拔河游戏机设计报告Word格式文档下载.docx
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控制电路部分;
计数电路部分;
电子绳电路部分;
计分器电路部分。
其中控制电路部分主要由2个JK触发器和一个锁存器构成;
计数电路主要由2个74LS192组成;
电子绳电路由3个74LS138译码器,17个74LS04和17盏灯组成;
计分器电路由两个74LS161计数器构成。
关键词:
“拔河”;
开关;
脉冲;
LED灯;
左右偏移;
计分电路
1需求分析
1.1基本功能要求
由甲,乙二人通过扳动开关使发光的LED管向自己一方的终点移动,当亮点移到任何一方的终点时,则该方获胜,连续比赛多局以定胜负。
首先由裁判进行分数清零,清除上次比赛比分。
然后裁判通过搬动开关下达比赛开始命令,甲、乙二人通过扳动开关使发光的LED管向自己一方的终点移动,并阻止其向对方延伸。
如果当点亮的LED管到达某一方的终点,则该方获胜。
并且此时能通过自锁功能锁定电路,使甲、乙对开关的操作不输出脉冲信号,不对比分及发光LED灯产生影响。
只有当裁判通过闭合开关打开开关,再次发出“比赛开始”命令时,才能开始下一局的比赛。
某方终端LED灯发光即为获胜,记分电路会自动给该方加分一次,本游戏通过多次比赛确定胜负。
1.2创新拓展功能
拔河游戏是模仿实际拔河的过程,其和实际的拔河有所不同,可以考虑通过倍频电路来实现单脉冲信号的“加速”,通过“秘技”的形式来“保赢”,而且“加速”过程可控(可取消)。
另外,还可对双方拔河队员的操控闲置时间进行控制,超过一定时间,报警并使游戏锁定或者复位。
由于未找到其他组一起合作,此两种拓展对我们较有难度。
故只是增加了LED灯的个数,由9个增加到了17个。
应用了四位二进制可加减计数器74LS193和译码器74LS138的级联,加大了实验设计与连线的难度。
1.3设计原理
如图所示,为此次设计的基本原理图,拔河由甲乙两人控制。
通过数字逻辑实验箱上“0”“1”高低电平的输入来决定最后的输赢;
通过信号输入电路将甲乙两人的输入传到电路中;
通过控制电路控制时钟信号的输入。
当输入有效输入信号时,计数器开始工作,开始计数。
当甲输入有效信号时计数器加计数,当乙输入有效信号时计数器减计数。
译码器主要是将计数器的输出进行译码,实现每个输出端代表一个不同输入信号。
计分电路用于记录并显示甲、乙双方比赛得分成绩。
2系统设计
2.1系统逻辑结构设计
1.控制电路设计:
控制电路主要由2个JK触发器和一个锁存器构成。
由于四输入与非门74LS10D两个输入为1,另一输入连接频率较高的时钟信号,则初始状态通过JK触发器的R端复位,输出Q=0,则JK均为1,扳动A,JK触发器“翻转”,输出Q=1,则JK=0,触发器“保持”而由于时钟信号发生器的频率远高于甲乙按开关的频率,通过JK触发器R端的复位,会立刻出现Q=0,则实现了拨动开关可以一直产生脉冲。
当最左端或最右端的LED灯亮时,四输入与非门有一0输入,则输出为1,当JK都为0时,触发器“保持”扳动开关A或B对输出无影响,一局游戏结束。
2.计数电路设计:
计数电路主要由2个74LS192组成。
74LS192是10进制计数器,而17个灯泡需要17个状态,故需要2个74LS192级联,分别为00001-00010-00011-00100-00101-00110-00111-01000-01001-10000-10001-10010-10011-10100-10101-10110-10111。
开始时裁判关闭R,预置端LD为0,预置1001(9),则通过译码器输出,使最中间的9灯亮,打开R,当减计数端输入1,加计数端上升沿时计数器进行加计数,加计数端输入1,减计数端上升沿时计数器进行减计数。
3.电子绳电路设计:
电子绳电路由3个74LS138译码器,17个74LS04和17盏灯组成。
灯位的1-9对应5位二进制数的1-9,灯位的10-17对应5位二进制数的16-23,译码器的输出端先通过一个非门,再与LED灯连接。
当进行加计数时,发光的LED灯向右方终点移动;
进行减计数时,发光的LED灯向左方终点移动。
4.计分器电路设计:
由于左右对称,所以在此只展示右端:
输入
输出
CTr
CTp
CP
D0
D1
D2
D3
Q0
Q1
Q2
Q3
×
1
↑
d0
d1
d2
d3
计数
保持
注:
QCC=CTr·
Q0·
Q1·
Q2·
Q3
计分器电路由两个74LS161计数器构成,左边的四位二进制计数器74LS161的CP端与第一个非门的输入端相连,右边的74LS161的CP端与最后一个非门的输入端相连。
从功能表第三行知,当开关打开时,
=
=CTr=CTp=1时,则对计数脉冲CP实现同步十进制加计数;
而从功能表的第四行又知,CTr和CTp为计数控制端,当它们同时为1时,计数器执行正常同步计数功能;
从功能表第一行知,当
=0(输入低电平),则不管CP端状态如何,四个数据输出端QA、QB、QC、QD全部清零。
则实现开关控制比分清零的功能。
2.2系统物理结构设计
A.所需器材
数字逻辑实验箱一台
芯片74LS112一个
