数字逻辑电路课程设计,拔河游戏机

时间：2020-10-15 13:34:42 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人

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　数字逻辑电路课程设计报告

　 拔河游戏机

　摘要

　 1、 任 务 与 要 求 : 电 子 拔 河 游 戏 机 是 一 种 能 容 纳 甲 乙 双 方 参 赛 或 甲 乙 双 方加 裁 判 的 三 人 游 戏 电 路 。

　由 一 排 LED 发 光 二 极 管 表 示 拔 河 的 的“ 电 子 绳 ” 。

　由 甲 乙 双 方 通 过 按 纽 开 关 使 发 光 的 LED 管 向 一 方的 终 点 延 伸 ， 当 延 伸 到 某 方 的 最 后 一 个 LED 管 时 ， 则 该 方 获胜 ， 连 续 比 赛 多 局 以 定 胜 负 。

　显示器显示胜者的盘数。

　2、 基 本 要 求 如 下 ：

　（ 1）

　比 赛 开 始 时 ， 由 裁 判 下 达 命 令 后 ， 甲 乙 双 方 才 能 输 入信 号 ， 否 则 ， 由 于 电 路 具 有 自 锁 功 能 ， 使 输 入 信 号 无 效 。

　（ 2）“ 电 子 绳 ” 到 少 由 15 个 LED 管 构 成 ， 裁 判 下 达 “ 开 始 比 赛 ”的 命 令 后 ， 位 于 “ 电 子 绳 ” 中 点 的 LED 点 亮 。

　甲 乙 双 方 通 过 按键 输 入 信 号 ， 使 发 亮 的 LED 管 向 自 己 一 方 移 动 ， 并 阻 止 其 向 对方 延 伸 。

　当 从 中 点 至 自 己 一 方 终 点 的 LED 管 全 部 点 亮 时 ， 表 示比 赛 结 束 。

　这 时 ， 电 路 自 锁 ， 保 持 当 前 状 态 不 变 ， 除 非 由 裁 判使 电 路 复 位 。

　3、 方 案 论 证 与 设 计 电 子 拔 河 游 戏 机 是 一 种 能 容 纳 甲 乙 双 方 参 赛 或 甲 乙 双 方加 裁 判 的 三 人 游 戏 电 路 。

　由 一 排 LED 发 光 二 极 管 表 示 拔 河 的“ 电 子 绳 ” 。

　游 戏 双 方 各 拥 有 一 个 比 赛 时 使 用 的 按 钮 ,当 参 与者 不 停 的 按 动 按 钮 的 时 候 就 产 生 脉 冲 ,谁 快 产 生 的 脉 冲 就 多 ,这 样 由 甲 乙 双 方 通 过 按 扭 开 关 使 发 光 的 LED 管 向 一 方 的 终 点 延伸 ， 双 方 通 过 按 扭 输 入 信 号 ， 使 得 计 数 电 路 实 现 计 数 功 能 ， 当延 伸 到 某 方 的 最 后 一 个 LED 管 时 ， 则 该 方 获 胜 ， 连 续 比 赛 多局 以 定 胜 负 。

　通 过 设 计 多 谐 振 荡 器 提 供 输 入 脉 冲 ， 用 可 逆 计 数器 ， 译 码 器 ， 将 甲 乙 双 方 的 输 入 转 换 为 脉 冲 ， 再 经 过 译 码 ， 显示 译 码 器 和 七 段 数 码 管 实 现 电 路 的 记 分 功 能 。

　用 开 关 设 计 的 裁判 可 以 实 现 电 路 的 记 分 和 清 零 功 能 。

　目录

　1 概述………………………………………………………………………… ⑴

　1.1 设计思想及说明 ……………………………………………………………⑴

　2 系统总体方案 及硬件设计 …………………………………………………… ⑸ 2.1 实验设备及各器件功能 ……………………………………………… ⑸～⑼ 2.2 设计步骤 ……………………………………………………………… ⑼～⑿ 2.3 实验电路框图 ……………………………………………………………… ⒀

