拔河游戏机设计

数字电路课程设计报告

设计课题： 拔河游戏机

专业班级： 20071461班光信专业

学生姓名： 汪 成

学 号： 2006146125

学生姓名： 李 国 锋

学 号： 2006146205

指导老师： 冉 昌 艳

设计时间：2010年6月8日

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一、 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我方延伸，而阻止其向对方延伸。可以设想用可预置的加/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甲方延伸，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，只有裁判员按了复位按键双方才能继续下一盘的比赛，而计数器就记录双方的获胜的次数。

二、 总体方案设计

2．1 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)控制电路部分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，其进入方向则由参赛双方的按键信号决定。

2．2 电路原理图：

图一， 图二分别为拔河游戏机的电路框图、整机逻辑图。 3

2．3 电路工作原理：

可逆计数器CC40193原始状态输出4位二进制数0000，经译码器输出使中间的一只电平指示灯Q0点亮。当按动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点亮并产生位移，当亮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，而对输入脉冲不起作用。如按动复位键，亮点又回到中点位置，比赛又可重新开始。 4

将双方终端指示灯的正端分别经两个与非门后接到2个十进制计数器CC4518的使能端EN，当任一方取胜，该方终端指示灯点亮，产生1个下降沿使其对应的计数器计数。这样，计数器的输出即显示了胜者取胜的盘数。

2．4 各单元电路的设计：

1.编码电路的设计：

由双时钟二进制同步可逆计数器CC40193构成，它有2个输入端，4个输出端，能进行加／减计数。通过编码器来控制电平指示灯的显示，加计数时向右移动，进行减计数时，向相反方向移动。

、

2.整形电路设计：

由与门CC4081和与非门CC4011构成。因CC40193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CPU也必须接高电平，若直接由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，从而使每按一次键都有可能进行有效的计数。电路图如下图所示：

3.译码电路：

由4线－16线译码器CC4514构成。译码器的输出Q0～Q15中选9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0000，Y0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。电路图如下图所示： 5

4.控制电路：

由异或门CC4030和与非门CC4011构成，其作用是指示出谁胜谁负。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。将双方终端指示灯的正接至异或门的2个输入端，当获胜一方为“1”，而另一方则为“0”，异或门输 出为“1”，经与非门产生低电平“0”，再送到CC40193计数器的置数端,于是计数器 停止计数，处于预置状态，由于计数器数据端D0、D1、D2、D3和输出Q0、Q1、Q2、Q3对应相连，输入也就是输出，从而使计数器对脉冲不起作用。电路图如下图所示：

5.胜负显示：

由计数器CC4518和译码显示器构成。将双方终端指示灯正极经与非门输出后分别接到2个CC4518计数器的EN端，CC4518的两组4位BCD码分别接到实验箱中的两组译码显示器的8、4、2、1插孔上。当一方取胜时，该方终端指示灯发亮，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，若1位数不够，则进行2位数的级连。电路图如下：

6.复位控制：

CC40193的清零端CR接一个电平开关，作为一个开关控制，进行多次LD 6

比赛而需要的复位操作，使亮点返回中心点。

CC4518的清零端RD也接一个电平开关，作为胜负显示器的复位来控制胜负计数器使其重新计数。其中CC4518功能表下表所示：

输 入

输出功能 时钟

CP 清零

RD 使能

EN

× 1 × 全部为0

↑ 0 1 加计数 0 0 ↓

↓ 0 ×

保持 × 0 ↑

↑ 0 0

1 0 ↓

三、 元器件的使用：

3．1元器件的选用：

CC4514 4线—16线译码器 1片

CC4518 双同步十进制计数器 1片

CC40193 同步二进制可逆计数器 1片

CC4011 四2输入与非门 3片

CC4081 四2输入与门 1片

CC4030 四2输入异或门 1片

电阻： 1KΩ 4个

200 Ω 9个

Led（red） 9个

3.2电路仿真图： 7

U2A4011BD_5VU9A4081BD_5VU1040193BP_5VO03O12O26O37~TCU12P015P11P210P39~PL11CPU5MR14CPD4~TCD13R11k¦¸U1A4011BD_5VU5A4011BD_5VR21k¦¸R31k¦¸R41k¦¸U3A4011BD_5VU4A4011BD_5VU6A4011BD_5VU7A4081BD_5VU8A4011BD_5VU11A4011BD_5V3452J1Key = SpaceJ3Key = Space1678101191314U12B4011BD_10VU13A4030BD_5VU144514BD_5VO011O19O210O38O47O56O65O74A02A13A221EL1~E23A322O818O917O1020O1119O1214O1313O1416O151515171820J2Key = Space21VCC5V0VCCGNDGNDVCC5VGNDGNDVCCLED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7LED8LED9R10200¦¸U15A4518BD_5V1A31B41C51D6EN12MR17CP11U164511BD_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3U184511BD_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3R14200¦¸R15200¦¸R16200¦¸R17200¦¸R18200¦¸R19200¦¸R20200¦¸R21200¦¸23242526272830313233343536373839U19B4011BD_10V22U20B4011BD_10VGNDU21ABCDEFGCKU22ABCDEFGCK29U23B4518BD_5V1A31B41C51D6EN12MR17CP114243444546GNDGND61626364GNDGND40J4Key = SpaceVCC5VVCC041191216VCC5V0VCCGND4748495051545556575852535960

四、 总结

4．1 实验评价：

本课题所设计的拔河游戏机主体大概是由9个电平指示灯组成“电子绳”，由可逆计数器CC40193构成编码电路，由译码器CC4514构成译码器电 路，由计数器CC4518作为胜负的显示。

4．2 心得体会：

课程设计是培养学我们综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程. 此次拔河游戏机课程设计，我仍体会颇深。从中学到很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计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。在设计的过程中，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的很多的不足，自己知识的很多漏洞，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说触发器的运用还是不怎么熟识，对CC40193193计数器的逻辑功能还是不怎么了解,multisim10不怎么会用„„看到了自己基础知识还是不够扎实，实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还待急需提高。通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。虽然8

这只是一次的较简单的课程设计，可是也耗费了我们不少的心血。无论如何，就当它是一次数电的复习课吧！同时也作了一次很好的复习！

参考文献：

1、《电子技术基础 实验与课程设计》 高吉祥主编 电子工业出版社

2、《电子线路实验》(第二版) 方建中主编 浙江大学出版社

3、《数字电路 设计与制作》 彭军译主编 科学出版社

4、《电子技术基础（数字部分）》第四版 康华光主编 高等教育出版社

5、《电子技术课程设计指导》 彭芥华主编 高等教育出版社