15人电子拔河游戏机设计

目录一、设计原理 (1)二、设计任务 (2)三、设计电路 (3)四、总设计方案 (4)五、设计设备及元器件 (5)六、单元电路设计 (6)1、编码电路 (6)2、整形电路 (6)3、译码电路 (7)4、控制电路 (8)5、胜负显示 (9)6、复位 (9)七、设计过程所遇困难及解决方法 (11)八、所选用集成电路的引脚图 (12)九、总体电路的软件仿真测试 (13)十、设计结论和心得感悟 (15)十一、参考文献 (16)十二、致谢 (17)课程设计课程名称数字电子技术课程设计题目名称拔河游戏机的设计专业班级12电气工程及其自动化一班学生姓名周学良学号51201020015指导教师杨春兰二〇一四年六月十三日课程设计拔河游戏机一、设计原理电子拔河游戏机是一种能容纳甲乙双方参赛游戏电路。

由一排发光二极管表示拔河的“电子绳”。

由甲乙双方通过按纽开关使发光二极管向一方的终点延伸，当延伸到某方的最后一个发光二极管时，则该方获胜，连续比赛多局以定胜负二、设计任务给定设计设备和主要元器件，按照电路的各部分组合成一个完整的拔河游戏机。

1、拔河游戏机需用15个发光二极管排列成一行，开机后只有中间一个点亮，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。

移到任一方终端二极管点亮，这一方就得胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经复位后才使亮点恢复到中心线。

2、显示器显示胜者的盘数。

LED数码管是常用的数字显示器，本设课程计采用七段二极管（LED）数码管作为取胜计数器，，LED发光二极管计数，可用来显示0-9十进制数。

每段二极管通常约为2-2.5V，当比赛亮点移到某一方终端，这一方就得胜，，LED数码管计记下此次获胜，并在之后的人连续比赛中累加计数，在计数之前需复位。

三、设计电路设计电路原理框图图3-1所示。

图3-1 拔河游戏机线路框图整机电路图图3-2所示图3-2整机电路图四、总设计方案采用计数器74LS193编码电路, 利用与门74LS08和与非门74LS00产生脉冲,然后通过线译码器CC4514将电路译出, 经过或非门74LS02控制,最后计数器CC4518和译码显示器显示结果输出。

要用排成一排的15个LED灯代表绳子，则15个LED灯中要有一个与其他的十四个不一样，用点亮来表示该灯，则LED灯应与74LS138译码器的输出相连。

绳子移动，即LED灯的移动点亮问题，可以看出译码器输入接的是一个计数器。

双方拔河时，以按键的快慢来使灯的点亮左右移动，可以看出一方的按键进行加法计数，一方的按键进行减法计数。

移动到一方终端，比赛结束,按键均无作用，输出保持，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,使加减脉冲无效，只有经复位后才使亮点恢复，同时，使计分电路自动加分.五、设计设备及元器件1、＋5V直流电源接地端2、1k电阻4个450Ω电阻15个逻辑电平开关4个74LS02D 1个与非门74L00D 8个与门74LS08D 2个与非门74L193D 1个双时钟4位二进制同步可逆计器4514BD_5V1个1-16解码器/ demult W /输入锁存器4518BD_5V 2个双BCD计数器发光二极管15个指示LED orange 2个指示计数六、单元电路设计可逆计数器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发光二极管点亮。

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发光二极管点亮并产生位移，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。

将双方终端二极管的正端分别经两个与非门后接至二个十进制计数器CC4518的允许控制端EN，当任一方取胜，该方终端二极管点亮，产生一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。

1、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，因此选用74LS193双时钟二进制同步加/ 减计数器来完成。

2、整形电路图6-1，74LS193是可逆计数器，控制加减的CP脉冲分别加至5脚和4必须接高电平；进行脚，此时当电路要求进行加法计数时，减法输入端CPD也必须接高电平，若直接由A、B键产生的脉冲减法计数时，加法输入端CPU加到5脚或4脚，那么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，这样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。

整形电路由与门74LS08D和与非门73LS00D实现。

图6-1 整形电路3、译码电路～Q14分接15图6-2，选用4－16线CC4514译码器。

译码器的输出Q个）个发光二极管，二极管的负端接地，而正端接译码器；这样，当输出为高电平时发光二极管点亮。

比赛准备，译码器输入为0000，Q输出为“1”，中心处二极管首先点亮，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。

