1、课 程 设 计 说 明 书课程名称： 数字电子技术课程设计 题 目： 电子拔河游戏机 学生姓名： 专 业： 电子信息工程 班 级： 学 号： 指导教师： 李继凯 李冬梅 日 期： 2013 年 4 月 20 日电子拔河游戏机一、 设计任务与要求1设计一个模拟拔河游戏比赛的逻辑电路。2使用 15 个发光二极管，开机后只有在拔河绳子中间的发光二极管亮。3赛双方各持一个按钮，快速不断地按动按钮，产生脉冲，谁按得快，发光的二极管就向谁的方向移动，每按一次，发光二极管移动一位。4的发光二极管移到任一方的终点时，该方就获胜，此后双方的按钮都应无作用，状态保持，只有当栽判按动复位后，在拔河绳子中间的发光二极
2、管重新亮。5用七段数码管显示双方的获胜盘数。二、方案设计与论证1总体设计思路本次课程设计的题目是电子拔河游戏机，其原理可理解为甲乙两人通过按下 AB 两个按键的的快慢来让拔河游戏机的电平指示灯由中点向速度快的一方延伸，而阻止向速度慢的一方延伸。可以设想用可预置的加/减可逆计数器作主要器件，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右方延伸，相反，进行减法计数时，发亮的电平指示灯向相反方向移动。当一局比赛结束，即发亮的 LED 移动某一方的终点时，由点亮该终点灯的信号使电路封锁加/减脉冲信号的作用，既实现电路的自锁，使加/减脉冲无效。只有按
3、了复位按键双方才能继续下一局的比赛，计数器就记录双方的获胜的次数，数码管显示胜者赢的盘数。2电路设计原理拔河游戏机用 15 个电平指示灯排列成一行，开机后只有中间一个点亮，有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。最后，显示器显示胜者的盘数。图 1 电子拔河游戏机原理框图甲 方 队员乙 方 队员脉冲产生器可逆计数器译 码 器数 码 管显示 电 路乙方赢的盘数甲方赢的盘数控制器复位图 2 拔河游戏机的电路框图
4、。可逆计数器 74LS193 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。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
5、。方案一1编码电路：由双时钟二进制步可逆计数器 74LS193 构成，它有 2 个输入端，4 个输出端，能进行加减计数。2译码电路：由译码器 4514BD 的输出 Y0Y15 中选出 15 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。3控制电路：由或非门由 74LS02 构成，其作用是分出谁胜谁负。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或非门的 2 个输入端，
6、当获胜一方为“1” ，而另一方则为“0” ，或非门输出为“0” ，再送到 74LS193 计数器的置数端 ，于是计数器停止计数，处于LD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。4胜负显示：由计数器 74HC160D 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 74HC160D 计数器的 CP 端，74HC160D 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
7、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。方案二本课题，可以用两片 74LS192 代替 74LS193，先将两片 74LS192 连接成100 进制的可逆，然后将其改成十六进制的计数器。用一全加器将两片 74LS192的输出信号八位转化成四位，再接给 CC4514 的输入端。控制电路也可由异或门 74LS86 和与非门 74LS00 构成。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” ，再送到两 74LS192 计数器的置数端 ，于是计数器停止计数，处于预置状态，
