数字电路课程设计 简单游戏机导弹打飞碟.docx
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数字电路课程设计简单游戏机导弹打飞碟
数字电路课程设计
课题名称：
简单游戏机——导弹打飞碟
院（系）：
专业：
姓名：
学号：
成员：
时间：
地点：
指导老师：
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：
教研室：
学号
学生姓名
专业班级
课程设计（论文）题目
简单游戏机——导弹打飞碟
课程设计（论文）任务
设计任务：
利用集成电路制作电子游戏机——导弹打飞碟。
设计目的：
熟悉集成电路的引脚安排。
掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。
了解
万能板结构及其接线方法。
了解电子游戏机的组成及工作原理。
熟悉电子游戏机的设计与制作。
设计要求：
1.分析设计要求，明确性能指标。
必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。
2.确定合理的总体方案。
对各种方案进行比较，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，并考虑器件的来源，敲定可行方案。
3.设计各单元电路。
总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。
4.组成系统。
在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。
指导教师评语及成绩
成绩：
指导教师签字：
年月日
第1章电子游戏机设计方案论证
1.1电子游戏机的应用简介与设计要求
1.2设计方案论证
1.3总体设计方案框图及分析
第2章电子游戏机各单元电路设计
2.1导弹的飞行与显示电路设计
2.2飞碟的飞行与显示电路设计
2.3声响模拟及其他电路设计
第3章电子游戏机整体电路设计
3.1整体电路图及工作原理
3.2整体电路性能分析
第4章电路调试遇到的问题及解决方案
4.1仿真调试结果
4.2电路的调整与测试
第5章焊接的总体过程
5.1元器件与芯片的选择
5.2元器件清单列表
第6章设计总结（体会）
参考文献
第1章电子游戏机设计方案论证
1.1电子游戏机的应用简介与设计要求
运用所学的知识，以用数字集成电路制作电子游戏机——导弹打飞碟。
游戏机的面板如图1所示。
图1游戏机的面板图
从图中可以看出，导弹和飞碟又分两组运动轨迹，分别由8个发光点来表示。
飞碟的飞行轨迹由左自右，导弹的飞行轨迹从下到上呈弧线形。
当操作者按动导弹发射按钮时，导弹发出，并伴有炮弹发射的模拟响声。
如果导弹打中飞碟，则在击中点发出橙色光，并伴有爆炸声响，表示飞碟被击中，否则，表示未击中，需要重新进行。
导弹、飞碟的飞行速度可调，操作者眼、手并用，兴趣盎然。
1.2设计方案论证
根据课题的要求，我们所设计的电子游戏机——导弹打飞碟由三部分电路组成：
导弹的飞行与显示电路；
飞碟的飞行与显示电路；
声响的模拟及其他电路。
1.3总体设计方案框图及分析
第2章电子游戏机各单元电路设计
2.1导弹的飞行与显示电路设计
该电路包括由与非门组成的基本RS触发器、多谐振荡器及由CD4017BE十进制计数/（脉冲）分配器和一些外围元件组成的发光显示电路。
CD4017的波形图如图3所示：
（同CC4017）
图3CD4017的波形图
CD4017的外引线图如图4所示：
（同CC4017）
功能表如表1所示：
表1
cr
CP
EN＇
输出
1
×
×
Y1~Y8输出皆为0，Y0=1
0
↑
0
Y1~Y9依次输出高电平1
0
1
↓
Y1~Y9依次输出高电平1
从功能表可得出，当cr为高电平时，不论输入端ENˊ,CP是高电平还是低电平，只有输出端Y。
有高电平输出。
当cr为低电平、EN＇=0、CP上升沿触发或CP=1、EN＇下降沿触发时，输出Y1~Y9依次为高电平。
以该高电平驱动并点亮红色发光二极管，用以模拟导弹飞行的轨迹。
同时，输出一路信号触发音响集成块，使扬声器发出打炮的声音。
