課程設(shè)計(jì)--剪刀石頭布電子游戲

1、<p>　　數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)電子</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目 石頭剪刀布游戲機(jī) </p><p>　　系 別 理學(xué)院 </p><p>　　班 級(jí) 11信科2班 </p><p>　　

2、姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)老師 </p><p>　　二0一三年十二月八日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求................1 </p><p>　　

3、第二 總體框圖......................1 </p><p>　　第三 選擇器件......................2</p><p>　　第四 功能模塊......................9</p><p>　　第五 總體設(shè)計(jì)電路圖............... 14</p><p>　　第六 課

4、程設(shè)計(jì)心得體會(huì)............. 16</p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)兩人剪刀石頭布游戲機(jī)，開關(guān)S1、S2分別代表甲、乙兩人，摁下S1、S2后，燈1、2、3和4、5、6循環(huán)閃亮，表明二者開始游戲。松開控制按鈕S1、S2，表明二者已經(jīng)做好抉擇，此時(shí)1~3和4~6中只有一盞燈仍點(diǎn)亮，而每盞燈代表不同的意思，藍(lán)色代表剪刀，綠色代表石頭，紅色代表布

5、。燈7~9只有一盞燈亮，藍(lán)色代表甲勝，綠色代表和，紅色代表乙勝。</p><p>　　要求：寫出具體的分析思路和方案、利用Multisim設(shè)計(jì)的具體過程，繪制電路原理圖，利用Mulitisim仿真、驗(yàn)證電路功能。</p><p><b>　　二、總體框圖</b></p><p>　　“剪刀石頭布”電子游戲電路有振蕩電路、控制器、譯碼電路、顯示電

6、路四部分組成?？傮w框圖如圖1。</p><p>　　圖 1 “剪刀石頭布”電子游戲原理圖</p><p>　?、耪袷庪娐罚喊阎绷麟娔苻D(zhuǎn)換成具有一定振幅和一定頻率的交流信號(hào)。本設(shè)計(jì)由555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器。</p><p>　?、瓶刂破鳎簩⒄袷庪娐份敵龅男盘?hào)進(jìn)行記數(shù)。本設(shè)計(jì)由開關(guān)和74LS290組成。</p><p>　?、亲g碼電路：

7、對(duì)控制器的計(jì)數(shù)進(jìn)行譯碼。本設(shè)計(jì)由74LS138組成。</p><p>　?、蕊@示電路：對(duì)譯碼結(jié)果進(jìn)行顯示。本設(shè)計(jì)由藍(lán)、綠、紅三盞燈及非門、與門和或門組成。</p><p><b>　　三、選擇器件</b></p><p><b>　　555定時(shí)器</b></p><p>　　555定時(shí)器是一種多用途

8、的數(shù)字—模擬混合集成電路，利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。本課程設(shè)計(jì)中利用它構(gòu)成多諧振蕩器，即將Vi1和Vi2連在一起接成施密特觸發(fā)器，然后再將Vo經(jīng)RC積分電路接回輸入端就可以了，為了減輕門G4的負(fù)載，在電容C的容量較大時(shí)不宜直接由G4提供電容的充、放電流。為此，在下圖中將TD與R1接成一個(gè)反相器，它的輸出V`O與VO在高、低電平狀態(tài)上完全相同。由此接成多諧振蕩器，如圖2所示。</p><

9、;p>　　圖 2 多諧振蕩器</p><p>　　555的真值表如表1。</p><p>　　表 1 定時(shí)器555真值表</p><p>　　555定時(shí)器的引腳圖及內(nèi)部電路圖如圖3和圖4。</p><p>　　圖 3 555定時(shí)器引腳圖</p><p>　　圖 4 555定時(shí)器電路圖<

10、/p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　接通電源后，Vcc通過R1、R2對(duì)C充電，uc上升。開始時(shí)Uc<Vcc，即復(fù)位控制端TH<Vcc，置位控制端<Vcc，定時(shí)置位器，Q=1，=0，放電管截止。</p><p>　　隨后，當(dāng)UcVcc時(shí)，復(fù)位控制端TH>Vcc,置位控制端>Vcc,定時(shí)器復(fù)位，

