数电课程设计拔河游戏电路的设计.docx

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数电课程设计拔河游戏电路的设计

拔河游戏电路的设计

设计摘要：

课程设计是数字电子技术课程重要的实践性教学环节，是对我们学习数字电子技术的综合性训练，它的重点是要求学生综合所学的理论知识和专业技能，设计制作功能较为复杂的电路，研究解决具有一定深度和工作量的小课题。

其目的是巩固和拓展我们所学的基本理论和专业知识，培养学生综合应用、独立分析和解决实际问题的能力，培养学生设计能力和创新型思维能力。

通过课程设计，利用各种芯片等元件，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，设计应用电路，这里是设计一个拔河游戏机的电路。

设计拔河游戏机，总体上它是由控制系统的输入、输出和控制器模块构成。

输入模块完成裁判启动命令和两个按钮信号的输入，其逻辑关系由门电路实现；控制器模块完成对输入脉冲信号的统计，由可预置加/减计数器构成,加/减计数的脉冲源分别取自两个按钮信号，计数器输出状态变量进入输出模块；输出模块完成计数器统计信号的翻译与显示并给出一个此次比赛结束信号。

关键字：

拔河游戏机电路设计

一、插图清单………………………………………………………………………3

二、表格清单………………………………………………………………………4

三、引言……………………………………………………………………………5

四、正文

第一章设计概述

1.1设计目的…………………………………………………………………7

1.2设计任务简述……………………………………………………………7

第二章设计方案与原理图

2.1整体电路设计思路………………………………………………………8

2.2拔河游戏机电路原理框图…………………………………………………8

2.3拔河游戏机整机电路图……………………………………………………9

第三章设计过程

3.1电路工作原理分析…………………………………………………10

3.2单元电路的设计分析……………………………………………11

第四章元器件的使用及其引脚图…………………………………………………16

第五章课程设计总结

5.1设计小结………………………………………………………18

5.2设计心得体会………………………………………………………18

参考文献…………………………………………………………………20

附录（设计图纸）

插图清单：

2．1拔河游戏机原理框图…………………………………………………8

2．2拔河游戏机整机电路图………………………………………………9

3．174LS139加减计数器逻辑图…………………………………………10

3．2整形电路图………………………………………………………11

3．3译码器电路图………………………………………………………12

3．4裁判开始信号控制图………………………………………………14

3．5触发器控制电路图……………………………………………………14

3．6取胜次数的显示电路图………………………………………………14

元器件的引脚图：

4．174LS00二输入四与非门………………………………………16

4．274LS02二输入四或非门…………………………………………16

4．374LS08二输入四与门……………………………………………16

4．4CD4013双D触发器……………………………………………17

4．574LS193同步二进制可逆计数器…………………………………17

4．6CC4518双同步十进制计数器………………………………………17

4．7CC45144线—16线译码器………………………………………17

附录（设计图纸）

表格清单：

3.174LS193功能表……………………………………………………11

3.2CC4514 4线－16线译码器功能表……………………………………12

3.3CD4013双D触发器功能表……………………………………………15

3．4CC4518加计数器功能表……………………………………………15

引　言

目前数字电子技术已经广泛的应用于计算机、自动控制、电子测量仪表、电视、雷达、通信等各个领域。

随着集成技术的发展，尤其是中、大规模和超大规模集成电路的发展，数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透倒国民经济地各个部门，并将产生越来越深刻地影响。

在我国的社会主义现代化建设中，普及电子技术知识、大力推广应用电子技术有着非常重要的意义．一方面，要尽快提高我国电子技术开发的速度和水平；另一方面，又要拓宽和提高电子技术推广应用的广度和深度。

这都需要大批电子技术人才。

因此，数字电子技术是我们电类专业的基础课之一，也是现代电子工程技术人员所必备地专业基础知识，所以我们需要掌握好这门基础课所学习的知识，通过课程设计检验、提高我们的知识储备。

数字电子技术博大精深，电子产品五花八门，要想真正弄懂弄懂，绝不是一朝一夕的事情。

它是一门实践性很强的科学技术。

它来源于实践，又要回到实践中去指导实践．只有勤于实践，我们才能真正把他学习、学懂，并能学以致用。

由于各种电路之间并不是孤立的，总有着千丝万缕的联系，得多思考、勤动手，在制设计成功简易电路的基础上，尽可能扩大接触面，不断积累经验，做到触类旁通、举一反三，只有这样就能练就扎实的基本功。

数字电子技术课程内容多、发展快，为了使在有限的学时内，把该课程学好、学扎实，我们在学习时，注重对基本理论、基本电路的原理分析与设计，对数字集成电路的分析、电路结构的构思方法以及系统结构的应用等。