芯片74LS00一个
芯片74LS138三个
芯片74LS04四个
芯片74LS10一个
芯片74LS192两个
芯片74LS161两个
B.芯片功能介绍
1.74LS112
在74112中集成了两个边沿JK触发器,1开头的标号端是第一个JK触发器的相关引脚,2开头的标号端是第二块JK触发器的相关引脚。
74112是下降沿触发的边沿触发器,也就是CP的下降沿时刻的J,K决定触发器的输出状态的变化。
74LS112功能表:
2.74LS161
4位二进制同步计数器74LS161能同步并行预置数据,具有清零置数,计数和保持功能,具有进位输出端,可以串接计数器使用。
74LS161的功能表:
3.74LS192
双时钟方式的十进制可逆计数器
74LS192的功能表:
4.74LS138
74LS138功能表:
5.74LS10
74ls10是常用的三3输入与非门电路
3系统实现
3.1系统实现过程
首先裁判通过闭合计分器电路开关实现上一场比赛的清零操作,打开开关。
之后闭合R,预置1001(9),使最中间的LED灯发光,打开开关。
准备工作完成。
开始比赛,甲、乙通过扳动电平开关,输出脉冲信号。
其中甲使计数器进行加计数,发光LED灯向右移动;
乙使计数器进行减计数,发光LED灯向左移动。
当有一方LED灯移动到终端,即1灯或者17灯亮时,对应的计分屏得分加1。
一局比赛结束,甲、乙再次扳动电平开关,则无现象。
3.2系统测试
测试方案:
为了能够准确的看出实验现象,将忽略其中一方的比赛实力,具体过程如下:
将两方比分置零
通过R让中间的灯亮,即裁判宣布比赛开始
只让一方拨动开关,另一方不参与比赛
观察灯亮的情况以及比分情况
测试数据:
发现灯逐次向那方的最后一个灯移动,当一局比赛结束后,那方的分数加一。
测试结果分析:
通过这个测试方案,可以明显的看出当一方的速率较快时电子绳电路中第9个灯便向那一方移动。
3.3系统最终电路图
3.4系统团队分工
静:
电路总体布局规划;
资料收集;
计数电路设计;
电路连接;
电路检测;
PPT制作与演示。
晓行:
控制电路设计;
计分器电路设计;
multisim电路模拟;
电路修正;
电路演示与解说。
实物连线图:
4总结
实验已接近尾声。
在长达8节课程的数字逻辑实验课程上,我收获很多,知识上的,实践上的,这些都将成为我在数字电路上的垫脚石,引领我不断向前。
在此我想总结下实验的历程,以及从中得到的收获。
开始在电路思路上比较迷茫,不清楚如何实现具体拔河过程。
尤其是在拔河游戏机的控制电路设计上,根本毫无头绪。
后来通过我们的讨论以及大量的查阅有关书籍资料,知道了拔河游戏机的控制电路的关键是信号在传输路径上的延时,并且利用这个延时产生的上升沿来得到计数的信号。
另外在计数电路上,我们对芯片的选择比较头疼,如果使用四位二进制可加减计数器74LS193,就可以实现16进制加减计数,但我们选择的是做有17个LED灯的拔河游戏机电路,而四位二进制可加减计数器74LS193不能输出17个信号。
所以我们决定改用2片BCD同步可逆双时钟计数器74LS192级联。
但是级联电路我们都不太清楚如何实现,只能通过网络查询初步了解有关知识,并将其应用在计数电路。
然后在译码器电路上,我们发现必须采用3片74LS138级联,才能实现17个灯电路的译码。
而书本上只给出了两个74LS138级联(69页),所以又必须去了解3个芯片的级联,这些都令我们很困扰。
而在显示电路上,我们发现只需使用4位二进制同步计数器74LS161即可完成计数,这相对比较简单。
除此之外,由于我进行的模拟电路测试,在软件的选择上也绕了很多弯路。
我最开始选择的是EWB5.0。
因为这个软件页面简洁,图标简单易懂,而且之前电子技术实验使用过,所以觉得用的很有感觉。
然而,模拟电路并不成功,只得重新设计,换用芯片。
可EWB5.0芯片很不齐全,只得放弃软件。
随后又选择过几个软件,都或多或少的存在使用上的问题。
最后通过同学推荐,才踏破铁鞋无觅处,得来全不费工夫,下载了。
正是这个软件,有着超级齐全的芯片系统。
虽然英语版对我略有困难,但通过上网查阅软件使用说明,实验中我已经能够熟练地使用MULTISIM软件,这让我感到很欣慰。
这次实验课程不仅让我增长了数字逻辑方面的知识,也极锻炼了我的动手能力。
更让我深深的感受到了实践的魅力。
通过动手设计电路,模拟电路,连接电路,我收获的是成功的自信与快乐,体验到的是团队合作的强大与给力。
在此,深深地感队友静同学和帮助过我们的亲爱的老师与同学,大家!
6参考文献
[1]立平,数字逻辑电路与系统设计第2版,电子工业2013
[2]师亚莉,东编,数字逻辑课程设计实训教程,人民邮电2013
[3]王晓华,徐健,数字逻辑与数字电子技术,清华大学2013
[4]江国强,新编数字逻辑电路.第2版,邮电大学2013
[5]武庆生,詹瑾瑜,唐明,数字逻辑.第2版,机械工业2013
[6]王怀兴,黄晓明,基础电子技术实验教程,机械工业2014
[7]江国强,现代数字逻辑电路,电子工业2002
[8]黄健文,章鸣嬛,现代数字电路基础,机械工业2010
[9]虹,新编数字电路与数字逻辑,电子工业2010