數(shù)電課程設(shè)計(jì)---拔河游戲機(jī)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　二○一二年五月十六日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一 設(shè)計(jì)任務(wù)書4</b></p>

2、<p>　　1.1 設(shè)計(jì)題目 拔河游戲機(jī)4</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)目的4</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)4</p><p>　　二 電路總體設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 總體設(shè)計(jì)電路框圖5</p><p>　　2.2總體設(shè)計(jì)描述5</p><p>

3、<b>　　1.整體描述5</b></p><p><b>　　2.開機(jī)描述5</b></p><p><b>　　3.比賽描述5</b></p><p><b>　　4.計(jì)分描述6</b></p><p>　　2.3 整機(jī)電路6</p&g

4、t;<p>　　2.4 整機(jī)電路設(shè)計(jì)描述7</p><p>　　三 部分電路設(shè)計(jì)及原理7</p><p>　　3.1 整形電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.2 編碼電路設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.3 譯碼電路設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.4 控制電路設(shè)計(jì)12</p>&

5、lt;p>　　3.5 勝負(fù)顯示設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.6 復(fù)位電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　四 結(jié) 論15</p><p>　　4．1 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)：15</p><p>　　4．2 心得體會(huì)：15</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)16</b></p&g

6、t;<p>　　附錄A 系統(tǒng)整體電路17</p><p>　　附錄B 系統(tǒng)元器件表格清單18</p><p><b>　　一 設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)題目 拔河游戲機(jī)</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)目的</b></p>

7、<p>　　1、了解并掌握電子電路的一般設(shè)計(jì)方法，具備初步的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。</p><p>　　2、通過查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料，進(jìn)一步熟悉常用電子器件的類型和特性，并掌握合理選用的原則；進(jìn)一步掌握電子儀器的正確使用方法。</p><p>　　3、學(xué)會(huì)使用EDA軟件Multisim對(duì)電子電路進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。</p><p>　　4、初步掌握普通電子電路的安裝、布

8、線、調(diào)試等基本技能。</p><p>　　5、提高綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)獨(dú)立分析和解決問題的能力，學(xué)會(huì)撰寫課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告；培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。</p><p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　給定設(shè)計(jì)設(shè)備和主要元器件，按照電路的各部分組合成一個(gè)完整的拔河游戲機(jī)。 </p>&l

9、t;p>　　1、拔河游戲機(jī)需用個(gè)發(fā)9個(gè)光二極管排列成一行，開機(jī)后只有中間一個(gè)點(diǎn)亮，游戲開始，以此作為拔河的中心線。游戲雙方各持一個(gè)按鍵，迅速地、不斷地按動(dòng)產(chǎn)生脈沖，誰按得快，亮點(diǎn)向誰方向移動(dòng)，每按一次，亮點(diǎn)移動(dòng)一次。移到任一方終端二極管點(diǎn)亮，這一方獲勝，此時(shí)雙方按鍵均無作用，輸出保持，只有經(jīng)復(fù)位后才使亮點(diǎn)恢復(fù)到中心線，新的一輪開始。</p><p>　　2、顯示器顯示勝者的盤數(shù)。</p>&l

10、t;p><b>　　二 電路總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 總體設(shè)計(jì)電路框圖</p><p><b>　　見圖2—1所示</b></p><p>　　圖 2—1 拔河游戲機(jī)線路框圖</p><p><b>　　2.2總體設(shè)計(jì)描述</b></p&g

11、t;<p>　　1.整體描述 電子拔河游戲機(jī)是一種能容納甲乙雙方參賽或甲乙雙方加裁判的三人游戲電路。該拔河游戲設(shè)計(jì)選取九個(gè)LED發(fā)光二極管表示拔河的“電子繩”。</p><p>　　由甲乙雙方通過按鍵的快慢使得LED燈朝自己的那段點(diǎn)亮至終點(diǎn)延伸。誰最先點(diǎn)亮最后一個(gè)發(fā)光二極管即為獲勝方。此時(shí)雙方再按開關(guān)不會(huì)再點(diǎn)亮二極管，并對(duì)獲勝方進(jìn)行累計(jì)計(jì)數(shù)，累計(jì)多局定勝負(fù)。</p><p>

