电子拔河游戏机电路的设计.doc

中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 朱博秀 学 号： 1205064204 学生姓名： 韩钰 学 号： 1205064211 学生姓名： 王梦娜 学 号： 1205064214 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息工程 题 目： 电子综合应用实践 电子拔河游戏机电路的设计 指导教师： 郝利华、王伟 职称: 副教授 讲师 2014 年6 月 9 日 中北大学课程设计任务书 13/14 学年第 二 学期学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 朱博秀 学 号： 1205064204 学生姓名： 韩钰 学 号： 1205064211 学生姓名： 王梦娜 学 号： 1205064214 课程设计题目： 电子综合应用实践： 电子拔河游戏机电路的设计 起 迄 日 期：2014年6月9 日2014年6月20日 课程设计地点： 503，1号楼教室 指 导 教 师： 郝利华 王伟 学科部主任： 王浩全 下达任务书日期: 2014 年6 月 9日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：学生将所掌握的电子技术理论知识与实际相结合，提高学生的动手设计能力和科研创新能力，更好的培养学生的学习兴趣。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：用9个（或15个）发光管排成一行，开机后只有中间一个点亮，以此作为拔河中点线；游戏双方各持一个按键，迅速、不停地按动产生脉冲，谁按动快，亮点向谁方移动，直到亮点移动到任一方终点二极管点亮，这一方获胜。这时，双发按键失效。经复位后亮点重新恢复到中心线。显示器能显示省者盘数。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：拟定该设计的组成框图设计各单元电路。画出总电路图，写出设计总结报告。 仿真所设计电路课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1阎石主编.电子技术基础学习指导M.辽宁:科技出版社.1985 2夏路易主编.电路原理图与电路板设计教程M.北京:希望电子工业出版.20023康华光主编.数字技术基础(第五版)M.北京:高等教育出版社.2000 4任为民主编.数字电子电路学习和实验指导M.北京:广播电视大学出版社.19925赵春云主编.常用电子元器件及应用电路M.电子工业出版社.20075设计成果形式及要求：课程设计报告说明书 仿真结果6工作计划及进度：2014年6月9日 6月11日：查资料；6月12日 6月13日：完成设计方案；6月14日 2014年6月19日：完成实验；撰写课程设计说明书； 6月20日：答辩学科部主任审查意见： 签字： 年 月 日目 录设计任务及其要求.1总体框图. 1器件选择. 2功能模板.7总体设计电路图. .10结论与心得.11一、设计任务及其要求1. 设计一个模拟拔河游戏机比赛的逻辑电路。2. 电路使用15个发光管排成一排，开机后只有中间一个点亮，以此作为拔河的 中心线。3. 比赛双方各持一个按键，迅速不断的按动产生脉冲，谁按得快，亮点向谁方向移动。每按一次，亮点移动一次。4. 移动到任何一方终端指示灯点亮，这一方得胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经裁判按动复位后，恢复到中心线。5. 显示器显示胜者的盘数。二、总体框图2.1 设计方案: 本课题所设计的拔河游戏机由15发光管排列成一行，开机之后只有中间一个电平指示灯亮，以此作为拔河的中心线。可逆计数器原始状态为0000，经译码后输出中间的电平指示灯亮。游戏双方各持一个按键，迅速地、不断地按动产生脉冲信号，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，这一方就获胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经裁判复位后才使亮点恢复到中心线。 当一局比赛结束后,由点亮该终点灯的信号使电路封锁加减脉冲信号的作用.即实现电路自锁,使加减脉冲无效。同时，使计分电路自动加分。当两人比赛结束后，裁判可以让计分显示器清零。 控制电路部分应能控制由振荡器产生的脉冲信号进入计数器的加减脉冲的输入端，其进入方向则由参赛双方的按键信号决定。2.3 模块功能及思路介绍 本次设计中一共包含了六个模块。1、整形电路 整形电路，使A、B二键出来的脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲，这就减少了进行某一计数时另一计数输入为低电平的可能性，从而使每按一次键都有可能进行有效的计数。2、译码电路 拔河开始后中心处二极管首先点亮，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 指示出谁胜谁负。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。4、胜负显示 显示比赛选手各自胜负次数5、复位控制 每次比赛结束后裁判能控制让电路回复比赛。也能让显示器归零。