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拔河游戏机的设计

钦州　学　院

数字电子技术课程设计报告

拔河游戏机的设计

院系物理与电子工程学院

专业工业自动化

学生班级2011级2班

姓名梁承林刘金胜林富卓

学号******************17

1105402224

指导教师单位钦州学院

指导教师姓名黄际乐

指导教师职称讲师

2014年10月

拔河游戏机的设计

工业自动化专业2011级梁承林刘金胜林富卓

指导教师黄际乐

摘要：

（1）本课题所设计的拔河游戏机由9个电平指示灯排列成行，开机之后只有中间一个指示灯灯亮，以此作为拔河的中心线，游戏双方各持一个按键，迅速的不断的产生脉冲，谁按得快，亮点向谁方向移动，每按一次，亮点移动一次。

移到任一方终端指示灯亮，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。

（2）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。

（3）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输入端，其进入方向则由参赛双方的按键信号决定。

关键词：

拔河，游戏机，设计

设计目的:

通过设计一个简易拔河比赛游戏机。

1．熟练掌握proteus软件的使用方法； 

2．能利用proteus进行一个电子技术综合问题的设计； 

3．掌握proteus各种数字芯片接口的灵活运用,培养实验的仿真技能； 

4．掌握按键分配、CLOCK调用、LED数码管等外围接口的运用； 

5．通过proteus软件仿真理解并做出实物图； 

6．培养分析、寻找和排除电子电路中常见故障的能力。

设计技术指标与要求:

（1）基本功能

①拔河游戏机需用9个发光二极管排列成一行，开机后只有中间一个点亮，以此作为拔河的中心线，游戏双方各持一个按键，迅速地、不断地按动产生脉冲，谁按得快，亮点向谁方向移动，每按一次，亮点移动一次。

移到任一方终端二极管点亮，这一方就得胜，此时双方按键均无作用，输出保持。

只有经复位后才使亮点恢复到中心线，比赛才可重新开始；

②用七段LED数码管显示胜者的盘数。

（2）设计成果要求

①利用集成芯片、分立元件制作线路板，实现有关电路功能；

②设计报告一份。

（3）主要器件

万能板、+5V直流电源、数码管×2、逻辑电平开关×4、4线－16线译码／分配器（CD4514×1）、同步递增／递减二进制计数器（74ls193×1）、十进制计数器（CD4518×1）译码器（CD4511×2）、与门（CD4081×1）、与非门（CD4011×3）、异或门（CD4030×1）发光二极管LED×9、电阻（1K×4、200

×9）

前言…………………………………………………………………………………………1

1拔河游戏机……………………………………………………………………………1

1.1设计思想…………………………………………………………………………1

1.1.1设计方案…………………………………………………………………………1

1.2拔河游戏机控制电路各单元电路设计……………………………………………2

1.2.1整形电路设计……………………………………………………………………2

1.2.3基本RS触发器…………………………………………………………………3

1.3.1整形电路…………………………………………………………………………4

1.3.2编码电路设计……………………………………………………………………4

1.4.1译码电路设计…………………………………………………………………5

1.4.2集成芯片CD4514………………………………………………………………5

1.5.1控制电路设计……………………………………………………………………6

1.5.2胜负显示电路设计………………………………………………………………7

1.5.3集成芯片CD4518………………………………………………………………7

1.5.4集成芯片CD4511………………………………………………………………8

1.5.5复位电路设计……………………………………………………………………9

2.1拔河游戏机整体电路设计…………………………………………………………10

2.1.1整体电路仿真图…………………………………………………………………10

2.2实物图…………………………………………………………………………11

3实验体会…………………………………………………………………………13

4附录………………………………………………………………………………14

附录一元器件清单………………………………………………………………14

附录二参考文献…………………………………………………………………15

前言

在拔河游戏机所采用的是可逆计数器74ls193和4线--16线译码器CC4514以及与非门异或门组成的简单游戏机。

主要通过与非门，实现脉冲整形，使电路稳定，输入脉冲不会起冲突。

然后CC40193进行脉冲计数，以及控制端对其进行控制。

而CC4514所起的作用是译码，显示一局中两放的胜负。

数码管起显示整个比赛中游戏的胜负的作用，简单方便易于操作。

在学了数字电子技术基础这门课后，设计这个拔河游戏比赛，很是恰到好处，本设计主要是设计报告，如何设计拔河游戏机比赛以及软件的仿真。

图1拔河游戏机的原理框图

1拔河游戏机

1.1设计思想

1.1.1设计方案

方案一：

可逆计数器74ls193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点亮。

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上，可逆计数器输出的代码经译码器译码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，由于控制电路的作用，使这一状态被锁定，而对输入脉冲不起作用。