12、;　　用鍵盤上的A和B表示開關(guān)按鈕。C表示清零信號(hào)，每次比賽都要清零，并使按鈕開關(guān)復(fù)位。中間的的二極管點(diǎn)亮提醒參賽雙方新的一輪比賽開始。</p><p>　　2.開機(jī)描述 比賽開始，由裁判下達(dá)比賽命令，鍵盤D代表裁判信號(hào)。按下鍵盤D鍵甲乙雙方才能輸入信號(hào)即分別按下鍵盤A，B鍵時(shí)才能點(diǎn)亮二極管。否則由于電路具有自鎖功能，使得輸入信號(hào)無效。裁判信號(hào)有鍵盤D來控制。 </p><p>　　3

13、.比賽描述 拔河電子繩由9個(gè)LED發(fā)光二級(jí)管構(gòu)成，裁判下達(dá)比賽開始命令后，按下鍵盤D鍵，甲乙雙方通過按鍵輸入信號(hào)，由鍵盤A,B鍵來模擬信號(hào)輸入。摁下A鍵向左移動(dòng)，摁下B鍵向右移動(dòng)。石、使發(fā)亮的LED二極管向自己的一方移動(dòng)，并阻止向?qū)Ψ侥欠揭苿?dòng)。那方摁的快光點(diǎn)就向這一方移動(dòng)。當(dāng)點(diǎn)亮的亮點(diǎn)從中點(diǎn)至最后一個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r，表示比賽結(jié)束。此時(shí)電路自鎖，保持當(dāng)前狀態(tài)不變。</p><p>　　4.計(jì)分描述 計(jì)分電路由

14、倆段七段數(shù)碼管分別對(duì)雙方的獲勝次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，比賽結(jié)束時(shí)自動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù)累加。</p><p><b>　　2.3 整機(jī)電路</b></p><p>　　圖 2－2 拔河游戲機(jī)整機(jī)線路圖</p><p>　　2.4 整機(jī)電路設(shè)計(jì)描述</p><p>　　整機(jī)電路設(shè)計(jì)包括六個(gè)模塊分別為整形電路、編碼電路、譯碼電路、控制電路、勝

15、負(fù)顯示、復(fù)位?？赡嬗?jì)數(shù)器CC40193原始狀態(tài)輸出4位二進(jìn)制數(shù)0000，經(jīng)譯碼器輸出使中間的一只發(fā)光二極管點(diǎn)亮。當(dāng)按動(dòng)A、B兩個(gè)按鍵時(shí)，分別產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào)，經(jīng)整形后分別加到可逆計(jì)數(shù)器上，可逆計(jì)數(shù)器輸出的代碼經(jīng)譯碼器譯碼后驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮并產(chǎn)生位移，當(dāng)亮點(diǎn)移到任何一方終端后，由于控制電路的作用，使這一狀態(tài)被鎖定，而對(duì)輸入脈沖不起作用。如按動(dòng)復(fù)位鍵，亮點(diǎn)又回到中點(diǎn)位置，比賽又可重新開始。</p><p>　　將雙

16、方終端二極管的正端分別經(jīng)兩個(gè)與非門后接至二個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CC4518的允許控制端EN，當(dāng)任一方取勝，該方終端二極管點(diǎn)亮，產(chǎn)生一個(gè)下降沿使其對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。這樣，計(jì)數(shù)器的輸出即顯示了勝者取勝的盤數(shù)。</p><p>　　三 部分電路設(shè)計(jì)及原理</p><p>　　3.1 整形電路設(shè)計(jì)</p><p>　　CC40193是可逆計(jì)數(shù)器，控制加減的CP脈沖分別加至5腳和4

17、腳，此時(shí)當(dāng)電路要求進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時(shí)，減法輸入端CPD 必須接高電平；進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時(shí)，加法輸入端CPU 也必須接高電平，若直接由A、B鍵產(chǎn)生的脈沖加到5腳或4腳，那么就有很多時(shí)機(jī)在進(jìn)行計(jì)數(shù)輸入時(shí)另一計(jì)數(shù)輸入端為低電平，使計(jì)數(shù)器不能計(jì)數(shù)，雙方按鍵均失去作用，拔河比賽不能正常進(jìn)行。加一整形電路，使A、B二鍵出來的脈沖經(jīng)整形后變?yōu)橐粋€(gè)占空比很大的脈沖，這樣就減少了進(jìn)行某一計(jì)數(shù)時(shí)另一計(jì)數(shù)輸入為低電平的可能性，從而使每按一次鍵都有可能進(jìn)行有效的計(jì)數(shù)。

