1、 欽 州學院數字電子技術課程設計報告拔河游戲機的設計 院 系 物理與電子工程學院 專 業 工業自動化 學 生 班 級 2011級2班 姓 名 梁承林 劉金勝 林富卓 學 號 1105402221 1105402217 1105402224 指導教師單位 欽州學院 指導教師姓名 黃際樂 指導教師職稱 講 師 2014年10月拔河游戲機的設計工業自動化專業2011級 梁承林 劉金勝 林富卓指導教師 黃際樂 摘要 ：（1）本課題所設計的拔河游戲機由 9 個電平指示燈排列成行，開機之后只有中間一個指示燈燈亮，以此作為拔河的中心線，游戲雙方各持一個按鍵，迅速的不斷的產生脈沖，誰按得快，亮點向誰方向移動，

2、每按一次，亮點移動一次。移到任一方終端指示燈亮，這一方就獲勝，此時雙方按鍵均無作用輸出保持，只有經裁判復位后才使亮點恢復到中心線。（2）當一局比賽結束后，由點亮該終點燈的信號使電路封鎖加減脈沖信號的作用，即實現電路自鎖，使加減脈沖無效。同時，使計分電路自動加分。（3）控制電路部分應能控制由振蕩器產生的脈沖信號進入計數器的加減脈沖輸入端，其進入方向則由參賽雙方的按鍵信號決定。 關鍵詞 ： 拔河，游戲機，設計 設計目的 :通過設計一個簡易拔河比賽游戲機。 1熟練掌握proteus軟件的使用方法； 2能利用proteus進行一個電子技術綜合問題的設計； 3掌握prote

3、us各種數字芯片接口的靈活運用,培養實驗的仿真技能； 4掌握按鍵分配、CLOCK調用、LED數碼管等外圍接口的運用； 5通過proteus軟件仿真理解并做出實物圖； 6培養分析、尋找和排除電子電路中常見故障的能力。設計技術指標與要求 :（1）基本功能拔河游戲機需用9個發光二極管排列成一行，開機后只有中間一個點亮，以此作為拔河的中心線，游戲雙方各持一個按鍵，迅速地、不斷地按動產生脈沖，誰按得快，亮點向誰方向移動，每按一次，亮點移動一次。移到任一方終端二極管點亮，這一方就得勝，此時雙方按鍵均無作用，輸出保持。只有經復位后才使亮點恢復到中心線，比賽才可重新開始；用七段L

4、ED數碼管顯示勝者的盤數。（2）設計成果要求利用集成芯片、分立元件制作線路板，實現有關電路功能； 設計報告一份。（3）主要器件萬能板、+5V直流電源、數碼管×2、邏輯電平開關×4 、4線16線譯碼分配器（CD4514×1）、同步遞增遞減 二進制計數器（74ls193×1）、十進制計數器（CD4518×1）譯碼器（CD4511×2）、與門（CD4081×1）、與非門（CD4011×3）、異或門（CD4030×1）發光二極管LED×9、電阻（1K×4、200×9） 目錄 前言11

5、 拔河游戲機11.1 設計思想 11.1.1 設計方案11.2 拔河游戲機控制電路各單元電路設計21.2.1 整形電路設計21.2.3 基本RS觸發器31.3.1 整形電路41.3.2 編碼電路設計41.4.1 譯碼電路設計 51.4.2 集成芯片CD451451.5.1 控制電路設計61.5.2 勝負顯示電路設計71.5.3 集成芯片CD4518 71.5.4 集成芯片CD4511 81.5.5 復位電路設計92.1拔河游戲機整體電路設計102.1.1 整體電路仿真圖102.2 實物圖 113 實驗體會 134 附錄 14附錄一 元器件清單14附錄二 參考文獻151欽州學院本科課程設計前言

6、在拔河游戲機所采用的是可逆計數器 74ls193 和 4 線-16 線譯碼器 CC4514 以及與非門異或門組成的簡單游戲機。主要通過與非門，實現脈沖整形，使電路穩定，輸入脈沖不會起沖突。然后 CC40193 進行脈沖計數，以及控制端對其進行控制。而 CC4514 所起的作用是譯碼，顯示一局中兩放的勝負。數碼管起顯示整個比賽中游戲的勝負的作用，簡單方便易于操作。 在學了數字電子技術基礎這門課后，設計這個拔河游戲比賽，很是恰到好處，本設計主要是設計報告，如何設計拔河游戲機比賽以及軟件的仿真。圖1 拔河游戲機的原理框圖1 拔河游戲機1.1 設計思想1.1.1 設計方案方案一：可逆計數器74ls19

