电子拔河游戏.docx
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电子拔河游戏
摘要
拔河游戏机用15个LED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。
移到任一方终端指示灯点亮，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。
最后，显示器显示胜者的盘数。
第1章电子拔河游戏机电路的设计方案
1.1功能描述
（1）整体描述：
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15个LED发光二极管表示拔河的“电子绳”。
由甲乙双方通过按钮开关使发光的LED管向自己一方的终点延伸，当延伸到某方的最后LED管时，则该方获胜，并对获胜次数进行计数，连续比赛多局以定胜负。
用键盘上的A键和Z键表示开关按钮。
用键盘上的S键来代替清零信号，每次比赛前都要进行清零，并使按钮开关复位。
（2）比赛开始，由裁判下达比赛命令后（用空格键代表裁判信号，按一下空格键），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。
裁判信号由键盘空格键来控制。
（3）“电子绳”由15个LED管构成，裁判下达“开始比赛”的命令后，按一下空格键，位于“电子绳”中点的LED发亮。
甲乙双方通过按键输入信号，用键盘上的数字键A键Z来模拟，按一下A向左移动，按一下Z键向右移动。
使发光的LED管向自己一方移动，并阻止向其对方延伸，谁按得快就向这一方移动。
当从中点至自己一方的最后一个LED管发亮是，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，并对获胜的一方计数器自动加一。
（4）记分电路用两位七段数码管分别对双方得分进行累计，在每次比赛结束时电路自动加分。
（5）双方得分计数器的清零信号由键盘上的数字键2、3键来实现。
当比赛结束时，计分器清零，为下一次比赛做好准备。
1.2总体设计方案框图
图1.1
第2章电子拔河游戏机各单元电路设计
2.1整形电路设计
图2.1
74LS193是可逆计数器，控制加减的CP脉冲分别加至和CPD和CPU，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、Z键产生的脉冲加到CPU和CPD，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，使从A、Z按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，从而使每按一次键都有可能进行有效的计数。
整形电路由与门74LS08和与非门74LS00构成。
2.2编码电路设计
倘若加法计数脉冲和减法计数脉冲来自两个不同的脉冲，则需要使用双时钟结构的加、减计数器计数。
编码电路由双时钟二进制同步可逆计数器74LS193构成，它有2个输入端，4个输出端，能进行加／减计数。
图2.2
2.3译码电路设计
选用两片3线—8线译码器，将其连接成4线—16线译码器（接线图参照附件整体电路图）。
译码器的输出Y0～Y15接LED发光二极管，LED阴极串电阻接地，而阳极接译码器；这样，当输出为高电平时LED亮。
比赛准备，译码器输入为0000，Y0输出为1，中心处指示灯首先点亮，当编码器进行加法计数时，亮点向左移，进行减法计数时，亮点向右移。
图2.3
2.4控制调整电路设计
为指示出谁胜谁负，需用一个控制电路，由异或门74LS86和与非门74LS00构成，其作用是指示出谁胜谁负。
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。
将双方终端LED阳极接至异或门的2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计数器的加减计数时钟输入端CPU/CPD，于是计数器停止计数，只有裁判按键复位，使中间的发光二极管亮，才能开始下一次的比赛。
图2.4
2.5胜负显示电路设计
由计数器74160和译码显示器构成。
将双方终端发光二极管阳极分别接到2个74160计数器的CLK端，74160输出端接BCD—七段显示译码器7448。
当一方取胜时，该方终端LED点亮，产生一个脉冲，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。
在本次设计中采用的是十进制的计数器，所以最大只能计数到9，若想计数超过两位，可以通过组合芯片连接成两位计数器。
图2.5
2.6复位电路设计
74LS193的置数端接一个电平开关，作为裁判控制开关，进行多次比赛而需要的复位操作，使亮点返回中心点。
图2.6
第3章电子拔河游戏机整体电路设计
拔河游戏机用15个LED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，亮点向那方向移动，每按一次，亮点移动一次。
移到任一方终端指示灯点亮，这一方就得胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有裁判复位后，才使亮点恢复到中心线，为下一次的比赛做好准备。
最后，显示器显示胜者的盘数。
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个发光二极管点亮。
当按动A、Z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LED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，不管A、Z怎么按键计数器都不工作。
同时来自控制电路的信号使获胜方的计数器工作，这样计数器的输出即显示了胜者取胜的盘数。
只有裁判按复位键后，才可以进行下一次的比赛。
（整体电子拔河游戏机的电路图在附件）
课程设计心得体会
刚开始做这个课程设计的时候感觉无从下手，通过网络和图书馆查阅相关的文献资料，思路才清晰。
大致的方框图已成型后，在整形电路上遇到了较大的困难，网上有已经做好的整形电路，知道这块电路的作用，但具体的工作原理开始不太明白，经过与同组同学的讨论，彻底明白了整形电路在整个电路中的作用。
根据自己设计的电路方框图，查阅需要用到的相关芯片的功能，再用PROTEL99SE把整体电路图画出来。
在设计过程中花费时间最多的就是各个芯片的连接方面，这种细节问题需要我们对芯片功能很熟悉而且能掌握整个电路原理，要求逻辑思路严谨。
通过这次拔河电子游戏的设计，让我对数字电子技术有了更深刻的认识。
在学习数字电子技术基础这门课的时候，学的电路和芯片都是零散的，没有组成一个整体，借这次课程设计让我更全面地了解数电，之前学习过程中遇到的一些小问题也迎刃而解了。
刚开始设计的时候确实挺痛苦的，通过自己的努力和同学之间的相互帮助终于取得了一些成绩与收获。
致谢
感谢电子工程学院能给我们安排这一门课程设计，感谢乔老师在我们遇到困难时给予我们指点和帮助，感谢同组同学给我提供的思路，通过大家的共同努力和讨论让我收获了更多。
参考文献
【1】《数字电子技术基础》高等教育出版社阎石2005年第五版
【2】《电子电路495例》科学出版社
【3】
【4】
附件
1电子拔河游戏机的整体电路图
2相关芯片的功能介绍
（1）74LS193
双脉冲可逆计数器，具有异步置零和异步预置数功能
（2）74LS138
3线—8线译码器74HC138的功能表
输入
输出
S1
S2’+S3’
A2A1A0
Y0’Y1Y2’Y3’Y4’Y5’Y6’Y7’
0
×
1
1
1
1
1
1
1
1
×
1
0
0
0
0
0
0
0
0
×××
×××
000
001
010
011
100
101
110
111
11111111
11111111
01111111
10111111
11011111
11101111
11110111
11111011
11111101
11111110
通过两片3线—8线译码器可以组成4线—16线译码器（参照整体电路图）
（3）74LS160
74LS160为同步十进制加法计数器其功能表为
CLK
RD’
LD’
EPET
工作状态
×
↑
×
×
↑
0
1
1
1
1
×
0
1
1
1
××
××
11
×0
11
置零
预置数
保持
保持（但C=0）
计数
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