18、整形電路由兩片CC4011、一片CC4081、開關(guān)及電阻組成的邏輯組合及時(shí)序組合電路來得到CP下降沿脈沖的同時(shí)消除因開關(guān)的抖動(dòng)帶來的不穩(wěn)定脈沖。其電路仿真如圖3—1所示。 </p><p>　　圖3—1 整形電路電路仿真圖</p><p>　　3.2 編碼電路設(shè)計(jì)</p><p>　　編碼器有二個(gè)輸入端，四個(gè)輸出端，要進(jìn)行加 / 減計(jì)數(shù)，因此選用CC40193雙時(shí)鐘

19、二進(jìn)制同步加 / 減計(jì)數(shù)器來完成。一方進(jìn)行加運(yùn)算，使亮點(diǎn)向右移動(dòng)，一方進(jìn)行減預(yù)算。其控制端和前一級(jí)搶答器電路相連。CC40193同步遞增或遞減二進(jìn)制計(jì)數(shù)器引腳排列如圖3—2及功能表表1。</p><p>　　圖3—2CC40193引腳排列圖</p><p><b>　　注：</b></p><p>　　—TCD  借位輸出端 

20、;           —TCU  進(jìn)位輸出端</p><p>　　— CPD  減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端           —CPU   加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端</p&g

21、t;<p>　　— MR 清除端                           P0—P3  并行數(shù)據(jù)輸入端</p><p>　　—

22、PL 并行置數(shù)控制端              Q0—Q3  計(jì)數(shù)器輸出端</p><p>　　表1 CC40193的功能表</p><p>　　CC40193功能表具體反映了CC40193具有：同步可逆計(jì)數(shù)功能；異步清零功能；異步置數(shù)功能和保持功能；加減可逆

23、計(jì)數(shù)功能。當(dāng)MR=1時(shí)進(jìn)行清零功能；當(dāng)MR=0，PL=0時(shí)進(jìn)行置數(shù)功能；當(dāng)MR=0，PL=1時(shí)，CPD=1，CPU上升沿進(jìn)行加計(jì)數(shù)功能；CPU=1，CPD下降沿進(jìn)行減計(jì)數(shù)功能。</p><p>　　編碼電路進(jìn)行加減計(jì)數(shù)時(shí)來使亮點(diǎn)左右移動(dòng)最終亮點(diǎn)到達(dá)最左端或最右端先到達(dá)者獲勝。編碼電路的主要器件為CC40193，其功能仿真圖如圖3—3所示。</p><p>　　圖3—3 CC40193功能仿

24、真圖</p><p>　　3.3 譯碼電路設(shè)計(jì)</p><p>　　選用4－16線CC4514譯碼器。譯碼器的輸出Q0～Q8 分接9個(gè)發(fā)光二極管，二極管的負(fù)端接地，而正端接譯碼器；這樣，當(dāng)輸出為高電平時(shí)發(fā)光二極管點(diǎn)亮。</p><p>　　比賽準(zhǔn)備，譯碼器輸入為0000，Q0 輸出為“1”，中心處二極管首先點(diǎn)亮。當(dāng)編碼器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時(shí)，亮點(diǎn)向右移，進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時(shí)，亮

25、點(diǎn)向左移。CC4514引腳排列及功能表如圖3—4所示。</p><p>　　A0～A3 — 數(shù)據(jù)輸入端 INH — 輸出禁止控制端 </p><p>　　LE — 數(shù)據(jù)鎖存控制端 Y0～Y15 — 數(shù)據(jù)輸出端</p><p>　　圖3—4 CC4514引腳排列圖</p><p&

26、gt;　　表1 CC4514的功能表</p><p>　　輸出狀態(tài)鎖定在上一個(gè)LE=“1”時(shí)，A0 ～A3的輸入狀態(tài)。</p><p>　　譯碼電路的仿真圖如圖3—5所示</p><p>　　圖3—5 譯碼電路的仿真圖</p><p>　　3.4 控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　為指示出誰勝誰負(fù)，需用一個(gè)控制電路。

27、當(dāng)亮點(diǎn)移到任何一方的終端時(shí)，判該方為勝，此時(shí)雙方的按鍵均宣告無效。此電路可用異或門CC4030和非門CC4011來實(shí)現(xiàn)。將雙方終端二極管的正極接至異或門的兩個(gè)輸入端，當(dāng)獲勝一方為“1”，而另一方則為“0”，異或門輸出為“1”，經(jīng)非門產(chǎn)生低電平“0”，再送到CC40193計(jì)數(shù)器的置數(shù)端，于是計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，處于預(yù)置狀態(tài)，由于計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)端A、B、C、D和輸出端QA、QB、QC、QD對(duì)應(yīng)相連，輸入也就是輸出，從而使計(jì)數(shù)器對(duì)輸入脈沖不起作用。其

