乒乓球比赛游戏机设计报告.docx
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乒乓球比赛游戏机设计报告
乒乓球比赛游戏机
姓名：
___***____
学号：
___201114040215__
班级:
___11表二____
一、设计题目及要求：
题目：
乒乓球比赛游戏机。
要求：
（1）设计一个甲乙双方参赛，裁判参与的乒乓球比赛游戏机用8个发光二极管排成一条直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中点亮的发光二极管代表“乒乓球”的当前位置，点亮的发光二极管依次由左向右或由右向左移动。
（2）当球运动到某方的最后一位时，参赛者应立即按下自己一方的按钮表示击球，若击中，则“球”向相反方向运动，若未击中，对方得一分。
（3）设置自动计分电路，双方各用两位数码管来显示计分，每局10分，到达10分时，产生报警信号，铃响三秒。
二、设计思路及总体方案
两人乒乓球游戏机是由发光二极管代替球的运动，并按照一定的规则进行对垒比赛。
甲乙双方击球用开关表示。
当甲乙按动开关时，球向前运动，当球运动到某方的最后一位时，参赛者应立即按下自己一方的按钮，即表示击球。
若未击中则表示对方得分，利用计数器连接成十进制计数器记分每局十分。
当二者任意一方得分为十分时发生警信号，并且自动停止球的运动，三秒的报警后，自动停止。
其结构框图如下：
图1：
乒乓球比赛游戏结构框图
三、元器件选型及依据：
元器件
依据
74LS194（2个）
通过移位寄存器控制灯泡运动
74LS160（6个）
利用加法计数器计分、计时
7473（1个）
利用J.K触发器改变灯泡运动方向
74LS00（与非门）74LS04（非门）
74LS11（三输入与门）
74LS08（与门）7432（或门）
配合各部分电路实现与、或、非等逻辑功能
继电器（2个）
用于控制、终止led运动
数码管（DCD_HEX）
用来与计数器组成显示电路
开关
作为甲乙双方控制端
蜂鸣器
报警器
四、电路的设计：
（1）总体设计思路如下：
1.用两个74LS194四位双向移位寄存器来模拟乒乓球台，其中第一个74LS194的DL输出端QD接第二个的右移串行输入端SR，这样当乒乓球往右准备移出第一个寄存器的时候就会在时钟脉冲的作用下被移入第二个寄存器。
同样道理，第二个74LS194的QA输出端接第一个的左移串行输入端。
2.用JK触发器7473、继电器及逻辑门电路构成驱动控制电路。
3.用十进制计数器74LS160D、逻辑门电路和集成的4管脚的数码管组成计分电路。
4.用十进制计数器74LS160D改装3进制计数器、逻辑门电路和蜂鸣器组成3秒报警电路。
（2）单元电路设计：
2.1、球台电路设计：
球台电路设计如下图所示：
图2：
球台电路
上图中，两片4位74LS194双向移位寄存器接成8位双向移位寄存器。
74LS194功能表如表1所示：
表174LS194功能表
D
S1S0
工作状态
0
1
1
1
1
××
00
01
10
11
置零
保持
右移
左移
并行输入
功能说明：
（1）当S1=S0=1时，不管各输入端原来是什么状态，在下一个时脉冲到来时，其输出分别是预先输入到并行输入端的abcd，这种方式叫送数。
（2）当S1=0，S0=1时，其工作方式叫右移，这时，每来一个时钟脉冲，输出端的数各向右移一位，而QA端的输出则由加到R端的数来补充。
（3）当S1=1，S0=0时，其工作方式叫左移，情况正好与右移相反；QD端的输出由加到L端的数来补充。
（4）当S1=S0=0时，不管是否有CP脉冲作用，输出保持不变，这叫保持方式。
CP=0时也是保持方式。
2.2、控制的电路的设计：
控制电路电路图如下：
图3：
控制电路图
图中7473N为下降沿触发的双JK触发器，~1CLR为置0端（高有效）。
当开关S3打到上面是S1=S0=1，通过常闭继电器接入74LS194，此时实现的是并行输入功能。
当开关S3打到下面是，且J=1，K=1时，JK触发器输出端Q=0即S1=0，S0=1，通过常闭继电器接入74LS194，此时实现的是移位寄存器向右移动。
当灯泡发亮位置移到最右端即led8=1，此时按下S2，led8取反和按键S2接在或门7432N上，且其输出接到JK触发器的1clk端，产生一个下降沿脉冲，此时当J=K=1时，Q=1,即S1=1，S0=0，分别通过继电器接到74ls194的S0、S端，使led运动方向反转。
同理，左端控制也是如此接法，当led1=1时，按下S1产生个下降沿脉冲使led流动方向反转。
通过此电路可以在指定led亮的时候来控制并且实现球台灯的左右移位即实现乒乓球的运动，而其它时候则按键没有反应。
2.3、计分电路的设计：
计分电路设计如下图所示：
图4：
计分电路
本电路中使用的是DCD_HEX内部自带译码的七段数码显示器。