课程设计是实践性教学环节。

实验课着眼于通过实验验证课程的基本理论，锻炼我们学生的初步实验技能。

而课程设计则是针对我们所学的一门课程的要求，进行综合性的训练，运用课程中所学到的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题。

这种综合性的训练是通过我们独立进行某一课题的设计、安装和调试来完成的。

让我们通过动脑动手解决实际问题，巩固和运用在“模拟电子技术”、“数字电子技术”及“单片机原理与应用”等课程中所学习的理论知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般的设计方法，提高设计能力和实验技能，为以后从事电子电路设计、研制电子产品打下基础。

为了增强我们的实践能力、创新能力，数字电子技术为我们单独开设了实验课程，促进了对我们学生实际动手能力和分析、设计能力的。

平时的基本实验是训练常用电子仪器的使用方法和数字电路的基本测试方法，它所涉及的内容与课堂教学内容紧密相关，充分体现课程的实践性。

通过理论课程的学习和实验课程的实践，使学生基本掌握数字电子技术基础知识和基本技能，再通过相应的课程设计将理论用于实践，将理论与设计融为一体，使学生在课程设计中既能提高运用所学知识进行设计的能力，又能在这一过程中体会到理论设计与实际实现中的距离，锻炼了学生分析问题、解决问题能力。

课程设计是培养我们学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要部分,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程.课程设计是通过具有特定功能的数字系统实现教师提出的设计课题，我们要把它与数字电子技术课程设计结合在一起，在设计实验中要注意课内外学习相互结合，理论与实践相融合。

作为整个学习体系的有机组成部分，课程设计虽然只为我们安排了一周的时间，但并不具有绝对独立的意义。

它的一个重要功能，就是让我们运用所学习的知识，检验我们学习的成果，使我们的视野开阔、能力增强。

正文：

第一章设计概述

1.1设计目的

1、巩固和加强“数字电子技术”课程的理论知识。

2、掌握电子电路的一般的设计方法，运用所学的理论知识，独立地设计、制作电子产品。

3、培养独立分析问题和解决问题的能力以及创新能力和创新思维；

4、了解电子电路的生产过程，巩固常用电子仪器仪表的使用方法；

5、通过查阅文献资料，上网查找，学会撰写实践总结报告；

1.2设计任务简述

本课题的主要任务是设计拔河游戏机电路利用发光二极管组成的“电子绳”作为指示灯，由中点向一方移动，而阻止其向另一方移动。

可以设想，用可预置的加/减计数器作为主要器件，用计数器的输出状态通过译码器控制发光二极管的发光情况。

当计数器进行加法计数时，发亮的二极管向一方移动，相反，进行减法计数时，发亮的二极管向相反的方向移动。

当移动到一方的终点就就把电路被控制电路锁定了，此时双方按键均无作用，只有裁判员按了复位按键双方才能继续下一盘的比赛，而计数器就可以记录双方的获胜的次数。

第二章设计方案与框图

2.1整体电路设计思路：

（1）用一个整形电路来处理双方的信号，先按下的一方优先，另一方再按下时不起作用。

（2）双方的输入信号可作为一个可逆加减计数器的计数脉冲，一方进行加运算，使亮点向右移动，另一方进行减运算，使亮点向左移动。

（3）采用4-16译码器，使得在比赛开始前，译码信号为0000时，要求中间的发光二极管点亮。

（4）设置裁判的开赛信号，只有开赛时双方的输入信号才有效时，可逆加减计数器才可以工作。

（5）当亮点到达一方终端时，需要通过控制电路维持这一状态，使双方的输入信号无效，译码器不工作。

（6）双方各设置一个得分计数器及显示器，当一方取胜时，计数器加一并显示。

得分计数器，应设置总清零信号，当比赛结束时，计分器清零，为下一次比赛做好准备。

2.2拔河游戏机原理框图

图2.1拔河游戏机原理框图

2.3拔河游戏机整机电路图

图2.2拔河游戏机整机电路图

第三章设计过程

3.1电路工作原理

当参赛双方按动两个按键时，分别产生两个脉冲信号，经过整形电路后分别加到可逆加减计数器上，可逆加减计数器输出的代码经译码器译码后使二极管发光并产生移动，可逆加减计数器74LS193最初状态设为输出4位二进制数0000，经过译码器CC4514输出使中间的一只发光二极管Y0发光。

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。

当再次按动复位键，亮点将回到中点位置，比赛又可重新开始。

将双方终端指示灯的正端分别接到2个十进制计数器CC4518的CP端，当任一方取胜，该方终端指示灯点亮，产生1个上升沿使其对应的计数器计数，则计数器的输出即显示了胜者取胜的盘数。

