1、滁州學院課程設計報告課程名稱： 數字邏輯課程設計 設計題目： 猜數字游戲的設計 院 部： 計算機與信息工程 專 業： 網絡工程 組 別： 第五組 起止日期: 2012年5月28日 2012年6月15日 指導教師: 張永定 計算機與信息工程學院二一二年、課程設計題目猜數字游戲的設計組長嚴盼盼學號2011211329班級網工112班院部計算機與信息工程專業網絡工程組員武倩 閆靜 周晶晶 夏艾指導教師張永定課程設計目的1.設計一個具有用保存用來進行比較的數據，輸入新的數據通過比較器與保存的數據進行比較，用計數器進行計數統計功能的電路。2.通過此次實驗加深對所學數電知識的運用。3.鍛煉Multisim

2、 10的仿真能力和硬件調試能力。課程設計所需環境硬件環境：微型計算機軟件環境：Windows XP Multisim 10課程設計任務要求1.猜數字游戲由若干個按鍵、若干個發光二極管。2.輸入為六位二進制數，與正確值進行比較，判斷得出結果。3.如果出現連續5次猜錯，則紅燈亮，表示游戲結束。4.游戲開始時，可以對存儲值進行設置。課程設計工作進度計劃序號起止日期工 作 內 容分工情況15.286.2課程內容介紹和查找資料嚴盼盼 ：介紹課程內容武倩、閆靜、周晶晶、夏艾：查找資料26.36.6設計總體思路，基本原理和框圖嚴盼盼 ：分析數字電路所需的芯片36.76.10單元電路設計嚴盼盼：對電路進行總設

3、計武倩、閆靜、周晶晶：負責了解各芯片功能夏艾：負責連接線路46.116.12搭建仿真電路并進行測試，調試電路嚴盼盼 、 周晶晶 ：搭建電路武倩、閆靜、夏艾：故障分析并進行改進56.136.15整理文檔與總結武倩：負責整理文檔指導教師簽字： 年 月 日系（教研室）審核意見：系（教研室）主任簽字： 年 月 日課程設計任務書目錄1 引言42 需求分析42.1.題目42.2.設計要求與目的42.3.設計思想概述42.3.1器件選擇42.3.2系統分析52.4運行環境53 概要設計64 詳細設計64.1完成此實驗需要的芯片及其功能64.2實驗步驟85 調試與操作說明96 課程設計總結與體會137 致謝1

4、38 參考文獻149 附錄141 引言當今社會中，數字時代已經成為一種現實，并且無時無刻不在影響著人們的日常生活，作為數字世道最基本的課程數字電子電路，更無疑具有著基礎的作用，而數字電路課程設計便是培養這種能力，掌握這門課程的一種很好的實踐，更是對培養學生理論聯系實際的實際動手能力，嚴謹的實驗作風有著重要的意義。數字游戲設計作為近年來快速發展的新興學科，具有前沿性、交叉性等特征，具有其自身的技術要求、藝術特性和創新規律，具有成熟的學科基礎和明確的學科定位，已經具備設立獨立專業的基本條件。而筆者立足于數字邏輯這門課程的知識體系，力求通過本學科的一些知識對猜數字游戲顯示電路進行模擬和作出一些分析改

5、進。希望通過本次設計實踐，達到三個目的，一是用已學的知識對猜數字游戲控制電路進行詳盡的分析與模擬；二是鍛煉自己的動手實踐能力；三是在設計進行中進行模塊劃分，培養我們的模塊化設計意識，同時加強團隊合作能力。2 需求分析2.1 題目：猜數字游戲的設計2.2 設計要求與目的： 猜數字游戲由若干個按鍵、若干個發光二極管。 輸入為六位二進制數，用單刀雙擲開關來輸入，當輸入結束后，按確認鍵進行比較，如果與存儲的數字相同則綠燈亮，如果輸入比存儲值大，則藍燈亮，如果輸入比存儲值小，則黃燈亮，可以繼續輸入數字并驗證。 如果出現連續5次猜錯，則紅燈亮，表示游戲結束。 戲開始時，可以對存儲值進行設置分析。2.3 設

6、計思想概述:器件選擇 放置8個單刀雙擲開關：其中6個開關既用來送值給寄存器，又同時完成輸值猜數功能；再用一個開關來實現上升沿觸發完成送數功能；有一個開關也是實現上升沿觸發實現計數統計功能，同時此開關通過上升沿的觸發將比較器中的比較結果送到存儲器中（開關的一次打開就完成一次猜值的輸入比較并實現上升沿的觸發完成計數）。 需對正確數字（也就是存儲值、擬定為48）的存儲，所以采用基本寄存器（4邊沿D觸發器74LS175D）對數據48進行存儲；由于是6位二進制數，所以需用2個基本寄存器進行級聯使用。 要完成存儲數與所猜數的比較判斷，所以采用4位數值比較器（74LS85N）；同時是6位二進制數與6位二進制