　2.4 作品介绍 …………………………………………………………………… ⒀

　3 3 心得体会 ……………………………………………………………………… ⒁ 4 参考文献 ……………………………………………………………………… ⒂

　附 附 1 1 ：系统原理图 …………………………… ………………………………… ⒃

　一

　概述 1.1 设计思想及说明

　 电子拔河游戏机是一种能容纳甲乙双方参赛或甲乙双方加裁判的三人游戏电路。由一排 LED 发光二极管表示拔河的“电子绳”。游戏双方各拥有一个比赛时使用的按钮,当参与者不停的按动按钮的时候就产生脉冲,谁快产生的脉冲就多,这样由甲乙双方通过按扭开关使发光的 LED 管向一方的终点延伸，双方通过按扭输入信号，使得计数电路分别实现实现加减计数功能，当延伸到某方的最后一个 LED 管时， 则该方获胜，连续比赛多局以定胜负。

　通过设计甲乙通过输入单脉冲，用十进制可逆计数器实现加减，通过译码器显示译码器和七段数码管实现电路的记分功能，并实现双方赢盘数的自动统计。用开关设计的裁判可以实现电路的清零功能。

　二

　系统总体方案及硬件设计

　2.1 实验设备及各器件功能

　1 1． +5v 直 流 电 源 ； 提 供 拔 河 游 戏 机 的 信 号 输 入 ， 高 低 电平 输 入 ， 产 生 信 号 。

　2． 译 码 显 示 器 ； 将 十 进 制 数 字 信 号 转 化 成 模 拟 信 号 ， 使输 出 比 赛 结 果 。

　3．逻 辑 电 平 开 关 ；使 能 端 ，在 每 场 比 赛 结 束 后 进 行 锁 定 ，在 下 场 比 赛 开 始 时 间 解 除 锁 定 ， 使 比 赛 进 行 以 后 各 场 。

　4．4 线 － 16 线 译 码 /分 配 器 CC4511;将 二 进 制 数 字 信 号 转化 成 模 拟 信 号 ， 使 发 光 二 极 管 在 与 到 高 电 势 时 间 发 光 。

　5．同 步 递 增 /递 减 二 进 制 计 数 器 CC40193；CP（ u）为 递增 输 入 端 ， CP(d)为 递 减 输 入 端 。

　6． 十 进 制 计 数 器 74LS90;对 输 入 信 号 进 行 十 进 制 记 数 ，记 数 后 将 其 传 送 到 译 码 显 示 器 显 示 。

　7． 与 非 门 CC4011×3， 与 门 CC4081.异 或 门 CC4030，电 阻 1 千 欧 姆 ×4， 与 译 码 显 示 器 、 逻 辑 电 平 开 关 、 译 码 分 配器 、 同 步 递 增 /递 减 二 进 制 计 数 器 、 十 进 制 计 数 器 等 各 个 器 件构 成 整 个 拔 河 游 戏 机 设 备 。

　8． 九 个 发 光 二 集 管 及 导 线 。

　R 0(1)CP ACP B R 0(2) R 9(2) R 9(1)NCNC V CCQ A Q D Q B Q CGND1 2 3 4 5 6 714 13 12 11 10 9 8Q A Q D Q BQ CR 9(2)R 9(1) R 0(2) R 0(1)CP BCP A74LS90CP ACP BQ A Q D Q B Q CR 9(2)R 9(1)R 0(2)R 0(1)74LS90B、 、 74LS 90 管脚分布图2 、利用集成功能组件设计计数电路74LS90

　2.2

　骤 设 计 步 骤

　 开 始 我 们 是 设 计 电 路 图 完 成 以 上 功 能 ， 但 由 于 部 分 器 件 的缺 乏 ， 而 用 现 有 器 件 实 现 电 路 功 能 相 对 较 复 杂 。

　而 且 由 于 按 照设 计 的 电 路 图 ， 所 需 元 器 件 较 多 ， 需 使 用 两 块 电 路 板 ， 但 是 出现 了 两 块 电 板 的 电 压 不 匹 配 ， 驱 动 不 足 等 问 题 ， 同 时 线 路 较 复杂 使 得 排 查 的 工 作 也 很 难 。

　所 以 后 来 我 们 改 用 了 编 程 实 现 。

　编 程 原 理 概 要 ：

　输 入 ：

　甲 ， 乙 和 裁 判 的 脉 冲

　输 出 ：

　9 个 LED 发 光 二 极 管 输 入 ； 甲 的 赢 盘 数 （ 4 位 二 进 制 ）；乙 的 赢 盘 数 （ 4 位 二 进 制 ）； 在 程 序 内 部 实 现 根 据 裁 判 ， 甲 乙 输 入 控 制 计 分 ， 译 码 等 主 要 功能 程 序 设 计 中 的 几 个 关 键 问 题 ：