三、选择器件3.1、选择器件：器件名称器件型号器件个数+5V直流电源5个单刀双掷开关4个译码显示器DCD_HEX2件4线16线译码器CC4514BD 1片 双同步十进制计数器CC4518BD 2片同步二进制可逆计数器 74LS193D 1片与非门74LS00D8片与门74LS08D2片非门74LS05D1片或门74LS32D1片电阻1K4个3.2、主要器件极其相关功能1、 4514BD4线16线译码器引脚排列及功能： 4514BD管脚图输入 高电平输出端 输入 高电平输出端 LEINHA3A2A1A0LEINHA3A2A1A0100000YO101001Y9100001Y1101010Y10100010Y2101011Y11100011Y3101100Y12100100Y4101101Y13100101Y5101110Y14100110Y6101111Y15100111Y711 无 101000Y800 4514BD逻辑功能图4514BD说明：Y0Y15 数据输出端； 输出状态锁定在上一个LE“1”时，A0A3的输入状态 ；A0A3 数据输入端 ；INH 输出禁止控制端；LE 数据锁存控制端。2、4518BD双十进制同步计数器引脚排列及功能： 4518BD管脚图输入 输出功能 CPREN 01加 计 数 00 加 计 数 0 保持 0 0010 1 全部为“0” 4518逻辑功能表4518BD管脚说明： 1CP、2CP 时钟输入端 ；1R、2R 清除端；1EN、2EN 计数允许控制端；1Q01Q3 计数器输出端；2Q02Q3 计数器输出端。3、74LS193D 同步二进制可逆计数器 简要说明：74LS193 为 可 预 置 的 十 六 进 制 同 步 加 / 减 计 数 器。74LS193 的清除端是异步的。当清除端（MR）为高电平时，不管时钟端（CPD、CPU）状态如何，即可完成清除功能。193 的预置是异步的。当置入控制端（PL）为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端（Q0Q3）即可预置成与数据输入端（P0P3）相一致的状态。193 的计数是同步的，靠CPD、CPU同时加在 4 个触发器上而实现。在CPD、CPU上升作用下Q0Q3 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当进行加计数或减计数时可分别利用CPD或CPU，此时另一个时钟应为高电平。 74LS193管脚图 74LS193管脚说明：当置入控制端（PL）为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端3，2，6，7即可预置成与数据输入端15，1，10，9相一致的状态。可当成输出端14为置零端 ；11为置数端。3，2，6，7为输出端；14为置零端；5为加法计数端；4为减法计数端 ；12，13分别为进借位端。 4、74LS00与非门 输入 输出ABY001101011110 74LS00逻辑功能表5、74LS05D非门输入 输出A Y01106、74LS32或门 输入 输出ABY001101010111 74LS32逻辑功能表7、74LS08与门输入输出ABYLLLLHLHLLHHH74LS08逻辑功能表四、功能模块4.1、各模块功能及相关原理图1、 编码电路的设计： 由双时钟二进制同步可逆计数器74LS193D构成，它有2个输入端，4个输出端，能进行加减计数。通过编码器来控制电平指示灯的显示，加计数时向右移动，进行减计数时，向相反方向移动。电路图如下：2.整形电路设计： 由与门74LS08D和与非门74LS00D构成。因74LS192D是可逆计数器，控制加减的CP脉冲分别加至5脚和4脚，此时当电路要求进行加法计数时，减法输入端CPD必须接高电平；进行减法计数时，加法输入端CPU也必须接高电平，若直接由A、B键产生的脉冲加到5脚或4脚，就有很多时机在进行计数输入时另一计数输入端为低电平，使计数器不能计数，双方按键均失去作用，拔河比赛不能正常进行。加一整形电路，使A、B二键出来的脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲，这就减少了进行某一计数时另一计数输入为低电平的可能性，从而使每按一次键都有可能进行有效的计数。电路图如下图所示：3.译码电路： 由4线16线译码器4514BD构成。译码器的输出Y0Y15中选15个接电平指示灯，电平指示灯的正端接译码器；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。电路图如下图所示：4.控制电路：LD 由74LS32和74LS05构成，其作用是指示出谁胜谁负。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74LS192D计数器的置数端,于是计数器停止计数，处于预置状态，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。电路图如下图所示：5.胜负显示： 由计数器CC4518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CC4518计数器的EN端，CC4518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。电路图如下： 6.复位控制： 74LS193D的清零端CR接一个电平开关，作为一个开关控制，进行多次比赛而需要的复位操作，使亮点返回中心点。 4518BD的清零端RD也接一个电平开关，作为胜负显示器的复位来控制胜负计数器使其重新计数。其中CC4518功能表下表所示：输 入输出功能时钟CP清零RD使能EN1全部为001加计数000保持00010 五、总体设计电路图工作原理及部分的连接方式：A,B两人通过开关产生脉冲，经过整形电路后接74LS192D同步二进制可逆计数器，经74LS192D同步二进制可逆计数器对信号进行加减后接译码电路，译码电路译码后显示到电平显示器上。再把胜负电路接到两头最边的电平显示灯上，胜负电路收到胜负信号后显示胜负次数。当比赛结束后由复位控制对显示胜负装置和电平显示灯回复到初始状态。这样就达到了设计目的和要求。总体电路原理图 六、结论与心得本次课程设计后我对数字电子技术，模拟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，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。