8、此时，同样将各自计数器数据端LDD0、D1、D2、D3 和输出 Q0、Q1、Q2、Q3 对应相连，则输入也就是输出，从而使计数器对脉冲不起作用。其他电路基本保持不变。两个方案的对比：两个方案对比，明显方案一优于方案二，方案二要多加一块计数器和一块全加器，这样无疑增加了电路的成本，且方案一的连接较为简单，但当没有74LS193 芯片时，我们可以用方案二代替方案一。所以在方案的选择上一般选择方案一。设计方案论证：该控制系统由输入、输出和控制器模块构成。输入模块完成裁判启动命令和两个按钮信号的输入，其逻辑关系由门电路实现；控制器模块完成对输入脉冲信号的统计，由可预置加减计数器构成,其预置数为 010
9、0，作为加减计数的起点，加减计数的脉冲源分别取自两个按钮信号，计数器输出状态变量进入输出模块；输出模块完成计数器统计信号的翻译与显示(可由发光二极管完成)并给出一个此次比赛结束信号。三、单元电路设计与参数计算1触发电路：2计数电路：74LS193 是双时钟 4 位二进制同步可逆计数器。 74LS193 的特点是有两个时钟脉冲（计数脉冲）输入端 CPU 和 CPD。在RD=0、LD1 的条件下，作加计数时,令 CPD1,计数脉冲从 CPU 输入；作减计数时，令 CPU1，计数脉冲从 CPD 输入。此外，74LS193 还具有异步清零和异步预置数的功能。当清零信号 RD1 时，不管时钟脉冲的状态如
10、何,计数器的输出将被直接置零；当 RD0,LD0 时，不管时钟脉冲的状态如何，将立即把预置数数据输入端 A、B、C、D 的状态置入计数器的 QA、QB、QC、QD 端，称为异步预置数。 3. 译码电路：4.胜负显示器：74HC160 同步十进制计数器(带异步清零. )( 可直接复位与时钟无关)引脚 1-*R 2-CP 3-A 4-B 5-C 6-D 7-EN1 8-VSS9-PE 10-EN2 11-QD 12-QC 13-QB 14-QA 15-C0 16-VDD原理CP *R EN1 EN2 PE 功能Q 0 Q Q Q 复位Q 1 1 0 1 计数和 C0 复位Q 1 0 1 1 计数复
11、位Q 1 0 0 1 计数和 C0 复位上 1 Q Q 0 预置上 1 1 1 1 加计数说明: 上-上升沿 . C0 为进位输出四、总电路工作原理及元器件清单1.总电路工作原理2电路完整工作过程描述（总体工作原理）原理：甲乙两人通过按键“W” “Q”的控制来产生一个上升沿的触发，如果谁按键的频率高，则 74LS193 可逆计数器可优先收到一个脉冲，对应的管脚会给予一个信号，使得该可逆计数器做加法或者减法的运算。假如两者按下的频率一样，则可逆计数器无任何变化。然后当可逆计数器收到脉冲后做加法或者减法的计数，相对应的给予 4 线 16 线译码器 4514BD 一个信号，其控制的 15 的小灯泡会
12、按照对应的信号亮灯，最初没操作的时候中间的灯泡亮起，如果可逆计数器收到一个加法信号，则其亮起的灯泡会改为中间右起第一个，如果是收到一个减法信号，则其亮起的灯泡会改为中间左起第一个。以此类推，灯泡会随着左右移动，当灯泡移动到最左或者最右边的时候就停止了移动，此时不管按下“Q” “W”都不能改变灯泡的位置，然后数码显示管则显示对应的数字。即记录胜负的局数。要想在原来的基础局数上再来一局，只要按下“space”键即可，如果想要全部清零，则只需按下“A”即可。3.元件清单芯片 数量(片)74LS192(同步二进制可逆计数器) 14514BD (4 线16 线译码器) 174LS02（四 2 输入与非门
13、） 17402N(或非门) 27405N(反相器) 274HC160D(十进制计数器) 2五、结论与心得本次课程设计后我对数字电子技术有了更进一步的熟悉，实际操作和课本上的知识有很大联系，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。通过设计拔河游戏机控制电路，让我对数字逻辑这门课有了更深刻的了解，对电子器件的认识也不再停留在字面上，实现了从理论到实践的飞跃。我了解到理论和实践是分不开的。只有理论不行，当你面对一堆元气件时，你会茫然不知所措；可只懂实践也不行，当别人问你为什么会这样，怎么样才算正确，你如果说凭感觉是不足以服人的。学习的目的就是去应用，只有实践才能将书本知识转化为实用的技能。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的指导和同学的共同努力下，终于游逆而解。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅。