　时 钟 信 号 问 题 ：

　如 何 实 现 各 相 关 功 能 模 块 的 时 钟 同 步 。

　首 先 搞 清 楚 ， 引 脚 定 义 中 寄 存 器 属 性 和 组 合 逻 辑 属 性 的 不 同 。可 以 作 这 样 的 理 解 ：

　寄 存 器 模 式 需 要 时 钟 信 号 的 控 制 ， 来 一 个时 钟 脉 冲 ， 发 生 一 次 改 变 。

　而 组 合 逻 辑 属 性 则 可 理 解 为 某 一 时刻 的 输 出 唯 一 决 定 于 此 时 其 输 入 的 各 变 量 ， 而 且 可 以 认 为 这 种改 变 在 电 路 内 部 是 瞬 时 的 ， 无 延 迟 现 象 。

　本 程 序 的 核 心 是 如 何 实 现 两 个 脉 冲 分 别 控 制 一 个 可 逆 计 数 器的 加 减 记 数 ， 同 时 裁 判 脉 冲 能 对 计 数 器 进 行 重 置 ， 以 及 重 置 之前 的 自 锁 功 能 。

　开 始 时 我 们 是 通 过 引 入 了 一 个 外 部 时 钟 信 号 CLK，可 逆 计 数 器的 时 钟 信 号 =CLK，这 样 就 可 以 实 现 甲 ，乙 ，裁 判 脉 冲 能 在 任 意时 刻 改 变 计 数 器 的 状 态 ， 因 为 外 部 时 钟 脉 冲 是 始 终 不 断 的 ， 所以 电 路 总 是 在 判 断 各 输 入 以 决 定 输 出 。

　但 是 碰 到 了 一 个 问 题 ：当 甲 只 按 了 一 下 ， LED 灯 直 接 跳 到 了 最 左 边 ， 也 就 是 内 部 计 数器 一 下 减 到 了 0， 而 不 是 按 一 下 只 减 1。

　分 析 现 象 ， 出 现 这 样的 问 题 就 是 由 于 外 部 输 入 的 CLK 信 号 的 频 率 为 1-100KHZ， 也就 是 其 脉 冲 的 周 期 最 大 也 是 微 秒 级 的 ， 甲 ， 乙 的 脉 冲 是 不 可 能实 现 这 样 的 速 度 的 。

　例 如 甲 按 下 单 脉 冲 发 生 器 0.1 秒 ， 而 技 术器 时 钟 已 经 过 去 100 以 上 的 周 期 ， 也 就 是 说 计 数 器 减 了 100 次（ 当 然 只 减 了 4 电 路 就 自 锁 了 ）。

　后 来 我 们 也 考 虑 过 通 过 分 频 将 高 频 信 号 分 频 成 低 如 几 HZ 的 低频 信 号 ， 但 是 分 析 后 发 现 这 是 不 实 际 的 ， 而 且 在 时 序 上 仍 然 存在 问 题 。

　因 为 即 使 时 钟 信 号 低 到 能 适 应 甲 乙 脉 冲 的 频 宽 ， 但 是仍 会 因 为 周 期 过 大 ， 电 路 反 应 过 慢 ， LED 移 动 缓 慢 的 缺 陷 。

　通 过 长 时 间 的 分 析 ， 这 期 间 对 寄 存 器 和 组 合 逻 辑 模 式 的 电 路 内部 运 作 的 理 解 有 了 质 的 提 高 。

　得 出 了 以 下 的 最 终 解 决 方 案 可 逆 计 数 器 原 始 状 态 输 出 4 位 二 进 制 数 0000， 经 译 码 器输 出 使 中 间 的 一 只 发 光 二 极 管 发 亮 。当 按 动 A、B 两 个 按 键 时 ，分 别 产 生 两 个 脉 冲 信 号 ，经 整 形 后 分 别 加 到 可 逆 计 数 器 ，可 逆计 数 器 输 出 的 代 码 经 译 码 器 译 后 驱 动 发 光 二 极 管 点 亮 并 产 生位 移 ，当 亮 点 移 到 任 何 一 方 终 端 后 ，由 于 控 制 电 路 作 用 ，使 这一 状 态 被 锁 定 ，而 对 输 入 脉 冲 不 起 作 用 。如 按 到 复 位 键 ，亮 点又 回 到 中 点 位 置 ， 比 赛 又 可 重 新 开 始 。