图6-2 译码电路4、控制电路图6-3，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74LS02D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”，而另一方则为“0”，异或门输出为“1”，经非门产生低电平“0”，再送到计数器的置数端PE，于是计数器停止计数，处于预置状态，由于计数器数据端和输出端对应相连，输入也就是输出，从而使计数器对输入脉冲不起作用。

图6-3 控制电路5、胜负显示图6-4，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码分别接到设计装置的两组译码显示器的A、B、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，若一位数不够，则进行二位数的级联。

6、复位图6-4，为能进行多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4518BD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4518BD的清零端R，使其重新计数。

图6-4 胜负计数及其复位七、设计过程所遇困难及解决方法问题1：电路设计后试验，灯不移动解决方案：检查两个复位端的状态，发现均为高电平状态，立即从新仿真并更改状态。

问题2： A端开关使灯正常移动，B端拨动开关灯不移动。

解决方案：点击工具→电气规则检查→未连接引脚，检查出来几条未连接引脚，删除引线并从新连接。

问题3： Multisim10软件已经有半年没有使用，使用起来稍微有些生疏；本次仿真电路中涉及到CMOS芯片和译码数码管，这些内容在原来电路计算机辅助设计中没有使用过。

经过重新反复练习再次熟练使用multisim仿真软件；multisim不熟悉的元器件通过网络搜索和自学摸索相结合掌握其功能和使用。

八、所选用集成电路的引脚图74LS00的引脚图 74LS08的引脚图74LS02的引脚图 74LS 193的引脚图CC4518的引脚图4线－16线译码器CC4514的引脚图D 1 Q 1 Q 0 CP D CP U Q 2 Q 3 GND123DSS0 17 6 5 43 1 20 SS九、总体电路的软件仿真测试图9-1，在multisim10软件环境下，做出如图的仿真电路。

点下仿真按钮，使计分显示电路清零复位，拨动开关C，使计数编码电路清零复位。

观察到此时数码管显示计数0-0,，电子绳中间LED灯亮。

反复拨动开关A（甲信号）,观察到电子绳上LED亮灯向左移动，反复拨动开关2（乙信号）观察到电子绳上LED亮灯向右移动；同时反复拨动开关1、2，电子绳上LED亮灯左右移动。

当电子绳LED亮灯移动到最左端时，继续拨动开关1、2,，观察到LED亮灯不再移动，计分显示电路的数码管显示计分1-0.拨动开关C，使计数电路清零复位（裁判命令：比赛另一局重新开始），观察到电子绳又恢复中间LED亮灯的初始状态。

（再次拨动开关1、2，当电子绳LED亮灯移动到最右端时，继续拨动开关1、2,，观察到LED亮灯不再移动，计分显示电路的数码管显示计分1-1。

继续重复几次比赛过程，发现仿真电路都可以正常完成电子拔河游戏机的设计要求.电路仿真结论：仿真电路正确无误，可以满足电子拔河游戏的设计要求。

图9-1电路总图十、设计结论和心得感悟本次设计让我对数字电子技术有了更进一步的了解，课本所讲和实际操作有很大联系，也有很大区别，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。

本次实验过程中老师还教会我另一个道理，那就是实验的过程中遇到问题不要总问其他人要自己多思考，仔细检查，找出问题的所在，切实提高自己的动手能力。

现在都有些庆幸，当时老师没有给我指导，而是让我自己去检查。

我还学到了实验并不是想象中的那么简单，一个实验需要耗费好多的人力和时间，我们这个只是个一般的实验都有这么的问题，在工程中，有好多庞大的电路，肯定有更多的问题需要解决，就需要我们花费更多精力去解决，需要我们有着充足的耐心去排除故障。

十一、参考文献[1] 数字电子技术简明教程高等教育出版社余孟尝主编[2] 电子技术试验与multisim仿真合肥工业大学出版社王艳春主编[3] 百度文库文献百度有限公司[4] 模拟电子技术基础简明教程高等教育出版社杨素行主编十二、致谢首先应该感谢本课题的指导老师杨春兰老师，从软件仿真到硬件调试他都一直在旁耐心指导，如果没有杨春兰老师的帮助和支持，本次课程设计我们会遇到更多麻烦和困难。

其次，要谢谢刘娜老师，她教会了我很多电路知识，我才可以有能力做完这个课程设计，然后，还要感谢我自己坚持女努力吃苦耐劳。

最后，感谢学校开设这门电子设计实践课程，让我们把两个学期学习的电子技术理论课程（模拟、数字）付诸于实践，进行实物电路设计，这对我们各项能力的提高和将来的发展大有帮助。