乒乓球比赛游戏机电路.docx

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乒乓球比赛游戏机电路

数字电子技术课程设计

一：

课程设计名称:

乒乓球比赛游戏机电路

二：

设计目的

1.掌握设计乒乓球游戏机控制系统的方法。

2.熟悉掌握移位寄存器，计数器，译码器的用法。

3.在已学知识的基础上，根据实际情况融会贯通。

三：

设计任务和设计要求

1.设计任务

（1）设计一个由甲、乙双方参赛，裁判参与的乒乓球比赛游戏模拟机。

（2）用八只（或更多）排成长串的指示灯（发光二极管）用来代表球的轨迹，其中一个亮的指示灯用来显示球的当前位置，用一个时钟脉冲源使点亮的指示灯依次从左向右，或从右向左移动，其速度应能调节，一般为1s转换一次。

（3）用两个按钮开关作为球拍，甲乙两人参加比赛。

当球到达甲方时，应立即按动开关（电路应只能响应按钮信号的前沿，若重复按动或持续按下去，将不起作用），表示回球，球到达乙时，同样也应立即按动乙方的开关，将球回击到对方去。

若击中，则乒乓球向相反方向移动，若未击中，则对方得一分。

（4）一方得分时，电路自动响铃3s，此时发球无效，等铃声停止后方能继续比赛。

（5）设置自动计分电路，双方各用二位数码管进行计分显示，每计满11分为一局。

（6）甲、乙双方各设一个发光二极管，表示拥有发球权，每隔5次自动交换发球权，拥有发球权的一方发球有效。

2.设计要求

（1）确定总体设计方案画出总方框图。

（2）确定各单元电路的功能，进行单元电路的设计，画出逻辑图。

（3）选择芯片确定型号。

（4）画出总逻辑图和装配图，并在实验板上组装电路。

（5）进行电路调试，达到设计要求。

（6）写出总结报告。

三、基本工作原理和设计方案

乒乓球游戏模拟机电路框图如图所示。

频率可调的时钟发生器为双向移位寄存器提供时钟脉冲，用双向移位寄存器的输出端控制指示灯来模拟乒乓球的运动轨迹。

先点亮位于某一方的第1个指示灯，由击球者通过按钮输入“击球”开关信号，实现移位方向的控制。

本电路设计的核心为控制电路，它决定整个系统的动作，必须掌握各信号之间的关系。

框图中的双向移位寄存器也可用计数译码方式实现乒乓球运动轨迹的模拟，如利用加减计数器的两个时钟信号来实现甲乙双方的击球，由表示球拍“击打”按钮产生计数时钟，计数器的输出状态经译码器驱动指示灯发光。

图8-1乒乓球游戏控制系统的结构框图

根据设计任务，可分为以下四个模块进行设计：

1.球迹移动与显示电路：

球迹移动电路可采用双向移位寄存器方法实现，由发光二极管作为光点模拟乒乓球移动的轨迹。

2.一次击球有效电路：

用D触发器作为击求的信号。

用双向位移寄存器的指定输出端做为脉击球时钟的信号，

3．一方得分自动响铃3秒模块：

以双向位移的指定端作为响铃的输出信号，用计数器自发驱动三次来实现。

4.置始与判发球电路：

开始由一方触发发球电路，同时该方的发球计数器开始工作，当发球5次后，指示灯灭，发球无效，另一方的发球指示灯亮，即转为另一方发球。

5．记分显示电路：

由双向位移计数器的指定端作为作为记分计数器的信号，驱动计数器工作，然后经数码管的驱动器使数码管产生数字。

根据要求构建具体设计思想

1，首先要实现的是乒乓球的移动和其受控而左右移动，考虑到了双向移位寄存器。

把两片74LS194A连在一起实现了乒乓球的显示，74LS194A的左右移动是由S0和S1来控制的，既只要同时改变S0，S1的高低电平即可实现乒乓球受击而向相反方向的移动。