如按动复位键，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二个十进制计数器CC4518的允许控制端EN，当任一方取胜，该方终端二极管点亮，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。

方案二：

可以用两篇74LS192代替CC40193，先将两片73LS192连接成100进制的可逆，然后将其改成十六进制的计数器。

用一全加器将两片74LS192的输出信号八位转化成四位，再接给CC4514的输入端。

电路的其他部分不变。

由以上两方案比较可知，明显方案一优于方案二，方案二要多加一块计数器和一块全加器，增加了电路的成本，且方案一的连接较为简单，方案二分析更为复杂一些。

由以上两方案比较可知，明显方案一优于方案二，方案二要多加一块计数器和一块全加器，增加了电路的成本，且方案一的连接较为简单，方案二分析更为复杂一些。

设计电路框图如图一所示：

1.2拔河游戏机控制电路各单元电路设计

1.2.1整形电路设计

由与门CD4011和与非门CD4081构成。

1.2.2仿真图图

如下所示：

1.2.3基本RS触发器

引脚图:

基本RS触发器功能表

R

S

Q

1

0

1

0

1

0

1

1

不变

0

0

不定

机械开关接通时，由于振动开关会使电压或电流波形产生“毛刺”，利用基本RS触发器的记忆作用可以消除上述开关振东所产生的影响，设单刀双掷开关原来与B点接通，这时触发器的状态为0。

当开关由B拨向A时，其中有一短暂的浮空时间，这时触发器的R﹑S均为1，Q仍为0。

中间触点与A接触时，A点的电位由于振动而产生“毛刺”。

但是，首先是B点已经为高电平，A点一旦出现低电平，触发器的状态翻转为1，即使A点再出现高电平，也不会再改变触发器的状态，所以Q端的电压波形不会出现“毛刺”现象。

1.3.1整形电路

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，拔河比赛不能正常进行。

加一整形电路，前两个与非门组成一个基本RS触发器，在按钮的作用下产生脉冲，后一个与门和两个与非门组成一个整形电路其作用是产生一个占空比很大的脉冲信号，这样就减少某一方在计数时另一方输出为低电平的概率，使甲乙双方都能有效计数。

1.3.2编码电路设计

74LS193是加/减可逆计数器，控制加减的CP脉冲分别加至5脚和4脚，其内部主要由四位D型触发器组成。

当CR为高电平时，计数器置零。

当—LD为低电平时，进行预置数操作，D0—D3上的数据置入计数器中，计数器操作由两个时钟输入控制。

当CPD=“1”时，在CPU上跳变时计数器加1计数;当CPU=“1”时，在CPD上跳变时计数器减1计数。

原理图如下所示：

CC40193引脚图

1.4.1译码电路设计

选用4－16线CC4514译码器。

译码器的输出Y0～Y14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，Y0输出为“1”，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。

1.4.2集成芯片CC4514

注：

CC4514 4线－16线译码器引脚排列及功能：

A0～A3—数据输入端；

INH—输出禁止控制端；

LE—数据锁存控制端；

Y0～Y15—数据输出端

CC4514 功能表

输   入

高电平输出端

输   入

高电平输出端

LE

INH

A3

A2

A1

A0

LE

INH

A3

A2

A1

A0

1

0

0

0

0

0

YO

1

0

1

0

0

1

Y9

1

0

0

0

0

1

Y1

1

0

1

0

1

0

Y10

1

0

0

0

1

0

Y2

1

0

1

0

1

1

Y11

1

0

0

0

1

1

Y3

1

0

1

1

0

0

Y12

1

0

0

1

0

0

Y4

1

0

1

1

0

1

Y13

1

0

0

1

0

1

Y5

1

0

1

1

1

0

Y14

1

0

0

1

1

0

Y6

1

0

1

1

1

1

Y15

1

0

0

1

1

1

Y7

1

1

×

×

×

×

无

1

0

1

0

0

0

Y8

0

0

×

×

×

×

①

①输出状态锁定在上一个LE＝“1”时，A0～A3的输入状态

1.5.1控制电路设计

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。

此电路可用异或门CD4030和与非门CD4011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，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74LS193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A、B、C、

D和输出端QA、QB、QC、QD对应相连，输入也就是输出，从而使计数器对输入脉冲不起作用。

仿真图如下所示：

1.5.2胜负显示电路设计

将双方终端二极管正极经非门后的输出分别接到二个CC4518计数器的EN端，CC4518的两组4位BCD码分别接到实验装置的两组译码显示器的A、B、C、D插口处。

当一方取胜时，该方终端二极管发亮，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，若一位数不够，则进行二位数的级联。

