p><p

29、>　　7.1 元器件清單：</p><p>　?。▓D9 元器件清單）</p><p>　　實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)已提供：萬(wàn)能板1塊；導(dǎo)線；纖維海綿；2位5V電源連接線，電烙鐵2把，烙鐵架1個(gè)；焊錫1卷；松香1盒；吸錫器1個(gè)；十字批1把，小一字批1把；鑷子1把；起拔器1把；剪線鉗1把；尖嘴鉗1把；（少了161芯片，16腳，共2個(gè)）</p><p>　　7.2 各元器件功能表&

30、lt;/p><p>　　7.2.1 74LS164</p><p><b>　　引腳圖：</b></p><p>　?。▓D10 74LS164管腳圖）</p><p><b>　　（2）功能表：</b></p><p>　?。▓D11 74LS161功能表）</p>

31、;<p>　　7.2.2 CD4511</p><p><b>　　引腳圖：</b></p><p>　　（圖12 CD4511引腳圖）</p><p><b>　　功能表：</b></p><p>　?。▓D13 CD4511功能表）</p><p>　　CD

32、4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼—七段碼譯碼器，特點(diǎn)如下：</p><p>　　具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。其中：</p><p>　　BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。LT：3腳是測(cè)試輸入端，

33、當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。</p><p>　　CD4511的內(nèi)部有上拉電阻，

34、在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。</p><p>　　7.2.3 74LS90</p><p><b>　　引腳圖：</b></p><p>　　（圖14 74LS90引腳圖）</p><p><b>　　功能表：</b></p><p>　?。▓D15 74

35、LS90功能表）</p><p>　　7.2.4 74194</p><p><b>　　引腳圖：</b></p><p>　?。▓D16 74194引腳圖）</p><p>　　74194是一個(gè)雙向移位寄存器，并且可以并行輸入，其引腳圖如圖16所示。其中A-D為并行輸入端，CLOCK為時(shí)鐘輸入端，CLEAR為異步清零端

36、；SHIFT RIGHT SERIAL INPUT為串行右移輸入端，同理SHIFT LEFT SERIAL INPUT為串行左移輸入端；S0和S1為工作模式控制端，通過(guò)設(shè)置S0和S1，可以使其工作在保持狀態(tài)（SO=S1=0）、串行左移狀態(tài)（S0=0，S1=1）、串行右移狀態(tài)（S0=1，S1=0）或并行輸入輸出狀態(tài)（S0=S1=1)。其功能表如圖17所示。</p><p><b>　　功能表：</b

37、></p><p>　?。▓D17 74164功能圖）</p><p>　　7.2.5 74LS161</p><p><b>　　引腳圖：</b></p><p>　?。▓D18 74LS161引腳圖）</p><p><b>　　功能表：</b></p>