数电课设拔河游戏机的设计.doc-资料库

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一、概述 (1)本课题的主要任务是让拔河游戏机的电平指示灯由中点向速度快的一方延伸，而阻止向速度慢的一方延伸。可以设想用可预置的加/减计数器作主要器件，用计数器的输出状态通过译码器控制电平指示灯的显示状态。如当计数器进行加法计数时，发亮的电平指示灯向右方延伸，相反，进行减法计数时，发亮的电平指示灯向相反方向移动。当移动到一方的终点就就把电路锁定，此时双方按键均无作用，只有按了复位按键双方才能继续下一局的比赛，计数器就记录双方的获胜的次数，数码管显示胜者赢的盘数。 (2)通过对题目要求的分析得出本课题的主要任务，然后得出一个大体的设计方案，然后对每一个部分进行具体化的实现，比如在实现指示灯移动方向这个问题上就可以采用加减计数器来实现；在实现胜负显示这个问题上可以采用计数器加数码管对比赛结果进行显示。总体设计方法就是整体设计，分步解决。 (3)报告共有八个组成部分，一为概述，二为整体的方案设计，第三部分为电路的主要设计内容，其中包括六个部分的电路组成，以及每一部分所用到的元器件的介绍，第四部分为电路性能的测试，主要包括电路仿真的几个过程，第五部分无为结论部分，主要对测试结果进行分析，并阐述电路设计的核心技术点，第六部分为性价比的分析，主要通过几个方面阐述该设计的性价比，第七部分为课设心得，第八部分为附录部分，包括总电路图以及元器件清单。二、方案设计可逆计数器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接至两个十进制计数器 74LS90的允许控制端INA，当任一方取胜，该方终端二极管点亮，使其对应的计数器计数。这样，数码管的输出即显示了胜者取胜的盘数。设计电路框图如图1所示 1

发光二极管显示按 A 键 B 整形电路可逆计数器译码器取胜计数器取胜显示控制电路图 1 拔河游戏机电路的原理框图三、电路设计 1.整形电路对于74LS193可逆计数器来说，当控制加减的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，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，使拔河比赛不能正常进行。由此加入一个整形电路如图2。前两个与非门组成一个基本SR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。图 2 整流电路的原理框图整形电路中用到了 74LS00 和 74LS08 两种芯片，其中 74LS00 是常用的 4 二输入与非门集成电路，他的作用就是实现二输入与非门，图 3 和表 1 分别其引脚图和真值 2

表，引脚图中 1A－4A，1B－4B 为输入端，1Y－4Y 为输出端，一个芯片中包含 4 个二输入与非门；74LS08 是常用的 4 二输入与门集成电路，他的作用就是实现二输入与门，图 4 和表 2 分别其引脚图和真值表，引脚图中 1A－4A，1B－4B 为输入端，1Y－4Y 为输出端，一个芯片中包含 4 个二输入与门。图 3 74LS00 引脚图表 1 74LS00 真值表输入 A 输入 B 输出 Y 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 图 4 74LS08 引脚图表2 74LS08真值表输入 A 输入 B 输出 Y 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 3

2.编码电路编码器有二个输入端，四个输出端，要进行加 / 减计数，因此选用 74LS193 可逆计数器，74LS193 是同步四位二进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有同步清除和同步置数等功能。图 5 所示为其引脚图，其中 LOAD 为置数端， UP 为加计数端，DOWN 为减计数端， CO、BO 为加、减进位输出端，A、B、C、D 为计数器输入端，CLEAR 为清除端，Q0、Q1、 Q2、Q3 为数据输出端。图 5 74LS193 可逆计数器引脚图 3.译码电路由于译码器需要连接9个发光二极管，故需要的译码器为4线-16线译码器，本电路中采用两片3线-8线译码器接成4线-16线译码器，但因为74LS138译码器为低电平有效，故输出端先接反相器，然后再分接 9 个发光二极管，二极管的负端接地，这样，当经过反相器的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，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。 74LS138为3线-8线译码器，只有三个地址输入端C、B、A，要想改成4线-16线译码器，只能利用一个附加控制端（G1、G2A’、GAB’当中的一个）作为第四个地址输入端。如图6所示，取U17的G2A、GAB作为它的第四个地址输入端（同时令G1=1），取U16 的G1作为它的第四个地址输入端（同时令G2A’=G2B’=0）,取两片的C=D2，B=D1，A=D0，并将U17的G2A’和G2B’接D3，将U16的G1接D3,当D3=0时，U17工作而U16禁止，将 D3D2D1D0的0000-0111这八个代码译为Y0’-Y7’8个低电平信号。当D3=1时，U16工作而U17禁止，将D3D2D1D0的1000-1111这8个代码译为Y8’-Y15’8个低电平信号，这样就用两个3线-8线译码器扩展成一个4线-16线的译码器。 4