3.2各单元电路的设计

1.可逆加减计数器编码电路：

由同步二进制加减计数器74LS193构成，LD和R分别为数据预置允许和置零端。

利用此芯片能进行加／减计数。

输出信号经过双D触发器再由译码器来控制发光二极管的发光，加计数时向右移动，进行减计数时，向相反方向移动。

电路图如下：

图3.174LS139加减计数器逻辑图

74LS193功能表如下表：

1.CPU、CPD—两个脉冲信号的输入端

2.Q0Q3—数据输出端3.D0D3—数据输入端

4.LD—数据预置端5.R—清零端

CPU

CPD

↑

加计数

↑

减计数

保持

表3.174LS193功能表

2.整形电路设计：

由与非门74LS00和与门74LS08构成。

当进行比赛时，很多时间会出现在进行计数输入时另一计数输入端为低电平，由74LS193功能表可知使得计数器不能正常计数，输入信号无效，按键都失去了作用，拔河比赛不能正常进行。

加上一个整形电路处理脉冲信号后，使A、B按键出来的脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲，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，从而使每一次按键都有可能进行有效的计数。

A、B的整形电路图如下图所示：

图3.2整形电路图

3.译码器电路：

由4线－16线译码器CC4514构成。

译码器的输出Y0～Y15中选15个接发光二极管，如图所示，负端接地，正端接译码器，则输出为高电平时发光二极管点亮。

由于开始确定了加减计数器的最初状态输出为0000，为使此时最中间的二极管发光，连接电路时将Y0至于中间，两边Y0～Y15如图按真值表加减对称分布，可知Y8略去。

开始比赛时，译码器的输入为0000，Y0输出为1，中心处的发光二极管首先点亮，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。

电路图如下图所示：

图3.3译码器电路图

CC4514 4线－16线译码器功能表：

1.A0～A3—数据输入端

2.INH—输出禁止控制端

3.LE—数据锁存控制端

4.Y0～Y15—数据输出端

输入

高电平输出端

输入

高电平输出端

INH

Y10

Y11

Y12

Y13

Y14

Y15

无

表3.2CC4514 4线－16线译码器功能表

4.控制电路：

（1）A、B按键信号接入计数器时接入的一个控制电路由两个与门构成，作为裁判的开始命令信号，控制端接一个电平开关。

当裁判未下达开始的命令时，控制端处于低电平，使计数器不能计数，A、B按键输入的信号无效。

当裁判下达开始命令后，控制端输入高电平，对A、B按键的输入信号无影响，加减计数器开始正常计数，比赛开始。

（2）计数器74LS193与译码器CC4514之间连接了双D触发器CD4013，触发器的CP信号输入端接入了与门74LS08以及或非门74LS02的控制电路。

它的作用是指示出谁胜谁负，并终止计数。

当亮点移到任何一方的终端时，则这一方获胜，此时双方的按键无效。

将双方的终端二极管的接入或非门的两个输入端，当获胜一方为高电平，而另一方则为低电平，经过或非门产生低电平，进入与门。

与门另一个输入端接入一个外加的CP脉冲信号，这个外加的CP信号作用是使D触发器正常工作。

由于低电平的输入，使得与门输出也为低电平，此时外加的CP信号不起作用，双D触发器CP信号输入始终为低电平，触发器无法工作，保持这个最终的状态。

则此时，虽然A、B按键信号有输入，但在计数后，触发器却保持最终的状态不变，即无法进行后面的译码，即A、B信号无效。

控制电路图分别如下图所示：

图3.4裁判开始信号控制图图3.5触发器控制电路图

5.取胜次数的显示：

由双四位BCD加计数器CC4518和译码显示器构成。

将双方终端二极管正极接入计数器的CP端，CC4518的两组四位BCD码分别接到实验箱中的两组译码显示器的8、4、2、1的插孔上。

当一方终端二极管发光时，产生一个上升沿，CP输入脉冲，使相应的计数器进行加一计数，则这一方取胜。

就可以得到双方取胜次数的显示了，如果1位数不够，则进行2位数的级连。

电路图如下：

图3.6取胜次数的显示电路图

6.复位的控制：

74LS193的清零端R与CD4013触发器的清零端

接一个电平开关，作为一个开关控制，进行多次比赛之后而需要同时进行的复位操作，使亮点返回中心点。

CC4518的置零端RD也接一个电平开关，作为胜负显示器的复位来控制胜负计数器使其重新计数。

CD4013双D触发器功能表如下：

1.CP—信号脉冲输入端2.D—数据输入端3.—清零端

4.—置一端5.Q、

—数据输出端

↑

↓

表3.3CD4013双D触发器功能表

CC4518加计数器功能表下表所示：

1.CP—信号输入端2.R—清零端3.EN—使能端

输入

输出功能

↑

加计数

↓

保持

↑

↓

全部为“0”

