乒乓球游戏机.docx
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乒乓球游戏机
信息工程专业数字电路课程设计
1.设计题目及要求
1.1题目：
乒乓球游戏机
1.2要求：
1）用8个发光二极管表示球；用两个按钮分别表示甲乙两个球员的球拍；
2）一方发球后，球以固定速度向另一方运动（发光二极管依次点亮），当球达到最后一
个发光二极管时，对方击球（按下按钮）球将向相反方向运动，在其他时候击球视为
犯规，给对方加1分；都犯规，各自加1分；
3）甲、乙各有一数码管计分；
4）裁判有一个按钮，是系统初始化，每次得分后，按下一次。
2.设计过程及软件仿真
2.1设计方案：
1）球台电路：
用8个发光二极管表示球，采用双向移位寄存器控制灯的流向；
2）控制电路：
用双D触发器及逻辑门电路组成，通过此电路控制球台电路的左右移位；
3）计分电路：
用十进制计数器，逻辑门，译码器，数码管组成；
4）时钟电路：
用555定时器构建多谐振荡器产生时钟脉冲；
5）开关电路：
用555定时器构建单稳态触发器。
2.2.总电路设计：
2.3单元电路设计
1）球台电路设计
上图中，两片4位74LS194双向移位寄存器接成8位双向移位寄存器。
74LS194功能表如表1所示：
表174LS194功能表
D
S1S0
工作状态
0
1
1
1
1
××
00
01
10
11
置零
保持
右移
左移
并行输入
2）开关电路
图中74LS74为上升沿触发的D触发器，~PR为置1端（低有效），~CLR为置0端（低有效）。
当J1=0时，两片D触发器输出端均为1即S1=S0=1，通过接入74LS194，此时实现的是并行输入功能。
当J1=1时，Qa=J3=1，J2=Qb=0,通过各门电路和D触发器输出端分别为0，1即S1=0,S0=1。
相反情况时，当J1=1时，Qa=J3=0，J2=Qb=1，D触发器输出端分别为1，0即S1=1,S0=0。
通过此电路来控制并且实现球台灯的左右移位即实现乒乓球的运动。
3）数码管电路和计分电路
如下图所示，计分电路由一个7486异或门和十进制的74LS160计数器构成。
得分真值表如下表所示：
得分真值表
Qb
IO1
数码管显示
0
0
保持
0
1
加1
1
0
加1
1
1
保持
同步十进制计数器74LS160的功能表如下表三所示：
表374LS160的功能表
D
EPET
工作状态
×
×
×
0
1
1
1
1
×
0
1
1
1
××
××
01
×0
11
置零
预置数
保持
保持（但C=0）
计数
RCO为进位输出端，即当计满9分时给出报警信号。
4）时钟电路
时钟电路是由555定时器构建的多谐振荡器，根据计算能产生1Hz的时钟脉冲。
5）开关电路
开关电路是由555定时器构建的单稳态触发器，经过计算使一次触发能产生一秒钟的高电平，其中还有去抖动的功能。
6）总电路测试
在仿真过程中，先按一下J1初始化寄存器，再按J2或J3开球（指示灯暗时按开关，直到灯移向下一位放开），球将会向另一方移动，当点亮的球移动到另一方的最后一位时，对方将开关按下，灯就会反向移动，反之，若行动迟缓或超前，表示未击中或违规，则对方得一分。
3.硬件仿真及制作改善
3.1硬件仿真
使用面包板将以上各单元电路仿真及调试，记录各IC引脚图，开始想出在万用版上布线方案。
3.2成品制作改善
3.2.1成品制作
将总电路分成三个模块进行焊接，分别是主板模块，时钟电源模块和开关模块。
3.2.2改善
1）由于每次开球时计分电路会增加两次，经过时序分析，是个不可避免的问题，为了完善计分系统，在计分电路与时钟电路中加一开关，在开球时把开关断开，开球完毕后再合上；
2）在计数器的进位端加上了一个有源蜂鸣器，当计分满9分进位时报警；
3）在时钟脉冲的一个电阻两边加上一个开关，关上短路后可使时钟频率变大，游戏难度增加，还在时钟电路上增加了一个数码管指示时钟电路的开或关和频率大小。
3.2.3不足
在计分电路上没加一个清零端。
4.设计心得
通过这次的数电课程设计，让我了解和认识了Multisim仿真软件，通过使用Multisim仿真软件，可以让我们在虚拟的环境中进行实验，可以先通过它来检验电路的正确性和可行性，而不需要真实电路环境的介入，不必顾及仪器设备的短缺与时间环境的限制，能够极大的提高实验的效率。
而在硬件制作里，也极大的提高了我的自我动手能力和电路问题的检测能力，这是书本知识的现实延伸，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。
另外，通过对硬件电路的焊接，让我深刻地体会到电脑辅助对数字电路的重要性，万用板的缺陷使我对PCB设计产生了兴趣，为我指向了下一个学习的目标。
附录实验仪器及器件
1
四位双向移位寄存器
74LS194D
2
2
双上升沿D型触发器
74LS74
1
3
十进制计数器
74LS160D
2
4
2输入与非门
7400N
1
5
2输入与门
7409N
1
6
2输入或门
7432N
1
7
2输入异或门
7486N
2
8
发光二极管
LED
9
9
数码管
共阴数码管
2
10
译码器
4511
2
11
按键开关
自锁
3
12
按键开关
无锁
3
13
有源蜂鸣器
1
14
555定时器
3
15
电阻电容导线接口万用版
适量
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