另外，由两个与非门G1、G2组成的振荡器向CD4017的EN＇端输入脉冲信号，振荡器的振荡频率可通过电位器Rw1进行调节（每秒可输出1~3个脉冲）。
飞行与显示电路的电路如图5所示：
图5导弹飞行与显示电路
由G1、G2组成的振荡器起振与否，取决于G4输出电平的高低。
当G4输出高电平时，振荡器起振；当G4输出低电平时，振荡器停振。
2.2飞碟的飞行与显示电路设计
此部分电路的显示、振荡器、十进制计数/分配器、RS触发器所有元器件和电路的原理基本与导弹部分相同，振荡器的脉冲输出也同样是1~3个可调的，不同的是飞碟的飞行没有模拟声响。
电路图如图6所示：
图6飞碟飞行与显示电路图
2.3声响模拟及其他电路设计
IC1、IC2的Y8＇、Y8输出端分别接与非门G9的两个输入端。
G9的输出端分三路：
一路接IC1的CP端，另一路接IC2的CP端，第三路接音响电路。
只有在IC1、IC2的两输出端Y8＇、Y8同时为高电平时，G9输出才为低电平。
Y8＇、Y8的高电平使变色发光管（LED2）点亮，呈橙色光；G9输出的低电平送入音响电路，使扬声器发出爆炸声，这样，声、光同时显示表明已击中飞碟。
两组RS触发器G4、G8的输入端，平时接高电平，通过开关SB1、SB2又可使其处于低电平，G8输出高电平，使振荡器起振。
G3、G7的输入端通过双刀双掷开关S3使其处于低电平或分别与Y9＇、Y9接通。
音箱电路及外围电路如图7所示：
图7声响及外围电路图
先将S3接低电平，则G3、G7输出高电平（此时不按动SB1、SB2），G4、G8输出低电平，同时G10、G11输出高电平。
此时，将开关再拨向G10、G11的输出端，将G10、G11的输出分别于G3、G7的输入端接通，而两个RS触发器并不翻转，因为此时G4、G8的输出为低电平，这种状态为游戏机的起始状态。
若在此时按动SB1和SB2,则两个RS触发器都翻转，G3、G7均输出低电平，使IC1、IC2的cr皆为0，则IC1、IC2开始工作，G4、G8输出高电平，两个振荡器起振，并向IC1、IC2的输入端EN＇输入方波，时IC1、IC2的输出端Y1＇~Y8＇、Y1~Y8顺序输出高电平并依次点亮发光二极管。
当IC1、IC2的输出端均为低电平，并送入G3、G7的输入端，使两个RS触发器发生翻转，输出高电平，将IC1、IC2清零，电路又回到起始状态。
电路图如图8所示：
图8游戏机部分电路图
第3章电子游戏机整体电路设计
3.1电路图及工作原理
游戏机的总体电路是由图6和图8组成的，即将图6中的B、Y8、Y9、CP与图8中的B、Y8、Y9、CP相连接。
在电源接通之前，先将S3置于下方，然后接通电源，再将S3置于上方，此即为游戏机的初始状态。
从游戏机的面板上看，此时飞碟没有亮点显示，而导弹有红光显示，并安放在发射台上。
但按动SB2时，绿色飞碟从左自右顺序移动，若时间选得合适，按动SB1发射导弹，导弹即随着炮声应声而起，其红色亮点顺序上移，在飞碟的第8个亮点（即导弹的第9个亮点）处将发出橙光并伴有爆炸声响，而且橙色亮点停住不动，爆炸声不断，表明飞碟已被击中。
重复游戏时，将S3先置于下方，然后再置于上方，这时又恢复为初始状态。
若导弹发射的时间不合适，飞碟在第8个亮点发出绿光后消失，而导弹则在第9个亮点上发出红光后消失，表明导弹为被击中飞碟。
此时，不需扳动S3即可继续进行游戏。
由于两个振荡器的频可调（通过Rw1、Rw2进行调整），因此飞碟与导弹的飞行速度可快可慢，即可同时快慢，又可一快一慢。
故打中飞碟的难易程度时可调的。
3.2整体电路性能分析
飞碟的发光亮度可通过调整限流电阻实现；同理，导弹的发光亮度也可调整。
最后按面板图装好外盒，即可正常使用了。
第4章电路调试遇到的问题及解决方案
4.1仿真调试结果
4.2电路的调整与测试
在仿真软件Multisim中元件及其型号都有限，我们采用逻辑功能相同的去替代。
由于没有找着双刀双掷的开关，我们将两个开关组合一起来实现相应功能。
在其他元器件和芯片的选择上，我们也充分考虑到这些差异。
仿真时，我们依照讲义上的内容知识，对两个电位器进行左右移动，调节它的阻值，改变多谐振荡的频率，以实现速度快慢的调解。
九个红色发光二极管按十进制进行循环点亮，当红色和绿色的发光二极管同时亮时，变色发光管也亮起来了，导弹击中了飞碟，同时音响集成块发出响声。