7、數之間的比較，所以需用2個4位數值比較器進行級聯使用。 需對所猜值次數的統計，所以采用4位二進制同步加法計數器（74161N）來完成計數功能。 分別用三個燈泡（藍綠黃各一個）來顯示輸值與存儲值得大小關系，再用一個紅燈泡來判斷是否猜錯5次。（電路中又外加4個橙色的燈泡來顯示計數時的逐步累加情況）。 用一個與門來連接到計數器上OA與OC的引腳上，來集成數值5（101）。 用一個非門來連接綠燈和計數器上的端，因為一旦綠燈亮表明猜對，計數器就沒有必要顯示，讓其清零，而綠燈不亮通過非門的取反作用就保證了CLK端接高電平，具有計數功能。 因為猜值的過程中，應按照先猜數計數最后再顯示結果的過程，所以在放置一

8、個基本寄存器（4邊沿D觸發器74LS175D）在比較器的輸出端，這樣開關Key=Y由低電平到高電平就先完成了猜數值的計數，再實現了兩值的比較。系統分析用開關Key=6、5、4、3、2、1分別存儲由高到低存儲6位二進制數。假如設置存儲的數值為110000，則可能的結果有：表21Y654321S燈泡顏色猜字結果說明01100000值未送入寄存器，比較器中A=48，B=001100000->1值送入寄存器，比較器中A=48，B=480->11110001藍燈偏大猜錯了輸值是56，比較器中A=56，B=48，計數器加1，計為10->11010001黃燈偏小猜錯了輸值是40，比較器中A

9、=40，B=48，計數器加1，計為20->11111001藍燈偏大猜錯了輸值是60，比較器中A=60，B=48，計數器加1，計為310->10101001黃燈偏小猜錯了輸值是20，比較器中A=20，B=48，計數器加1，計為40->11001111黃燈偏小猜錯了,累計5次，游戲結束輸值是39，比較器中A=39，B=48，計數器加1，計為520->11100001綠燈猜對了，游戲結束輸值是48，比較器中A=48，B=48，計數器清零2.4運行環境軟件環境：windows xp Multisim10 硬件環境：微型電腦3 概要設計整個系統包括控制單元、信息處理單元1、信息處

10、理單元2、信息處理單元3、存儲單元和顯示單元五個邏輯部分。控制單元有：開關；信息處理單元1有：計數器和非門；信息處理單元2有：集成數值比較器和輸入猜字的值的開關；信息處理單元3有：計數器；存儲單元有：集成寄存器和輸入存儲值的開關；顯示單元有：亮不同顏色的燈泡顯示、猜字結果大小的顯示、游戲結束的顯示。 圖3-1 系統總設計框圖正如圖3-1系統框圖所示，控制單元只執行兩項任務：輸入存儲的數值和輸入猜的數值；信息處理單元1：主要是對輸入的次數進行統計；信息處理單元2：主要是對猜的數值和儲存的數值進行比較大小；信息處理單元3：主要是控制顯示單元的燈泡亮和滅，起到監督作用；存儲單元：主要是將輸入的數值儲

11、存起來并將其送到比較器中；顯示單元則執行各個部分的顯示功能，例如：猜的數值過大，則藍燈亮，連續五次猜字過后紅燈亮了，則表明游戲結束了。4 詳細設計該猜數字游戲的設計是利用寄存器存儲功能，比較器比較數據，計數器對比較結果進行統計，從而實現猜數字游戲的設計功能。4.1完成此實驗需要的芯片及其功能74161N同步4位二進制加法計數器：CLK是輸入計數脈沖，也就是加到各個觸發器的時鐘信號端的時鐘脈沖，CLR是清零端；LOAD是置數控制端；ENP和ENT是兩個計數器工作狀態控制端；A-D是并行輸入數據端；RCO是進位信號輸出端；QA-QD是計數器狀態輸出端。如圖4-1所示： 圖4-1同步加法計數器741

12、61N芯片引腳圖表4-1 同步加法計數器74161N狀態表 輸 入 輸 出注ENPENTCLKABCDQAn+1QBn+1QCn+!QDn+1CO00清零置數00 0 0 0a b c d計數保持保持10*111111011074LS175D的的寄存器：它在確定的時間（IS）內計數器的計數結果（被測信號頻率）必須經寄存后才能獲得穩定的顯示值。寄存器的作用是通過觸發脈沖控制，將測得的數據寄存起來，送顯示譯碼器，寄存器為使數據穩定，最好采用邊沿觸發方式的器件。圖4-24邊沿D觸發器74LS175D芯片引腳圖如圖4-2所示，在設計中我們采用了74LS175,74LS175是用四個D觸發器組成的四位寄