11、Q=0，=1，放電管飽和導(dǎo)通，C通過R2經(jīng)V放電，Uc下降。</p><p>　　當(dāng)Uc<Vcc，又回到復(fù)位控制端TH<Vcc，置位控制端<Vcc，定時(shí)置位器，Q=1，=0，放電管截止。C停止放電而重新充電。如此反復(fù)，形成振蕩波形如圖5所示。</p><p><b>　　圖5 振蕩波形</b></p><p>　　由上圖中V

12、C的波形求得電容C的充電時(shí)間T1和放電時(shí)間T2各為</p><p>　　T10.7(R1+R2)C</p><p><b>　　T20.7R2C</b></p><p>　　周期T=T1+T20.7(R1+R2)C+0.7R2C=0.7(R1+2R2)C</p><p>　　2. 74LS290計(jì)數(shù)器</p>

13、<p>　　74LS290是異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。其邏輯圖和外引線排列圖如圖6所示。它由一個(gè)一位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成。如果計(jì)數(shù)脈沖由端CP0輸入，輸出由端引出，即得二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；如果計(jì)數(shù)脈沖由CP1端輸入，輸出由引出，即是五進(jìn)制計(jì)數(shù)器；如果將與CP1相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP0輸入，輸出由引出，即得8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。因此，又稱此電路為二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 下表是74LS290的功能表。由表可以看出，

14、當(dāng)復(fù)位輸入R0(1)=R0(2)=1，且置位輸入S9(1)·S9(2)=0時(shí)，74LS290的輸出被直接置零；只要置位輸入S9(1)·S9(2)=1，則74LS290的輸出將被直接置9，即=1001；只有同時(shí)滿足R0(1)·R0(2)=0和S9(1)·S9(2)=0時(shí)，才能在計(jì)數(shù)脈沖(下降沿)作用下實(shí)現(xiàn)二-五-十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)。</p><p>　　表2是74LS290型計(jì)數(shù)

15、器的功能表。</p><p>　　表2 74LS290型計(jì)數(shù)器的功能表</p><p>　　圖6 74LS290的邏輯圖和外腳線排列圖</p><p>　　74LS138 譯碼器</p><p>　　74LS138 為3 線－8 線譯碼器，共有 54/74S138和 54/74LS138 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，74LS138的內(nèi)部電路如圖7，工

16、作原理如下： 當(dāng)一個(gè)選通端（G1）為高電平，另兩個(gè)選通端/(G2A)和/(G2B)）為低電平時(shí)，可將地址端（A、B、C）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。</p><p>　　74LS138的作用</p><p>　　利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 24 線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。 若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)

17、輸入端時(shí)，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器</p><p>　　圖7 74LS138譯碼器內(nèi)部電路 </p><p>　　3線-8線譯碼器74LS138的功能表如表3。</p><p>　　表 3 74LS138功能表</p><p>　　無論從邏輯圖還是功能表我們都可以看到74LS138的八個(gè)輸出管腳，任何時(shí)刻要么全為高電平1—芯

18、片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個(gè)為低電平0，其余7個(gè)輸出管腳全為高電平1。如果出現(xiàn)兩個(gè)輸出管腳在同一個(gè)時(shí)間為0的情況，說明該芯片已經(jīng)損壞。</p><p>　　當(dāng)附加控制門的輸出為高電平（S＝1）時(shí)，由邏輯圖寫出</p><p>　　由以上公式可以看出，在同一個(gè)時(shí)間又是這三個(gè)變量的全部最小項(xiàng)的譯碼輸出，所以也把這種譯碼器叫做最小項(xiàng)譯碼器。</p><p>　　71LS

19、138有三個(gè)附加的控制端。當(dāng)/(G2A)和/(G2B)）為低電平時(shí)，輸出為高電平（S＝1），譯碼器處于工作狀態(tài)。否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平。</p><p><b>　　功能模塊</b></p><p><b>　　振蕩電路</b></p><p><b>　　振蕩電路圖如圖8。</b&

20、gt;</p><p><b>　　圖8 振蕩電路</b></p><p>　　振蕩電路振蕩工作,其振蕩頻率為500Hz。</p><p><b>　　計(jì)算式：</b></p><p>　　T0.7(R1+2R2)C1=0.7*3KHz*1uF=0.0021s</p><p&