28、電路仿真圖如圖3—6所示。</p><p>　　圖3—6 控制電路的仿真圖</p><p>　　3.5 勝負(fù)顯示設(shè)計(jì)</p><p>　　將雙方終端二極管正極經(jīng)非門后的輸出分別接到二個(gè)CC4518計(jì)數(shù)器的EN端，CC4518的兩組4位BCD碼分別接到實(shí)驗(yàn)裝置的兩組譯碼顯示器的A、B、C、D插口處。當(dāng)一方取勝時(shí)，該方終端二極管發(fā)亮，產(chǎn)生一個(gè)上升沿，使相應(yīng)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行

29、加一計(jì)數(shù)，于是就得到了雙方取勝次數(shù)的顯示，若一位數(shù)不夠，則進(jìn)行二位數(shù)的級(jí)聯(lián)。其電路設(shè)計(jì)圖及仿真圖如圖3—7所示</p><p>　　圖3—7 勝負(fù)顯示設(shè)計(jì)電路及仿真圖</p><p>　　CC4518計(jì)數(shù)器具有“加計(jì)數(shù)”和清零功能。CC4518是BCD碼（即二—十進(jìn)制）計(jì)數(shù)器，管腳排列如圖3—8所示，其功能表如表2所示。</p><p>　　圖3—8 CC451

30、8管腳排列圖</p><p>　　CP—時(shí)鐘輸入端 MR—清除端</p><p>　　EN—計(jì)數(shù)允許控制端 A～D計(jì)數(shù)輸出端</p><p>　　表2 CC4518功能表</p><p>　　3.6 復(fù)位電路設(shè)計(jì)</p><p>　　為能進(jìn)行多次比賽而需要進(jìn)行復(fù)位操作，使亮點(diǎn)返回中心點(diǎn)，可用一個(gè)開關(guān)控制C

31、C40193的清零端R即可。</p><p>　　勝負(fù)顯示器的復(fù)位也應(yīng)用一個(gè)開關(guān)來控制勝負(fù)計(jì)數(shù)器CC4518的清零端R，使其重新計(jì)數(shù)。復(fù)位電路設(shè)計(jì)如圖3—9所示。</p><p>　　圖3—9所示 復(fù)位電路設(shè)計(jì)圖</p><p><b>　　四 結(jié) 論</b></p><p>　　4．1 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)： </p&g

32、t;<p>　　本課題所設(shè)計(jì)的拔河游戲機(jī)主體大概是由9個(gè)電平指示燈組成“電子繩”，由可逆計(jì)數(shù)器CC40193構(gòu)成編碼電路，由譯碼器CC4514構(gòu)成譯碼器電 路，由計(jì)數(shù)器CC4518作為勝負(fù)的顯示。 </p><p>　　4．2 心得體會(huì)：</p><p>　　課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)我們實(shí)際工作能力的

33、具體訓(xùn)練和考察過程. 此次拔河游戲機(jī)課程設(shè)計(jì)，我仍體會(huì)頗深。從中學(xué)到很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的很多的不足，自己知識(shí)的很多漏

34、洞，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說觸發(fā)器的運(yùn)用還是不怎么熟識(shí)，對(duì)CC40193193計(jì)數(shù)器的邏輯功能還是不怎么了解,multisim不怎么會(huì)用……看到了自己基礎(chǔ)知識(shí)還是不夠扎實(shí)，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還待急需提高。通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故。雖然這只是一次的較簡(jiǎn)單的課程設(shè)計(jì)，可是也耗費(fèi)了我們不少的心血。無論如何，就當(dāng)它是一次數(shù)電的復(fù)習(xí)課吧！同時(shí)也作了一次很好的復(fù)習(xí)！&

35、lt;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ) 實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M].電子工業(yè)出版社,2005.</p><p>　　[2] 方建中.電子線路實(shí)驗(yàn)(第二版)[M]. 浙江大學(xué)出版社,2003.</p><p>　　[3]（日本）湯山俊夫著，彭軍譯.數(shù)字電路設(shè)計(jì)與制作[M].

36、 科學(xué)出版社，2005.</p><p>　　[4] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）第四版[M]. 高等教育出版社,1980.</p><p>　　[5] 彭芥華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].高等教育出版社,2001.</p><p>　　[6] 王艷春主編.電子技術(shù)試驗(yàn)與Mutilsim仿真[M].合肥工業(yè)大學(xué)出版,2011.</p><p&