13、存器，用以存儲4位二進制數，在cp上升沿到達時1D4D端狀態被同時到各個觸發器中，形成1Qn+14Qn+1狀態。RD為異步清零控制端。當RD=0時，不需要和cp同步，就可以完成寄存器1Q4Q清零工作。工作原理：4邊沿D觸發器74175，74LS175的狀態表如表4-2所示：表4-2 74LS175的狀態表輸 入輸 出注置零送數CLR CTK 1D 2D 3D 4D1Qn+1 2Qn+1 3Qn+1 4Qn+10 1 d1 d2 d3 d4 0 0 0 0d1 d2 d3 d4 清零=0，異步清零。無論寄存器中原來的內容是什么，只要=0，就立即通過異步輸入端將4個邊沿D觸發器都復位到0狀態。 送

14、數當CR=1時CLK上升沿送數。無論寄存器中原來存儲的數碼是什么，在=1時，只要送數控制時鐘脈沖CLK上升沿到來，加在并行數碼端輸入的數碼d1d4馬上就被送入寄存器中，即1Qn+1=d02Qn+1=d1 CLK上升沿時刻有效3Qn+1=d24Qn+1=d3 B保持當=1，CLK上升沿以外時間，寄存器保持內容不變，即各個輸出端Q，Q的狀態與d無關，都將保持不變。用邊沿D觸發器做寄存器，其D端具有很強的抗干擾能力。74LS85N比較器：比較方法，輸出輸入之間因果關系分析。從最高位開始比較，依次逐位進行，直到比較出結果為止。 若A3 >B3,則A>B,L=1、G=M=0。 當A3=B3即

15、G3=1時，若A2>B2則A>B,L=1、G=M=0。 當A3=B3、A2=B2即G3=G2=1時，若A1>B1則A>B,L=1、G=M=0。 當A3=B3、A2=B2、A1=B1即G3=G2=G1時，若A0B0則AB，L1、G=M=0。對AB即L1，上述四種情況是或的邏輯關系 只有當A3=B3、A2=B2、A1=B1、A0=B0即G3=G2=G1=G0=1時，才會有A=B即G=1。顯然，對于A=B即G=1，G3、G2、G1、G0是與的邏輯關系。 如果A不大于B也不等于B，即L=G=0時，則A必然小于B，即M=1。表4-3 74LS85N比較器狀態表輸入輸出A3 B3A

16、2 B2A1 B1A0 B0A>BA<BA=BFA>BFA<BFA=B A3>B3X100 A3< B3X010A3= B3A2>B2100A3= B3A2<B2010A3= B3A2=B2A1>B1100A3= B3A2=B2A1<B1010A3= B3A2=B2A1=B1A0>B0100A3= B3A2=B2A1=B1A0<B0010A3= B3A2=B2A1=B1A0=B0100100A3= B3A2=B2A1=B1A0=B0010010A3= B3A2=B2A1=B1A0=B01001A3= B3A2=B2A1=B

17、1A0=B0110000A3= B3A2=B2A1=B1A0=B00001104.2實驗步驟 運用一個SPDT開關和一個74LS04D非門組成一個脈沖信號，來完成一次輸值和計數。 運用兩個74LS85N芯片4位數值比較器級聯組成一個8位集成數值比較器來實現6位二進制數的比較，再運用三個藍綠黃不同顏色的燈泡表示比較得到的結果。 運用兩個級聯組成一個8位集成寄存器，用來寄存所猜的正確數值。 再運用一個74LS175D芯片4邊沿D觸發器來存儲比較的結果，通過Key=Y的觸發來送數存儲并顯示。 運用一個74161N計數器、一個74LS08D與門、一個74LS04D非門和一個燈泡組成判斷猜字游戲是否結束

18、的標志，同時用4個燈泡來清晰的觀察計數的統計情況。 當通過調節開關使輸入的數值比寄存在寄存器中的數值大時，調節脈沖開關使其對寄存器產生一個上升沿，Key=Y的上升沿脈沖一到，這時連接在集成數值比較器上的藍燈將會發光。 當通過調節開關使輸入的數值比寄存在寄存器中的數值相等時，調節脈沖開關使其對寄存器產生一個上升沿，Key=Y的上升沿脈沖一到，這時連接在集成數值比較器上的綠燈將會發光。 當通過調節開關使輸入的數值比寄存在寄存器中的數值小時，調節脈沖開關使其對寄存器產生一個上升沿，Key=Y的上升沿脈沖一到，這時連接在集成數值比較器上的黃燈將會發光。 當每次調節開關時，如果綠燈連續5次都沒亮，那么連