1.5.3集成芯片CC4518

CC4518为双BCD加计数器，该器件由两个相同的同步4级计数器组成。

计数器级为D型触发器。

具有内部可交换CP和EN线，用于在时钟上升沿或下降沿加计数。

在单个单元运算中，EN输入保持高电平，且在CP上升沿进位。

CR线为高电平时，计数器清零。

计数器在脉动模式可级联，通过将Q3连接至下一计数器的EN输入端可实现级联。

同时后者的CP输入保持低电平。

CC4518引脚图

注：

1CP、2CP—时钟输入端

1R、2R—清除端1EN、2EN—计数允许控制端

1Q0～1Q3—计数器输出端2Q0～2Q3—计数器输出端

CC4518功能表

输   入

输出功能

CP

R

EN

↑

0

1

加计数

0

0

↓

加计数

↓

0

×

保   持

×

0

↑

↑

0

0

1

0

↓

×

1

×

全部为“0”

1.5.4集成芯片CC4511

将输入BCD标准代码变换成驱动七段数码管所需的码信号，又称四线—七段锁存译码管其中四线A—D为BCD码输入端，a、b、c、d、e、f、g—译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED数。

CC4511内接有上拉电阻，故只需在输出端与数码管笔段之间串入限流电阻即可工作。

译码器还有拒伪码功能，当输入码超过1001时，输出全为“0”，数码管熄灭。

—测试输入端，

＝“0”时，译码输出全为“1”。

—消隐输入端，

＝“0”时，译码输出全为“0”。

LE—锁定端，LE＝“1”时译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在LE＝0时的数值，LE＝0为正常译码。

CC4511引脚图

CC4511功能表

输入

输出

LE

D

C

B

A

a

b

c

d

e

f

g

显示字形

×

×

0

×

×

×

×

1

1

1

1

1

1

1

×

0

1

×

×

×

×

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

1

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

消隐

1

1

1

×

×

×

×

锁存

锁存

1.5.5复位电路设计

为能进行多次比赛而需要进行复位操作，使亮点返回中心点，可用一个开关控制CC40193的清零端R即可。

胜负显示器的复位也应用一个开关来控制胜负计数

CC4518的清零端R，使其重新计数。

2.1拔河游戏机整体电路设计

2.1.1整体电路仿真图

2.1.2比赛中：

2.2实物图

正面

反面

运行

比赛效果图：

3.实验体会

在做本次课程设计的过程中，我感触最深的就是查阅大量的设计资料了。

为了使自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，也是必不可少的。

在设计的过程中，我再一次了解了集成芯片74LS193﹑CC4514﹑CC4518和CC4511功能特性，并且和课本上所学的集成芯片作比较，是自己对这一块的知识认识的更为深刻。

另外，通过画Proteus原理图，学会了有关Proteus的不少基础知识，虽然过去从未独立应用过它，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率是非常高的。

这是我做课程设计的又一收获。

通过这次课程设计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，才能真正为自己服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

虽然在设计的过程中遇到了各种各样的问题，但是在解决这些问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提高与肯定。

遇到不懂的问题时，利用网上和图书馆的资源，搜索查找得到需要的信息。

和组员之间相互讨论，明白了团队合作的重要性。

小组人员的配合﹑相处，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。

此次设计不仅增强了自己在专业设计方面的信心，鼓舞了自己，更是一次兴趣的培养。

这次课程设计，由于自己理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，设计方面还是存在一定的缺陷，还望老师批评指正。

4附录

附录一元器件清单

1）＋5V直流电源  

2）译码显示器

3）逻辑电平开关

4）CD4514   4线－16线译码／分配器

74LS193 同步递增／递减二进制计数器

CD4518×2  十进制计数器

CD4511×2译码器CD4081 与门    

CD4011×3  与非门CD4030 异或门

发光二极管LED×9

5）电阻1K×4200

×9

附录二参考文献

1.李国丽朱维勇电子技术实验指导书[M]。

中国科技大学出版社

2.李士雄，丁康源主编，数字集成电子技术教程[M]北京高等教育出版社1993

3.高吉祥，电子技术基础实验与课程设计[M]北京，电子工业出版社2004

4.王慧玲，电工电子实验与实训[M]北京：

机械工业出版社2003

5.周良权，方向桥，数字电子技术基础[M]北京，高等教育出版社1993

6.诌华跃，数字集成电路基础学习参考[M]南京，南京大学出版社2001

7.余志新，徐娟，数字电路学习与实验指导[M]广州，华南理工大学出版社，1999

8.何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社2001年6月

9.康华光，电子技术基础，高等教育出版社，2003年

10.李银华，电子线路设计指导，北京航空大学出版社，2005年6月

11.李国丽，朱维勇：

《EDA与数字系统设计》中国科技大学出版社，2004年

12.蔡惟铮：

《数字电子线路基础》哈尔滨工业大学出版社，1988年