　 将 双 方 终 端 二 极 管 的 正 端 分 别 经 两 个 与 非 门 后 接 至 两 个二 － 十 进 制 计 数 器 的 加 计 数 端 ，当 任 一 方 取 胜 ，该 方 终 端 二 极管 发 亮 ，产 生 一 个 下 降 沿 使 其 对 应 的 计 数 器 计 数 。这 样 ，计数 器 的 输 出 即 显 示 了 胜 者 取 胜 的 盘 数 。

　1. 计 数 器 可 逆 计 数 器 要 有 两 个 输 入 端 ，四 个 输 出 端 ，要 进 行 加 /减 计数 ， 因 此 选 用 CC40193 双 时 钟 二 进 制 同 步 加 /减 计 数 器 来完 成 。

　2.整 形 电 路 CC40193 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 须 为 高 电 平 ；减 法 计 数 时 ，加 法 输 入 CPu 也 必 须 为 高 电 平 ，若 直 接 由 A、B 键 产 生 的 脉 冲加 到 5 脚 或 4 脚 ，那 么 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 赛 不 能 正 常 进 行 。

　加 一 整 形 电 路 ， 使 A、 B 键 出 来 的 脉 冲经 整 形 后 变 为 一 个 占 空 比 很 大 的 脉 冲 ，这 样 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 一 次 键 都 有可 能 进 行 有 效 的 计 数 。

　整 形 电 路 是 由 两 个 与 门 CC4081 和 4个 与 非 门 CC4011 来 实 现 其 相 应 功 能 。

　3.译 码 电 路

　选 用 4 线 － 16 线 CC4514 译 码 器 。

　译 码 器 的 输 出Q0~Q14 分 接 9 个 发 光 二 极 管 ，二 极 管 的 负 端 接 地 ，而 正 端 接译 码 器 ； 这 样 ， 当 信 号 输 出 为 高 电 平 时 发 光 二 极 管 点 亮 。

　比 赛 准 备 ， 译 码 器 输 入 为 0000， Q0 输 出 为 0， 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 。

　4.控 制 电 路 为 指 示 出 谁 胜 谁 负 ，需 用 一 个 控 制 电 路 。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 。此时 电 路 可 用 一 个 异 或 门 CC4030 和 一 个 与 非 门 CC4011 来 实现 。将 双 方 终 端 二 极 管 的 正 极 接 至 异 或 门 的 两 个 输 入 端 ，负 极接 至 两 个 与 非 门 的 两 个 断 口 ，当 获 胜 一 方 为“ 1”，而 另 一 方 则为 “ 0”， 异 或 门 输 出 为“ 1”，经 非 门 产 生 低 电 平“ 0”，再 送 到 计 数器 的 置 数 端 PE， 于 是 计 数 器 停 止 计 数 ， 处 于 预 置 状 态 ， 使 计数 器 对 输 入 脉 冲 不 起 作 用 。

　5.胜 负 显 示 将 双 方 终 端 二 极 管 正 极 经 与 非 门 后 的 输 出 端 分 别 接 到 两 个74LS90 计 数 器 的 A 端 ，74LS90 的 四 组 4 位 BCD 码 分 别 接 到实 验 装 置 的 四 组 译 码 显 示 器 的 A、B、C、D 插 入 口 。当 一 方 取胜 时 ，该 方 终 端 二 极 管 发 亮 ，同 时 相 应 的 数 码 管 进 行 加 一 计 数 ，于 是 就 是 到 了 双 方 取 胜 次 数 的 显 示 。

　6.复 位

　 为 能 进 行 多 次 比 赛 ，需 要 进 行 复 位 操 作 ，使 亮 点 返 回中 心 点 ， 可 用 一 个 开 关 控 制 CC40193 的 清 零 端 即 可 。