图 6 两片 74LS138 接成的 4 线-16 线译码器 74LS138 为3 线－8 线译码器，图7和表3分别为其引脚图和真值表，引脚图中 A0、 A1、A2为输入端，Y0’-Y7’为输出端，S1、S2’、S3’为选通端，当一个选通端 S1为高电平，另两个选通端 S2’和 S3’为低电平时，可将地址端 A0、A1、A2的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。图 7 74LS138 引脚图表 3 74LS138 真值表 5

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。此电路可用异或门74LS86和与非门74LS00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”，经与非门产生低电平“0”，再送到74LS193计数器的置数端LOAD，于是计数器停止计数，处于预置状态，从而使计数器对输入脉冲不起作用。其电路如图8所示：图 8 控制电路控制电路中用到了 74LS86 芯片，74LS86 是常用的 4 二输入异或门集成电路，他的作用就是实现二输入异或门，图 9 和表 4 为其引脚图和真值表，引脚图中 1A－4A， 1B－4B 为输入端，1Y－4Y 为输出端，一个芯片中包含 4 个二输入异或门。真值表可知，当输入 A、B 不同时，输出为高电平，当输入 A、B 相同时，输出为低电平。 74LS86 引脚图图 9 表 4 74LS86 真值表输入 A 输入 B 输出 Y 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 6

5.胜负显示电路将双方终端二极管正极分别接到二个74LS90计数器的INA端，74LS90计数器的 QA,QB,QC,QD端分别接到数码管的4个输入端。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，并在数码管上显示胜利次数，当游戏结束时，只需使用复位开关，便可实现数码管的清零，其电路如图10所示。图 10 显示电路显示电路中使用了 74LS90 芯片，74LS90 是常用的二－五－十进制异步计数器,具有五种基本工作方式,其中将 QA 与 INA 联接即可构成 8421 码十分频电路，即为图中所接的十进制计数器，图 11 为其引脚图，R01，R02 为置零端，R91，R92 为置数端，QA、 QB、QC、QD 为输出端。表 5 为其真值表。图 11 74LS90 引脚图 7

表 5 74LS90 真值表复位输入 R0(1) R0(2) R9(1) R9(2) 1 1 X X 0 0 X 1 1 X 0 X X 0 6.复位电路 0 X 1 X 0 X 0 X 0 1 0 X 0 X QD 0 0 1 QC 0 0 0 QB 0 0 0 输出计数计数计数计数 QA 0 0 1 复位电路是为了能让比赛多次进行，所以既要使亮点返回中心点，又要将数码管清零，因此加入了两个开关用于控制电路复位，两开关原理相似，原件图均如图 12 所示。S1 开关用于控制 74LS90 十进制计数器 R01 和 R02 端，当开关接高电平时，使数码管清零。S2 开关用于控制 74LS193 可逆计数器的 CLR 端，当开关接高电平时，使其可逆计数器重新计数。四、性能的测试图 12 复位电路开关 1.比赛开始，裁判打开电路,并控制开关 S1、S2，裁判按动 C 键，使 S1 接高电平，计数器重新计数，中心处发光二极管 LED5 点亮；裁判按动空格键，使 S2 接高点平，显像管清零，仿真效果如图 13，裁判再次按动 C 键和空格键，使 S1、S2 接地，保证电路能够正常运作。此时双方比分 0:0。 8

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