表3.4CC4518加计数器功能表

第四章元器件的使用及其引脚图

4．1元器件的选用：

74LS00二输入四与非门3片

74LS02二输入四或非门1片

74LS08二输入四与门2片

CD4013双D触发器2片

CC45144线—16线译码器1片

CC4518双同步十进制计数器1片

74LS193同步二进制可逆计数器1片

1KΩ电阻，200Ω电阻，发光二极管若干

4.2各元器件的引脚图：

（1）74LS00二输入四与非门

（2）74LS02二输入四或非门

（3）74LS08二输入四与门

（4）CD4013双D触发器

图4.4

（5）74LS193同步二进制可逆计数器

（6）CC4518双同步十进制计数器

图4.6

（7）CC45144线—16线译码器

图4.7

第五章课程设计总结

5.1设计小结

拔河游戏机是由15个发光二极管组成“电子绳”，由可逆加减计数器74LS193构成编码电路，由译码器CC4514构成译码器电路，由计数器CC4518作为取胜次数的显示。

其中，可以用两片的BCD双时钟可逆计数器74LS192组成16进制计数器代替73LS193，CC4518也可换为其他类型的计数器，另外还可以用移位寄存器代替电路的主体部分等，但较为麻烦，这里选用了较为简单的设计方案。

在设计的过程中发现了自己的还有很多的不懂的地方，所学习的知识还有很多的欠缺，对所学过的知识理解有限，掌握得不够好，比如对73LS193可逆计数器的逻辑功能了解不足，在芯片的采用以及连接时也都出现了很多问题……

5.2设计心得体会

经过了这为期一周的课程设计，我完成了电子拔河游戏机的设计，从芯片的选择，再到设计与实现。

在这整个过程中我学习到了很多在课本上不能学习到的知识，对一个产品也有了一个新的认识，并没有想象的那么简单。

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。

这次的课程设计让我学到了主要有如下几点：

自身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，需要动手把它设计出来就比较困难了，设计则要求我们在以后的学习中需要注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来。

设计前要做好准备，要把各芯片件的功能弄清楚，以及如何拓展，只有把这些真正的搞懂之后才能顺利完成设计。

设计与实现的过程中我们会遇到一些困难这是很正常的事，但是不能一遇到问题就慌了，要耐心的分析问题并解决，实验中就遇到过这样的情况。

查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，在设计电路时，遇到很多了很多不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考，只有真正的弄懂所要设计的每个步骤，才能很好的设计电路。

这次课程设计锻炼了我们的团队合作精神，同学之间的相互讨论研究是很重要的，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，有的时候可能会遇到一些问题自己不能解决，这时我们应该虚心向同学请教，只能这样才能更好的解决问题。

通过这次设计拔河游戏机控制电路，让我对数字电子技术这门课有了更深刻的了解，对电子器件的认识也不再停留在字面上，而是从理论联系到了实践。

我知道了理论和实践是分不开的。

只有理论不行，当你面对一堆元器件时，你会茫然不知所措；可只懂实践也不行，当别人问你为什么会这样，怎么样才算正确，你如果说凭感觉是不足以服人的。

学习的目的就是去应用，只有实践才能将书本知识转化为实用的技能。

课程设计虽然结束了，但是我们还有很多的事情要做，对仍然不熟悉或不了解的知识点我们要尽快的去学习了解，对课程设计中出现的问题我们还要去认真的分析研究。

还有我们还需要去增强自己的动手能力，去不断的锻炼，只有这样该课程设计才能发挥最大的作用。

致谢：

通过这次课程设计，我对于数字电子技术使我的数电理论知识得到了很好的应用，知识得到了扩展。

在这里，首先感谢帮助我们答疑的张老师，很多问题在和老师探讨之后，得到了很好的解决，自己的数电电路知识有了较大的提高。

其次，得感谢和我一起设计同学的帮助，很多设计中遇到的困难，都是在大家相互讨论后，有了解决方案。

没有老师和同学的帮助，我自己独自很难去解决设计中遇到的很多问题，很好的完成课程设计，谢谢他们。

参考文献：

（1）阎石主编：

《数字电子技术基础》，高等教育出版社，1998.12

（2）薛庆军张秀娟主编：

《数字电子技术基础实验教程》，北京航空航天大学出版社，2007.10

（3）卿太全李萧郭明琼主编：

《常用数字集成电路原理与应用》，人民邮电出版社，2006.1

（4）张庆双主编:

《科教、娱乐应用电路集萃》，机械工业出版社，2005.2

（5）崔祎主编：

《数字电子技术试验指导书》，安徽工程科技学院，2009.2

（6）中国电子网：

（7）电子工程师之家论坛：

附录（设计图纸）:

见A3图纸

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