遇到的问题：

如何实现只有当小球到达指定位置击球才能有效，而其他状态击球对小球的运动状态没有影响？

解决方法：

用双向移位寄存器的指定端作为击球触发器的时钟信号，满足了只有在指定位置击球有效，而在其他位置击球无效。

2，记分的实现：

当小球在指定位置没被击中时产生失球信号，对方得分，计数器工作。

将计数器的输入端接地，用失球信号作为其时钟信号，则实现了失球的记分，想到了所学的计数器，考虑了74LS190，二—五—十计数器，后因其没有进位端输出，则又考虑了74160，十进制计数器，满足需要。

将两片74160连在一起，第一片的进位端同样接第二片的时钟信号端。

每片的输出端单独接数码管的驱动片7448，则实现了记分的显示功能。

遇到问题：

如何实现失球信号的发生？

如何实现只有在失球时计数器才开始工作？

解决方案，刚开始想的只是小球在第一和第八个位置被击，所以要产生失球信号有点难度，除非两边再各接一个74LS194A，后来参考了一些别的设计，想到可以用第2和第6位置为击球位置，则下一位置为失球信号发生端。

同时用失球信号接计数器的时钟信号，则实现所需功能。

3，得分响铃三秒的实现：

同样用失球端的信号驱动计数器74160，信号输出后，在时钟信号的作用下计数器自动由1记数到4，到4时停止，用计数器的产生1，2，3的管脚或门则实现响铃3秒。

同时将响零信号的非与发球信号相与。

遇到问题；如何才能在失球信号只能产生1秒而响铃信号产生3秒，而在次期间发球无效？

解决方法：

想到了计数器，在有信号输入时能在和显示乒乓求运动相同的时钟信号的驱动下计数，失球信号同时接74160的置数端和置1端再加上置0端，则在时钟信号下计数器会自动计数到4同时到4时停止。