7、3原始狀態輸出4位二進制數0000，經譯碼器輸出使中間的一只發光二極管點亮。當按動A、B兩個按鍵時，分別產生兩個脈沖信號，經整形后分別加到可逆計數器上，可逆計數器輸出的代碼經譯碼器譯碼后驅動發光二極管點亮并產生位移，當亮點移到任何一方終端后，由于控制電路的作用，使這一狀態被鎖定，而對輸入脈沖不起作用。如按動復位鍵，亮點又回到中點位置，比賽又可重新開始。將雙方終端二極管的正端分別經兩個與非門后接至二個十進制計數器CC4518的允許控制端EN，當任一方取勝，該方終端二極管點亮，產生一個下降沿使其對應的計數器計數。這樣，計數器的輸出即顯示了勝者取勝的盤數。方案二：可以用兩篇74LS192代替CC40

8、193，先將兩片73LS192連接成100進制的可逆，然后將其改成十六進制的計數器。用一全加器將兩片74LS192的輸出信號八位轉化成四位，再接給CC4514的輸入端。電路的其他部分不變。由以上兩方案比較可知，明顯方案一優于方案二，方案二要多加一塊計數器和一塊全加器，增加了電路的成本，且方案一的連接較為簡單，方案二分析更為復雜一些。由以上兩方案比較可知，明顯方案一優于方案二，方案二要多加一塊計數器和一塊全加器，增加了電路的成本，且方案一的連接較為簡單，方案二分析更為復雜一些。設計電路框圖如圖一所示：1.2 拔河游戲機控制電路各單元電路設計 1.2.1整形電路設計 由與門CD4011和與非門CD

9、4081構成。1.2.2仿真圖圖如下所示：1.2.3基本RS觸發器引腳圖:基本RS觸發器功能表RSQ10101011不變00不定機械開關接通時，由于振動開關會使電壓或電流波形產生“毛刺”，利用基本RS觸發器的記憶作用可以消除上述開關振東所產生的影響，設單刀雙擲開關原來與B點接通，這時觸發器的狀態為0。當開關由B撥向A時，其中有一短暫的浮空時間，這時觸發器的RS均為1，Q仍為0。中間觸點與A接觸時，A點的電位由于振動而產生“毛刺”。但是，首先是B點已經為高電平，A點一旦出現低電平，觸發器的狀態翻轉為1，即使A點再出現高電平，也不會再改變觸發器的狀態，所以Q端的電壓波形不會出現“毛刺”現象。1.3

10、.1整形電路若直接由A、B鍵產生的脈沖加到5腳或4腳，那么就有很多時機在進行計數輸入時另一計數輸入端為低電平，使計數器不能計數，雙方按鍵均失去作用，拔河比賽不能正常進行。加一整形電路，前兩個與非門組成一個基本RS觸發器，在按鈕的作用下產生脈沖，后一個與門和兩個與非門組成一個整形電路其作用是產生一個占空比很大的脈沖信號，這樣就減少某一方在計數時另一方輸出為低電平的概率，使甲乙雙方都能有效計數。1.3.2編碼電路設計74LS193是加/減可逆計數器，控制加減的CP脈沖分別加至5腳和4腳，其內部主要由四位D型觸發器組成。當CR為高電平時，計數器置零。當 LD為低電平時，進行預置數操作，D0D3上的數

11、據置入計數器中，計數器操作由兩個時鐘輸入控制。當CPD=“1”時，在CPU上跳變時計數器加1計數;當CPU=“1”時，在CPD上跳變時計數器減1計數。原理圖如下所示：CC40193引腳圖1.4.1 譯碼電路設計選用416線CC4514譯碼器。譯碼器的輸出Y0Y14 分接9個發光二極管，二極管的負端接地，而正端接譯碼器；這樣，當輸出為高電平時發光二極管點亮。比賽準備，譯碼器輸入為0000，Y0 輸出為“1”，中心處二極管首先點亮，當編碼器進行加法計數時，亮點向右移，進行減法計數時，亮點向左移。1.4.2集成芯片CC4514注：CC4514 4線16線譯碼器引腳排列及功能： A0A3 數

12、據輸入端 ；INH 輸出禁止控制端；LE 數據鎖存控制端；Y0Y15 數據輸出端CC4514 功能表輸   入 高電平輸出端 輸   入 高電平輸出端 LEINHA3A2A1A0LEINHA3A2A1A0100000YO101001Y9100001Y1101010Y10100010Y2101011Y11100011Y3101100Y12100100Y4101101Y13100101Y5101110Y14100110Y6101111Y15100111Y711× × × × 無 10100

