拔河游戏机课程设计报告.docx
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拔河游戏机课程设计报告
西北工业大学
课程设计报告
题目:
简易拔河游戏机
学院:
电子信息学院
班级:
学生（学号）:
学生（姓名）:
张凡
学生（学号）:
学生（姓名）:
黄敬尧
日期:
2013年1月14日
摘要
我们涉及的是一个用于模拟拔河游戏的电路，其中有两个按钮式开关，分别代表参与比赛的两组选手，用按键的快慢代表各方选手使劲儿大小，另外还有七个发光二极管，用点亮的发光二极管的移动代表绳子的移动。
当绳子移动到最后一个时，即一方胜出时，锁定按键的同时胜出的一方对应的数码管显示的计数值加1，直到复位键按下之后方可进行下一局比赛。
当有一方达到了获胜的条件，即获胜的局数为预置数的次数时，比赛结束，锁定计数结果，锁定选手按键，同时数码管闪烁显示，表示比赛结束的同时为胜利者喝彩。
直到数码管计数值清零，复位键按下之后，方可进行下一场比赛（一场比赛可以有好多局）。
关键词：
拔河、游戏机、闪烁、锁定按键
题目：
简易拔河游戏机
一、课程设计目的
1）巩固和加深所学电子技术课程的基本知识，提高综合运用所学知识的能力；
2）培养学生根据课题需要选用参考书、查阅手册、图表和文献资料的能力，提高学生独立解决工程实际问题的能力
3）通过设计方案的分析比较、设计计算、元件选绎及电路安装调试等环节．初步掌握单实用电路的工程设计方法．
4）提高学生的动手能力．掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会对简单实用电路的实验调试和对整机指标的测试方法，
5）了解与课题有关的电路以及元器件的工程技术规范，能按课程设计任务书的要求编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路固等．
二、设计任务与要求
一）任务：
设计可用于两人进行拔河游戏的电路
二）设计要求：
1）用排成一排的七个LED灯表示绳子
2）用两个按键，分别为参赛的两名选手
3）通过按动按键的快慢表示选手拔河力量的大小
4）任何一方得胜后立即封锁按键，同时获胜方胜利局数记录值加1，直到复位按键按下后方可继续进行下一局比赛
5）可预置N局M胜制；显示方式：
2个一位十进制数显示。
6）全场比赛结束后封锁按键，然后LED灯移动闪烁
三、方案设计与论证
总体设计思路：
要用排成一排的七个LED灯代表绳子，则七个LED灯中要有一个与其他的六个不一样，用点亮来表示该灯，则LED灯应与74LS138三——八译码器的输出相连。
绳子移动，即LED灯的移动点亮问题，可以看出三——八译码器输入接的是一个计数器。
双方拔河时，以按键的快慢来使灯的点亮左右移动，可以看出一方的按键进行加法计数，一方的按键进行减法计数。
结束时，LED灯的闪烁，需要一个计数器接入74LS138的输入端，计数器的cp信号有555定时器构成的多谐振荡器提供。
74LS138有两路输入信号，因此需要进行选择，所以还需要一个2选1数据选择器来选择究竟输出哪一路信号。
方案一：
电路的主体部分，当选手按键时，其中一个选手的按键进行加法计数，另一个选手的按键进行减法计数，七个LED灯分别接的74LS138的
、
、
、
、
、
、
。
两个选手控制的计数器的输出，与比赛结束后控制的计数器的输出，通过2选1数据选择器74LS157输出到74LS138的数据输入端口。
74LS138的输出端
、
通过非门之后分别连到用于控制记录选手获胜局数的计数器74LS161的cp脉冲输入端口。
、
再连到选手所控制的计数器的CT端，当一局比赛结束之后，封锁计数器，及封锁选手按键，直到复位按键按下后方可进行下一局比赛。
进行获胜局数统计的两个74LS161的输出分别接到全加器74LS283的输入端的A组端口、B组端口。
74LS283的输出端接比较器74LS85的其中一组输入端口，与另一组输入端口的输入数值进行比较，当两组端口输入相等时，当他们之和为预制比赛局数时，封锁控制端口，同时选择74LS157的另外一路输入信号，即LED灯闪烁显示。
方案二：
电路的主体部分，当选手按键时，他们所控制的计数器都进行加法计数，其中一个计数值的高三位直接接到74LS283全加器的一组输入端口的低三位，高位接0，另一个计数值的高三位求反后接到74LS283全加器的另一组输入端口的低三位，高位接1，进位输入端口接1。
即用一个选手的计数值家另一个选手的计数值的补码。
七个LED灯分别接的是74LS138的
、
、
、
、
、
、
通过非门之后的输出。
两个选手控制的计数器的输出，与比赛结束后控制的计数器的输出，通过2选1数据选择器74LS157输出到74LS138的数据输入端口。
74LS138的输出端
、
通过非门之后分别连到用于控制记录选手获胜局数的计数器74LS161的cp脉冲输入端口。
、
再连到选手所控制的计数器的CT端，当一局比赛结束之后，封锁计数器，及封锁选手按键，直到复位按键按下后方可进行下一局比赛。
进行获胜局数统计的两个74LS161的输出分别接到两个比较强74LS85的输入端的其中一组端口，当有一个选手的获胜局数与预置数相等时就停止比赛，封锁输入端口，LED灯闪烁显示。
分析：
因为要求即能进行加法计数，用能进行减法计数时，需要用到可逆计数器，考虑到这个电路比较复杂，同时又因为进行N局M胜制的过程中，方案一中的全场比赛结束的控制电路要求就算其中一名选手已获胜M局还是必须打满N局，才能结束比赛。