21、gt;　　f=1/T500Hz</p><p><b>　　控制器</b></p><p><b>　　控制器電路圖如圖9</b></p><p>　　圖9 控制器</p><p>　　本設(shè)計(jì)中的LS290是將QB與INB連接，計(jì)數(shù)脈沖CP由INA輸入，這樣即組成了標(biāo)準(zhǔn)的8421碼十進(jìn)制

22、計(jì)數(shù)器，因?yàn)檩敵龆酥贿B接QA、QB，又與R01、R02通過一個(gè)與門相連，當(dāng)輸出為11時(shí)，置零，所以輸出為循環(huán)進(jìn)行的000110。</p><p><b>　　3.譯碼電路</b></p><p>　　譯碼電路圖如圖10。</p><p>　　圖10 譯碼電路</p><p>　　74LS138有三個(gè)附加的控制

23、端。當(dāng)/(G2A)和/(G2B)）為低電平時(shí)，輸出為高電平（G1＝1），譯碼器處于工作狀態(tài)。本設(shè)計(jì)中74LS138和非門實(shí)現(xiàn)功能如下表4。</p><p><b>　　表4 功能表</b></p><p><b>　　4.顯示電路</b></p><p>　　顯示電路圖如圖11。</p><p>

24、;　　圖11 顯示電路</p><p>　　當(dāng)游戲的甲乙雙方同時(shí)按下控制按紐S1,S2時(shí),74LS290和74LS138開始對(duì)500Hz的振蕩信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),其Y0端~Y3端依次輪流輸出高電平,使代表”石頭”,”剪刀”,”布”的燈1、2、3和4、5、6不停地循環(huán)閃亮,隨后甲,乙雙方同時(shí)松開控制按紐S1和S2,此時(shí)1~3、4~6和7~9中各有一個(gè)發(fā)光二級(jí)管仍點(diǎn)亮。</p><p>&

25、lt;b>　　五、總體設(shè)計(jì)電路圖</b></p><p>　　總體設(shè)計(jì)電路圖如圖12。</p><p>　　圖12 總設(shè)計(jì)電路圖</p><p>　　功能描述：振蕩電路振蕩工作,其振蕩頻率為500Hz.當(dāng)游戲的甲乙雙方同時(shí)按下控制按紐S1,S2時(shí),74LS290和74LS138開始對(duì)500Hz的振蕩信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),74LS138 Y0

26、端~Y3端依次輪流輸出高電平,使代表”石頭”,”剪刀”,”布”的燈1、2、3和4、5、6不停地循環(huán)閃亮,隨后甲,乙雙方同時(shí)松開控制按紐S1和S2,此時(shí)1~3和4~6中各有一盞燈仍點(diǎn)亮,通過觀察燈7、8、9中亮著的燈來分出勝負(fù)。</p><p>　　總體電路的硬件檢測(cè)結(jié)果如表5。</p><p>　　甲輸出的情況用燈1、2、3（剪刀、石頭、布）來表示</p><p>

27、　　乙輸出的情況用燈4、5、6（剪刀、石頭、布）來表示</p><p>　　燈7、8、9表示甲勝、和、乙勝</p><p>　　表5 硬件檢測(cè)結(jié)果</p><p><b>　　元器清單：</b></p><p><b>　　555定時(shí)器：1個(gè)</b></p><p>

28、<b>　　開關(guān)：2個(gè)</b></p><p>　　74LS290計(jì)數(shù)器：2個(gè)</p><p>　　74LS138譯碼器：2個(gè)</p><p>　　與門7408：11個(gè)</p><p>　　非門74LS04：6個(gè)</p><p><b>　　或門4075：3個(gè)</b><

29、/p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)</b></p><p>　　通過此次課程設(shè)計(jì)，使我了解到了數(shù)字電路在實(shí)際生活中的具體及廣泛的應(yīng)用，使我對(duì)數(shù)字電路的學(xué)習(xí)星期更加濃厚。我終于明白了學(xué)習(xí)數(shù)字電路不能只停留在理論知識(shí)上面，要結(jié)合實(shí)際操作才能更好的學(xué)好數(shù)字電路。在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在

30、這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過親自動(dòng)手制作，使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。此次設(shè)計(jì)也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時(shí)請(qǐng)教或上網(wǎng)查詢，只要認(rèn)真鉆研，動(dòng)腦思考，動(dòng)手實(shí)踐，就沒有弄不懂的知識(shí)，收獲頗豐。</p><p>　　過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游