13、0Y800× × × × 輸出狀態鎖定在上一個LE“1”時，A0A3的輸入狀態 1.5.1 控制電路設計為指示出誰勝誰負，需用一個控制電路。當亮點移到任何一方的終端時，判該方為勝，此時雙方的按鍵均宣告無效。此電路可用異或門CD4030和與非門CD4011來實現。將雙方終端二極管的正極接至異或門的兩個輸入端，當獲勝一方為“1”，而另一方則為“0”，異或門輸出為“1”，經非門產生低電平“0”，再送到74LS193計數器的置數端，于是計數器停止計數，處于預置狀態，由于計數器數據端A、B、C、D和輸出端QA、QB、QC、QD對應相連，輸入也就是輸出，從而使計數器

14、對輸入脈沖不起作用。仿真圖如下所示：1.5.2 勝負顯示電路設計將雙方終端二極管正極經非門后的輸出分別接到二個CC4518計數器的EN端，CC4518的兩組4位BCD碼分別接到實驗裝置的兩組譯碼顯示器的A、B、C、D插口處。當一方取勝時，該方終端二極管發亮，產生一個上升沿，使相應的計數器進行加一計數，于是就得到了雙方取勝次數的顯示，若一位數不夠，則進行二位數的級聯。1.5.3 集成芯片CC4518 CC4518為雙BCD加計數器，該器件由兩個相同的同步4級計數器組成。計數器級為D型觸發器。具有內部可交換CP和EN線，用于在時鐘上升沿或下降沿加計數。在單個單元運算中， EN輸入保持高電平，且在C

15、P上升沿進位。CR線為高電平時，計數器清零。計數器在脈動模式可級聯，通過將Q3連接至下一計數器的EN輸入端可實現級聯。同時后者的CP輸入保持低電平。CC4518引腳圖注：1CP、2CP 時鐘輸入端 1R、2R 清除端 1EN、2EN 計數允許控制端1Q01Q3 計數器輸出端 2Q02Q3 計數器輸出端 CC4518功能表輸   入 輸出功能 CPREN 01加 計 數 00 加 計 數 0× 保   持 × 0 0010 × 1× 全部為“0” 1.5.4 集成芯片CC4511 將輸入BCD標準

16、代碼變換成驅動七段數碼管所需的碼信號，又稱四線七段鎖存譯碼管其中四線AD為BCD碼輸入端， a、b、c、d、e、f、g 譯碼輸出端，輸出“1”有效，用來驅動共陰極LED數。CC4511內接有上拉電阻，故只需在輸出端與數碼管筆段之間串入限流電阻即可工作。譯碼器還有拒偽碼功能，當輸入碼超過1001時，輸出全為“0”，數碼管熄滅。 測試輸入端，“0”時，譯碼輸出全為“1”。 消隱輸入端，“0”時，譯碼輸出全為“0”。 LE 鎖定端，LE“1”時譯碼器處于鎖定（保持）狀態，譯碼輸出保持在LE0時的數值，LE0為正常譯碼。CC4511引腳圖CC4511功能表輸 入輸 出LEDCBAabcdefg顯示字形

17、××0××××1111111×01××××0000000消隱0110000111111001100010110000011001011011010110011111100101101000110011011010110110110110110001111101101111110000011100011111110111001111001101110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000

18、000消隱01111110000000消隱111××××鎖 存鎖存1.5.5 復位電路設計為能進行多次比賽而需要進行復位操作，使亮點返回中心點，可用一個開關控制CC40193的清零端R即可。勝負顯示器的復位也應用一個開關來控制勝負計數CC4518的清零端R，使其重新計數。2.1拔河游戲機整體電路設計2.1.1 整體電路仿真圖2.1.2比賽中：2.2實物圖正面反面運行比賽效果圖：3.實驗體會在做本次課程設計的過程中，我感觸最深的就是查閱大量的設計資料了。為了使自己的設計更加完善，查閱這方面的設計資料是十分必要的，也是必不可少的。在設計的過程中，我再一次了解

19、了集成芯片74LS193 CC4514CC4518和CC4511功能特性，并且和課本上所學的集成芯片作比較，是自己對這一塊的知識認識的更為深刻。另外，通過畫Proteus原理圖，學會了有關Proteus的不少基礎知識，雖然過去從未獨立應用過它，但在學習的過程中帶著問題去學我發現效率是非常高的。這是我做課程設計的又一收獲。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為自己服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。雖然在設計的過程中遇到了各種各樣的問題，但是在解決這些問題的過程無疑也是對自己自身專業素質的一種提高與肯定。遇到不懂的問題時，利用網上和圖書館的資源，搜索查找得到需要的信息。和組員之間相互討論，明白了團隊合作的重要性。小組人員的配合相處，以及自身的動腦和努力，都是以后工作中需要的。此次設計不僅增強了自己在專業設計方面的信心，鼓舞了自己，更是一次興趣的培養。這次課程設計，由于自己理論知識的不足，再加上平時沒有什么設計經驗，設計方面還是存在一定的缺陷，還望老師批評指正。4 附錄附錄一 元器件清單1) 5V直流電源  2) 譯碼顯示器3)