　 胜 负 显 示 器 的 复 位 也 应 用 一 个 开 关 来 控 制 胜 负 计 数器 的 清 零 端 R,使 其 重 新 计 数 。

　2.3

　实验电路

　2.4

　作品介绍

　严 格 说 来 ，我 们 组 的 作 品 只 是 在 功 能 上 实 现 了 拔 河 机 的 拔河 功 能 ， 虽 然 算 不 上 真 正 意 义 上 的 拔 河 游 戏 机 ， 但 这 次 设 计 实验 不 失 为 一 次 有 意 义 的 挑 战 。

　本 作 品 为 数 字 电 子 产 品 ， 准 确 而且 灵 敏 度 高 ， 不 会 因 为 电 路 耗 能 或 模 拟 元 件 本 身 的 原 因 造 成 响应 缓 慢 、 准 确 度 低 等 缺 陷 。

　使 用 说 明 首 先 ， 要 接 如 5V 的 直 流 电 源 使 电 路 通 电 ， 使 用复 位 开 关 将 甲 乙 赢 盘 数 重 置 ， 然 后 ， 裁 判 按 下 开 始 将 程 序 内 部核 心 加 减 计 数 器 重 新 置 开 始 位 ， 仪 器 便 可 开 始 工 作 ， 用 甲 乙 两个 脉 冲 开 关 实 现 电 路 的 “ 拔 河 ”， 当 某 端 的 最 后 一 个 发 光 LED管 亮 起 时 ， 说 明 一 局 比 赛 结 束 ， 通 过 按 下 裁 判 的 复 位 按 键 来 进行 下 一 场 比 赛 ， 在 数 码 管 中 显 示 了 比 赛 的 结 果 。

　 可逆计数器 按键 A B 整形电路 选择开关 译码器 取胜计数器 取胜显示 控制电路 中心点显示 复位

　三

　心得体会

　此 次 电 子 系 统 设 计 中 ， 我 们 投 入 了 最 大 的 热 情 和 精 力 ， 从设 计 电 路 图 ， 选 择 元 器 件 ， 在 实 验 箱 上 组 合 ， 每 一 个 过 程 都 经过 了 大 家 的 共 同 探 讨 ， 其 过 程 中 出 现 了 不 少 的 问 题 ， 我 们 没 有气 馁 ， 没 有 退 缩 ， 我 们 积 极 向 同 学 和 老 师 请 教 ， 并 且 一 遍 又 一遍 的 重 复 实 践 ， 直 到 我 们 期 望 的 结 果 实 现 。

　事 实 也 证 明 我 们 的努 力 没 有 白 费 ， 认 真 严 谨 的 实 习 态 度 给 我 们 带 来 了 成 功 的 喜悦 ！

　通 过 这 次 电 子 系 统 设 计 ， 我 们 掌 握 了 设 计 一 个 数 字 电 路 的基 本 方 法 和 基 本 步 骤 ， 实 际 解 决 了 设 计 中 出 现 的 问 题 ， 增 强 了寻 找 问 题 ， 解 决 问 题 的 能 力 。

　此 次 电 子 设 计 的 成 功 不 仅 帮 助 我们 更 好 地 掌 握 书 本 知 识 ， 尤 其 重 要 的 是 增 强 了 我 们 的 自 信 ， 培养 了 我 们 独 立 思 考 的 能 力 。

　严 格 说 来 ， 我 们 组 的 作 品 只 是 在 功 能 上 实 现 了 拔 河 机 的 拔河 功 能 ， 虽 然 算 不 上 真 正 意 义 上 的 拔 河 游 戏 机 ， 但 这 次 设 计 实验 不 失 为 一 次 有 意 义 的 挑 战 。

　参考文献

　[1] 阎石主编：《数字电子电路》，北京，中央广播电视大学出版社，1993 年 [2] 李国丽 朱维勇 《电子技术实验指导书》 中国科技大学出版社 [3] 蔡惟铮主编：《数字电子线路基础》，哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，1988 年 [4] 李 士雄、丁康源主编：《数字集成电子技术教程》，北京，高等教育出版社，1993 年 [5] 欧阳星明：《数字逻辑》华中科技大学出版社，2005 年 年3 月

　K Ω附 2

　 系统原理图

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　Cc40193

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　74LS90

　 Cc4514

　 74LS90

　741LS90

　 74LS90 +5V +5V +5V