第5章焊接的总体过程
5.1元器件与芯片的选择
根据实际设计电路的需要，逻辑功能的要求，综合性价比，此次设计过程中，电阻选择了相应阻值的四环电阻若干；电位器、电解电容、扬声器和音响集成块等都选用了一般的规格，参数适当；发光二极管选择了红色和绿色若干个；晶体管选择的是9014的NPN，约有20个，在音响电路中也用到一个9012的PNP;CD4017BE和CD4011BE选用相同封装的。
5.2元器件清单列表
1、导弹的飞行与显示电路部分
元器件的名称
元器件的型号、参数
元器件的数量
CD4017十进制计数/（脉冲）分配器
CD4017BE
1
四2输入与非门CD4011
CD4011BE
1
红色发光二极管
BT-204N
9
晶体管
9014
9
按钮开关
1
变色发光管
2EF302
1
2.2KΩ、18Ω、510KΩ、160KΩ、47KΩ、10KΩ电阻
2.2K、18、510K、160K、47K、10K1/8W
各1个
5.1KΩ电阻
5.1K1/8W
8
三端可变电位器
330KΩ
1
电解电容
1μF/10V
1
2、飞碟的飞行与显示电路部分
元器件的名称
元器件的型号、参数
元器件的数量
CD4017十进制计数/（脉冲）分配器
CD4017BE
1
四2输入与非门CD4011
CD4011BE
1
绿色发光二极管
BT-14N
8
晶体管
9014
8
180Ω、10KΩ、160KΩ、47KΩ、10KΩ电阻
180、510K、160K、47K、10K1/8W
各1个
5.1KΩ电阻
5.1K1/8W
9
三端可变电位器
330KΩ
1
电解电容
1μF/10V
1
3、声响模拟及其他电路部分
元器件的名称
元器件的型号、参数
元器件的数量
音响集成块
KD9562
1
晶体管
9014
1
晶体管
9012
1
四2输入与非门CD4011
CD4011BE
1
扬声器
0.1W8Ω
1
3KΩ、22KΩ、1KΩ、47KΩ电阻
3K、22K、1K、47K1/8W
各1个
第6章设计总结（体会）
这次数电课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在与同学的相互探讨下，终于游逆而解。
总体来说,这次实习我受益匪浅.在摸索该如何排布线路过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力.在让我体会到了设计的艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐.这次数电课程设计,虽然短暂但是让我得到多方面的提高，提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。
加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。
另外，我们还更加充分的认识到，数字电路这门课程在科学发展中的至关重要性。
查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我们在设计电路时，遇到很多不理解的东西，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。
相互讨论共同研究也是很重要的，经常出现一些问题，在开始设计电路时，开始并不理解电路图的原理，但是和老师及其他同学讨论后，理解了电路的基本原理后，很快的完成了电路的仿真。
参考文献
[1]电子技术基础（第三版）（数电）·康华光主编·北京：
高等教育出版社
[2]电子技术基础实验与课程设计·章忠全主编·北京：
中国电力出版社1999
[3]实用电工电子技术手册·实用电子技术手册编委会·北京：
机械工业出版社2003
[4]电子元器件与实用电路基础·韩广兴·电子工业出版社
[5]数字电子技术基础（第五版）.阎石.高等教育出版社
[6]全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选·全国大学生电子设计大赛组委会·北京：
北京理工大学出版社2003.3
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