响铃信号同时与发球端相与。

4，发球五次自动换发球的实现：

毫无疑问仍需要计数器，仍然用输入端接计数器的时钟信号端，计数器的输出端相或同时接74LS194A的发球管脚和发球信号的显示灯。

遇到问题：

（1）如何才能实现发球时亮而过五次时灯不亮发球无效？

（2）如何才能在得分响亮时发球无效？

解决方案；

（1）用两片74160计数器，其中的一个计数器的置0端和置数端与另一个计数器的输出相接，即其中的一片工作时将另一片置零，让该片不工作。

当此片不工作时将另一片的置零端接高电平同时接通该片的置数端，并给该片置1。

输出端当计数器计数到6时停止，计数器停止工作，发球端输出为零。

（2）将响铃信号的非与发球的信号相与。

示意图

四：

器件介绍

双向移位寄存器74LS194A

计数器74160

D触发器

74LS194的功能

74LS194为四位双向移位寄存器，它具有左移、右移、保持、串行和并行输入等多种功能。

它的管脚排列见附录。

表1是它的功能表。

功能说明：

（1）当S1=S0=1时，不管各输入端原来是什么状态，在下一个时脉冲到来时，其输出分别是预先输入到并行输入端的abcd，这种方式叫送数。

（2）当S1=0，S0=1时，其工作方式叫右移，这时，每来一个时钟脉冲，输出端的数各向右移一位，而QA端的输出则由加到R端的数来补充。

（3）当S1=1，S0=0时，其工作方式叫左移，情况正好与右移相反；QD端的输出由加到L端的数来补充。

（4）当S1=S0=0时，不管是否有CP脉冲作用，输出保持不变，这叫保持方式。

CP=0时也是保持方式。

计数器74160

74160时序图

五．实验仪器及器件

1．四2输入与非门74LS00五片

2.三3输入与非门74LS10二片

3.2路3-3输入，2路2-2输入与非门74LS51

4.4线-七段译码器/驱动器74LS47

5.上升沿JK触发器74LS73

6.4位双向移位寄存器74LS194A

7.计数器74160

8.二极管1D4148

9.数码管LC-5011

10.发光二极管LED

六．具体设计方案：

（一）发球电路系统

连接方式如图

（二）乒乓球的运动电路系统

由二极管来代表乒乓球的位置，将两片74LS194A相连，连接方式如图：

两片74LS194A的S0和S1向并联，S0和S1分别接两个D触发器Q和Q‘端，触发器的时钟信号分别与第1片子的第2输出个管脚和第2个片子的第3个输出管脚相连。

第一个片子的第4输出管脚与第二个片子的DR（右移）相连接。

第二个片子的第一输出管脚与第一片的DL（左移）相连接。

时钟信号CLK相并联接1秒时钟信号。

（三）记分显示电路系统

连接方式如图（为两片）

第一片74160的CLK端接74LS194A的第一或第四输出管脚。

74160的四个输入端都接地，进位端接第二个74160的CLK。

它们的输出端都分别接数码管的驱动片子7448，7448与数码管相连。

（四）响玲显示电路系统

电路的连接方式如图所示（为两片）

一端与失球信号相连另一端的非与74160的RD相连，同时它也与置数端LD相连并给计数器置1。

输出端相或并接铃。

五、体会

这次课程设计，初步掌握电子电路的计算，掌握了一点数字电路的一般设计方法，具备初步的电路设计能力。

同时学会了如何通过网络资源、书刊、教材及相关的专用手册等来查阅所需资料。

熟悉了常用电子器件的类型和特性并初步学会了怎样合理地选用。

尤其对设计中用到的74LS194A和74160有了深刻的了解。

初步掌握了普通电子电路的安装、调试等基本技能。

以前忽略实践，这次设计，不仅使我温习了书本上的理论知识，而且使我学会了如何把它应用到具体实践当中，做到了理论与践相结合。

课程设计完成之后，我进行了再思考，并重新将自己的设计审视了几遍，同时也和做同样设计的几个同学交流了一下。

在进行交流中，我又有些新的感悟。

一开始进行设计的时候，由于我自身的知识储备不高，基本上都是参照相关资料进行。

这样做一方面可以让我熟悉软件的操作环境，了解设计方法和步骤，更加深刻理解基本概念。

另一方面等到自己设计的时候，可以在原有基础上完全按照自己的思路独立进行，而且在解决遇到的问题时会更加引发自己的思考，虽说不上创新，但可能会有新意产生。

在这方面我自感做的不是很好，这就要求自己在今后的学习中要不断的扩充知识，同时还要加强自身探索能力的培养。

这正是以后最需要改进的地方。

这一点，我想同样适用于其它各门功课。

如果没有探索性，我们就会拘泥于现有的东西，永远不会推动科技的发展。

在这个设计过程中，探索性主要可以体现在下面几个方面。

一个是绘图所用的软件，很多人推荐我们使用Protel、EWB等，因为这几个软件有它们很大的优势，在学习使用过程中我也深有体会，特别是EWB，功能很强大，基本上能满足我在设计中的任何要求。

但是我们同样可以自己摸索，用其他差不多或者更好的软件。

还有设计时所采用的公式，每本资料基本都有较为成熟的公式让我们参考。

但它们不一定就是最好的，我们也可以到图书馆到网上去查阅更多的资料，我的设计缺少系统性，在整个设计过程中探索性也不够。

这里面原因是很多的。

主要是因为首次做课设，具体环节还不太明了，其次就是我的知识储备还远远达不到标准，今后还需要多学习多交流多研究，我相信自己会有更大的进步。

并且，在小实习的这些日子里，培养了我们独立思考、勇于克服困难、团队协作的精神，大家互帮互助在其中得到了很大的加强。

我们不再是单体的，而是一个整体，团结的整体，老师的教学让我们学到很多，而我们自己从实践中也摸索着学到了很多。

提高了综合运用所学的理论知识来独立分析和解决问题的能力。

进一步熟悉了电子仪器的正确使用方法。

学会了如何撰写课程设计总结报告。

培养自己严谨、认真的科学态度和踏实细致的工作作风。

八．参考文献

《数字电子技术基础》高等教育出版社出版

《数字电路实验与课程设计》哈尔滨工程大学出版社出版