19、接在計數器上的清零端將不會發生作用，并且連接在計數器上的燈在每次下降沿到達時將會計數，當第五次猜字綠燈沒亮時，計數器的輸出端為0101，此時連接在與門上的紅燈將會發光，表示猜字游戲結束。 當在調節開關時，如果綠燈在不大于5次時發了光，即綠燈在紅燈沒亮之前亮了，表示猜字猜對了。5 調試與操作說明通過key=6、5、4、3、2、1六個開關向寄存器內輸入數字，Key= S有0->1控制寄存器值的輸入，同時讓Key= S一直為1狀態，結合用這六個開關向內送入數字與寄存器內的數字進行比較，且用另外一個寄存器存儲比較的結果。Key= Y用來控制計數器同時通過控制寄存器來顯示比較結果；四個橙色的燈用來

20、統計連續猜錯的次數，當出現連續五次猜錯時，紅燈亮。初始狀態：仿真開關閉合，六個單刀雙擲固定數48，Key=S接低電平時：（A=48，B=0）。圖5-1初始狀態送數：讓Key=S接高電平1，此時所猜的正確值48送到寄存器，同時傳給比較器：（A=48，B=48）。圖5-2送數第一次猜數：通過開關輸值56（111000），數值完成后讓Key=Y接高電平，計數器加1，計數器的值為1；同時藍燈亮，表示第一次猜錯了。圖5-3第一次猜數讓Key=Y接低電平，這就完成了一次輸入；同時方便了下一次的輸值猜數。第二次猜數：通過開關輸值40（101000），數值完成后讓Key=Y接高電平，計數器加1，計數器的值2；

21、同時黃燈亮，表示第二次也猜錯了。圖5-4第二次猜數讓Key=Y接低電平，這就完成了一次輸入；同時方便了下一次的輸值猜數。第三次猜數：通過開關輸值60（111100），數值完成后讓Key=Y由低電平接高電平，計數器加1，計數器的值3；同時藍燈亮，表示第三次也猜錯了。圖5-5 第三次猜數讓Key=Y接低電平，方便了下一次的輸值猜數。第一個分支：第四次猜數：通過開關輸值20（010100），數值完成后讓Key=Y由低電平接高電平，計數器加1，計數器的值4；同時黃燈亮，表示第四次也猜錯了。圖5-6 第四次猜數讓Key=Y接低電平，方便了下一次的輸值猜數。第五次猜數：通過開關輸值39（100111），數

22、值完成后讓Key=Y由低電平接高電平，計數器加1，計數器的值5；同時黃燈亮，此時紅燈亮，表示第五次也猜錯了，游戲結束。圖5-7 第五次猜數第二個分支：第六次猜數：通過開關輸值48（110000），數值完成后讓Key=Y由低電平接高電平，計數器加1，計數器的值4；此時綠燈亮，表示猜對了，表明游戲結束。圖5-8 第六次猜數6 課程設計總結與體會通過兩周來的課程設計實踐，主要有以下幾點總結和體會；這次設計是通過查閱各種資料、與同學討論以及獨立思考設計出來的。在設計過程中，用到了本學期所學過的移位寄存器74175N、二進制同步加法計數器74161N和比較器74Ls85N。因此，對它們的功能和運用有了更

23、深一步的了解。同時通過Multisim軟件對電路進行模擬仿真，從而使設計結果得到了驗證。 通過這次課程設計環節，了解到模擬電路和數字電路之間的聯系，對單元功能電路的理解和運用能力有了一定的提高。將理論與實踐相結合，知識的價值才會真正體現出來。但將所學的知識合理有效的應用于實踐中，是很艱難的。但是面對困難我們需要勇氣和執著。如果缺乏勇氣不能在挫折面前我們便會不知所措，不愿有所作為，這樣是不會有進展的。一開始接觸這樣綜合性的電路實驗，心里很沒底，不知從何處著手。但是通過指導老師的指點和查閱一些資料便能漸漸理清思路。另外還想提一下的就是Multisim的使用，開始的時候對Multisim很不熟悉，但是摸索一段時間，我們還是能用用它來進行仿真設計的。當然要進行一項比較復雜的實踐時，光有勇氣還是不夠的，更加需要執著地付出。我們組這次的前期設計過程是這樣的：先是看懂范例，然后是設計自己