模拟乒乓球比赛实验报告Word格式.docx
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培养综合运用数字电子技术知识进行简易数字电子系统设计,及利用EWB软件进行仿真的能力。
二、实验任务:
1.选题:
模拟乒乓球比赛电路
模拟乒乓球比赛通过设计,采用数字芯片实现乒乓球左右移动、选手击球、得分、累计得分到9分报警等功能。
该设计三个双向开关S1、S2、S3分别作为裁判和两选手的击球动作,同时选手可以从译码显示器上直接读出自己的得分,具有操作简单、结构清晰的优点。
2.设计目标:
该模拟乒乓球比赛电路主要有4块电路:
时钟信号产生电路、球台驱动电路、控制电路和计分电路。
其中球台电路主要实现选手击球完毕后球的左右移动显示位置功能;
控制电路实现选手击球、裁判功能;
计分电路具有当选手击球有效时加分和当选手的分数累计到9分时报警功能。
3.设计要求:
1)用8个发光二极管表示球,将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。
用两个开关和2个发光二极管分别表示AB两个球员的球拍;
2)一方发球后,球以固定的速度向另一方运动(发光二极管依次逐个点亮),当球达到另一方的最后一个二极管时,参赛者应立即按下自己一方的按钮,即表示击球,若击中,则“球”向相反方向运动,若未击中,则对方得1分。
A、B各有一个数码管计分。
3)裁判有一个按钮,用来对使选手准备,每次得分后按下一次。
三、设计注意事项:
1)选用Workbench含有的芯片。
2)原理设计时不要用芯片管脚图连线。
3)仿真时SSI选用理想器件,不要用芯片连线。
4)仿真时电路中用到的CP脉冲,要求用555设计CP脉冲源。
四、电路设计:
2.时钟信号:
U3
由555定时器构成多谐振荡器用来产生时钟信号:
脉冲周期:
重复频率:
占空比:
最终使用该电路产生频率1Hz的时钟信号。
3.计分电路:
U6
EWB中有将74LS48与七段数码管集成的器件,为了使电路更为简洁,同时减少线路连接,所以使用了该器件U1。
如上图所示,计分电路由一个非门、与门和十进制的74LS160计数器构成。
得分真值表如下
L1
J2(A)
L8
J3
Y(A)
Y(B)
1
由上表可得上图中非门和与门的接法。
同步计数器74LS160功能表:
清零
预置
使能
时钟
预置数据输入
输出
工作模式
RD
LD
EPET
CP
D3D2D1D0
Q3Q2Q1Q0
0
1
×
×
0×
0
11
↑
d3d2d1d0
0000
d3d2d1d0
保持
十进制计数
异步清零
同步置数
数据保持
加法计数
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9分时,探针点亮,发出报警信号。
4.驱动控制电路:
J1
J2
74LS74功能表:
图中74LS74为上升沿触发的D触发器,~PR为置1端(低有效),~CLR为置0端(低有效)。
当J1=0时,两片D触发器输出端均为1即S1=S0=1,通过接入74LS194,此时实现的是并行输入功能。
当J1=1时,L1=J2=1,J3=L8=0,通过各门电路可知U2A,U4A,U2B输出端分别为0,1,1,则D触发器输出端分别为0,1即S1=0,S0=1。
相反情况时,当J1=1时,L1=J2=0,J3=L8=1,D触发器输出端分别为1,0即S1=1,S0=0。
通过此电路来控制并且实现球台灯的左右移位即实现乒乓球的运动。
5.球台电路:
74194功能表:
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。
五、实验结论:
1.实现要求:
本电路实现了击球完毕后球的左右移动显示位置功能;
2.电路特点:
本电路中时钟信号产生电路、驱动控制电路和计分电路实现的较为理想,但是球台电路无法实现球越过中点打开开关实行球往回移动。
3.改进和完善:
1)应该重新增加设计控制电路,使之增加可选择发球方的功能;
2)增加时钟信号电路,使在不同位置击球会产生不同的击球速度;
3)增加计分电路使之更符合现实中的计分规则;
4)增加电路使其更加符合现实中的规则,如有过网击球等。
六、实验小结:
通过此次课程设计,我们了解了模拟电路基本设计方法,对EWB仿真软件有了更深的了解和认识,使用EWB仿真软件,可以让我们在虚拟的环境中进行实验,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。
这次数电课程设计,虽然短暂但是让我得到多方面的提高:
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。
还使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
七、附件:
1.完整的电路原理图
2.元器件清单
序号
名称
数量
代号
型号或标称值
2输入与门
4
U23、U26、U33、U34
2
2输入或门
U37
3
2输入与非门
U38、U39
非门
U24、U25
5
555定时器
6
双D触发器
U8
74LS74
7
4位二进制同步计数器
U6、U7
74LS160
8
4位二双向移位寄存器
U4、U5
74LS194
9
电容
C1、C2
0.01uF1430uF
10
数码管
U1、U2
11
4线七段译码器
74LS48
12
探针
13
U30、U32、U48、U49、U50、U51、U52、U52、
U53、U54、U55、U56、U57
电阻
R1、R2
1Ω、500Ω
14
开关
A、S、Space
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