而方案二中在比赛一方获胜M局之后就会结束所有比赛。
经过以上分析决定选择方案二。
电路主体部分的结构示意图：
四、单元电路设计与参数计算
1）电路原理图
数据的比较
当A=2，B=1（相当于7），则有A-B=1，用补码表示=1
当A=2，B=2（相当于6），则有A-B=0，用补码表示=0
当A=2，B=3（相当于5），则有A-B=-1，用补码表示=7
当A=1，B=2（相当于6），则有A-B=-1，用补码表示=7
当A=2，B=2（相当于6），则有A-B=0，用补码表示=0
当A=3，B=2（相当于6），则有A-B=1，用补码表示=1
A
B
求取2个数的差值时，只能使用补码计算
当0010-0001=0010+（1111）补码=0001
当0010-0010=0010+（1110）补码=0000
当0010-0011=0010+（1101）补码=1111
当0001-0010=0010+（1110）补码=1111
当0010-0010=0010+（1110）补码=0000
当0011-0010=0010+（1110）补码=0001
舍去最高位，得到所需结果，见电路
比较、求差值、求补码、译码和显示电路如下：
2）55定时器构成的多谐振荡器
3）55构成的用于消除抖动的单稳触发器
4）路的主体部分
注意：
开关A和B分别接的是单稳触发器。
5）获胜局数计数及结束控制电路
接74LS138的输出端口
接74LS138的输出端口
接74LS157的选择端口
6）总体电路图
五、电路的安装与调试
首先领取电路所需的元器件，按照电路图所示连接电路，我们采取的是分割之后，每个人连一半，连好之后进行整体连接。
当我们练好之后，我们发现除了很大的问题。
比想象中的差了好多。
我们线检查了电源，发现好多芯片的Vcc和GND都没有连接，连上之后，虽然好了很多，但是还是不能正常完成功能，接下来我们进行电路的分块检查。
首先检查数码管的显示问题，当给它们对应的数器接上cp脉冲的时候，他们都可以正常显示。
接下来检查当比赛结束时，用于封锁电路的输出是否正确，经过检查发现显示不正确，仔细检查了它的每个管脚之后，原来是有个衔接差了，改过之后连接正确了。
这样，其中的一般电路连好了，我们也松了一口气了。
然后就是检查另一半电路的问题了，经过连接cp脉冲的检查发现拔河功能能够正常实现。
接下来就是整个电路的对接了，对接也没有问题。
但是在比赛结束后，LED灯全亮，没有发生闪烁。
然后，我们就检查了555多谐振荡器的输出，发现它一直输出的是高电平。
检查了半天，电路的连接一点儿也没有问题。
我实在不知道该怎么办了，就去问老师了，老师说这次实验完全靠你们自己，我不会帮你调试的。
我感到很失望的回去了。
回去想了半天，突然想是不是我们电路的输出周期太小了呢，我们算了一下，发现它的输出周期只有ms级左右，我想肯定是仿真和实际的差距，我们把电路中的电容换成了20M的以后，果然出现了闪烁显示。
接下来，就是检查电路的整体功能的实现了，我们发现在拔河的比赛中，在全场比赛结束，即一方达到预置局数时，因为有时候反馈时间的快慢会让计数器记一下数在锁定。
这是我们电路的不足。
除了比赛完局数偶尔突变外，其他一切功能都很理想。
六、遇到问题的解决方法
在实际实验的过程中，我们发现和仿真还是有些区别的，首先，仿真反应时间比较慢，所有在电路的周期控制上需要改变，要适当加大一些电阻、电容的值。
仿真中74LS161是下降沿计数，实际中的是上升沿计数，因此需要让cp通过非门之后再与某些74LS161的cp输入端相连。
还有一个问题是我们的电路板的其中一小块有问题，使74LS161无法稳定计数，我们另外找了一小块面包板，把那个芯片移过去。
七、结论与心得
本次课程设计对数字电子技术有了更进一步的熟悉，实际操作和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。
本次实验过程中老师还教会我另一个道理，那就是实验的过程中遇到问题不要总问其他人要自己多思考，仔细检查，找出问题的症结所在，切实提高自己的动手能力。
现在都有些庆幸，当时老师没有给我指导，而是让我自己去检查。
我还学到了实验并不是想象中的那么简单，一个实验需要耗费好多的人力和时间，我们这个只是个一般的实验都有这么的问题，在工程中，有好多庞大的电路，肯定有更多的问题需要解决，就需要我们花费更多精力去解决，需要我们有着充足的耐心去排除故障。
八、参考文献
[1]岳怡主编的数字电路与数字电子技术，西北工业大学出版社
[2]余道衡，徐承和.电子电路手册[M]. 北京：
北京大学出版社， 1996
[3]李毅、谢松云、王安丽、曾渊编的数字电子技术实验，西北工业大学出版社
附件：
总原理图及元器件清单
1．总原理图
2．元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
1
——
5K电阻
2
2
——
1K电阻
2
3
——
20M电阻
2
4
104
0.1uF电容
3
5
103
0.01uF电容
6
74LS161
2进制计数器
7
7
74LS85
4位2进制比较器
2
8
74LS283
4位2进制全加器
2
9
74LS157
2选1数据选择器
1
10
74LS47
4—7译码器
2
11
74LS04
6个非门
2
12
74LS32
4个2输入端或门
1
13
74LS138
3—8译码器
1
14
74LS08
4个2输入端与门
1
15
555
三5定时器
3
16
——
数码管
2
17
——
按钮式开关
2
升级会员 