它的四个输入端，可以直接接到编码器的输出端，即直接可以连到74ls160的输出端。
同步十进制计数器74LS160的功能表如下表三所示：
表374LS160的功能表
D
EPET
工作状态
×
×
×
0
1
1
1
1
×
0
1
1
1
××
××
01
×0
11
置零
预置数
保持
保持（但C=0）
计数
由74LS160的功能表可知，当~RD=~LD=EP=ET=1时工作状态为计数，即图4中的~CLR=~LOAD=ENT=ENP=1时。
选用ENP、ENT作为74LS160的计数控制端，当ENT=ENP=1时计数，当ENT=ENP=0时计分电路处于保持状态。
RCO为进位输出端，即当选手计满10分时输出到下一个计数器。
同时通过以下逻辑门电路的分别连接到控制电路中的继电器上，和报警电路的ENT上，使其计分计到10分就停止led的流动，和报警器的发生。
2.4、报警电路设计：
报警电路设计图如下：
图5：
报警电路
如上图所示，报警电路是由74LS160和逻辑门电路及蜂鸣器（仿真时由于硬件或软件问题，未发出声音，加一led来观察）组成，74LS160通过与非门连接成3进制计数器，以此来实现3秒的报警。
（3）总体电路设计
通过前面的单元电路的设计，将他们合理的组合连接起来，就可以得到总体设计电路图，其图如下图五所示:
图6：
总体电路
五、软件仿真与调试：
在进行仿真运行的过程中，先将开关S3往上打，即打到“1”的位置。
然后再打到下面接上JK触发器，由左边的A先发球，球将会向右移动，当点亮的球移动到B方的最后一位时，将B的控制开关往下按，则球将反向移动，若行动迟缓或超前，表示未击中或违规，则A得一分。
同样，当球由右到左运动时，点亮的球移动到A方的最后一位时，将A的控制开关往下按，则球将反向移动，若行动迟缓或超前，表示未击中或违规，则B得一分。
当一方得分满10分时，逻辑门电路会产生高电平使继电器断开，则球将停止运动，同时也会给报警电路一个高电平，使其产生3秒的警报声。
（仿真电路如下）
图7：
仿真全电路
图8：
计分到10分是自动停止
图9：
计到十分后报警电路报警
六、结论：
在课题设计中，通过使用Multisim软件设计了乒乓球游戏机，较成功的完成了预期的效果，能够正确判断与显示乒乓球的位置，并能自动记分和报警的装置。
由于时间关系，系统功能实现不够完善，这些都需要不断的改进和补充。
通过此次课程设计，我们了解了模拟电路的基本设计方法,并对Multisim仿真软件有了更深的了解和认而识。
通过使用Multisim仿真软件，可以让我们在虚拟的环境中进行实验，可以先通过它来检验电路的正确性和可行性，而不需要真实电路环境的介入，不必顾及仪器设备的短缺与时间环境的限制，能够极大的提高实验的效率。
虽然这次的数电课程设计时间短暂，但却让我得到了多方面的提高：
1、提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。
加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。
另外，我们还更加充分的认识到，数字电路这门课程在科学发展中的至关重要性2，查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我们在设计电路时，遇到很多不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。
3，相互讨论共同研究也是很重要的，经常出现一些问题，比如电路设计中的控制器的设计，以及乒乓球游戏机怎样计分等的分析。
但这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，我们必须要学着自己去找资料、去理解、去解决问题，加强我们独立思考的能力。
同时在设计的过程中。
我发现了许多自己的不足之处，认识的自己对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，没有在日常生活中将理论与实际相结合起来。
在设计的过程中遇到了不少棘手的问题，可谓是困难重重，解决后才发现一丁点的错误都能导致整个系统不能正常的工作，所以以后无论什么事都要细心，避免不必要的错误！
参考文献
【1】《模拟电子技术基础》（第四版），童诗白主编，高教出版社
【2】《数字电子技术基础》（第五版），阎石主编，高教出版社
【3】《电子测试技术》金唯香、谢玉梅主编，湖南大学出版社
【4】《Multisim10计算机仿真即应用》许晓华主编，清华大学出版社
【5】《电子EDA实践教程》杨晓慧、许红梅主编，国防工业出版社
【6】《数字电路与系统》唐志宏、韩振振主编 北京邮电大学出版
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