电子游戏拔河器课程设计.docx
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电子游戏拔河器课程设计
学科分类号
本科学生电子课程设计论文
题目：
电子游戏拔河器
姓名：
罗方佳
学号：
2007180326
院（系）：
工学院
专业、年级：
07级应用电子
指导教师兰浩
2009年月日
指导教师评定成绩
评审基元
评审要素
评审内涵
满分
指导教师
实评分
选题质量15%
目的明确
符合要求
选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到课程设计论文综合训练的目的。
5
理论意义或
实际价值
符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。
5
选题恰当
题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。
5
能力水平50%
查阅文献
资料能力
能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。
10
综合运用
知识能力
能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。
10
研究方案的
设计能力
整体思路清晰；研究方案合理可行。
5
研究方法和手段的运用能力
能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。
20
外文应用
能力
能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。
5
设计论文35%
写作水平
论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。
15
写作规范
符合学术论文的基本要求。
用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。
10
论文篇幅
5000字左右。
10
实评总分成绩等级
指导教师评审意见：
指导教师签名：
说明：
评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90—100分记为优秀，80—89分记为良好，70—79分记为中等，60—69分记为及格，60分以下记为不及格。
第1章绪论
1.1电子游戏机发展现状
电子游戏起源于西方，国际游戏行业已经有42年的历史，而中国大陆的游戏出版业始于1994年。
上世纪80年代，中国台湾地区游戏产业蓬勃兴起，出现了一些游戏研发发行、渠道全面成长的公司。
目前中国的电子游戏产业正方兴未艾蓬勃发展，亚洲、欧洲和北美地区同为世界电子游戏的主要市场，历经这场旷日持久的全球性金融经济危机，世界游戏市场格局将在动荡中重新洗牌和布局。
如何扶助和提升中国相关企业的国际竞争能力和竞争优势，带动中国原创游戏进入欧洲市场，加速中国电子游戏产业的国际影响力和国际市场占有率，亦是中国电子游戏行业面临的全新课题。
1.数字电子技术的现状
随着电子计算机的出现,数字电路成为研究逻辑电路的主要对象。
20世纪60年代以前,研究的重点在于如何用最少的元件实现给定的逻辑功能。
后来随数字集成电路技术的发展,电路的可靠性、易测性、模块化,以及工作速度的提高和故障诊断等遂成为研究的主要方向
1.3选题意义：
选择设计电子游戏拔河器是因为此设计可以帮助我巩固上学期所学习的数字电子技术知识以及提高我的实际操作能力，学会合理的利用各类数字芯片。
1.4本设计的工作
第2章硬件部分简介
2.1具体方案论证与设计
方案１：
本课题的主要任务是让拔河游戏机的电平指示灯由中点向我方延伸，而阻止其向对方延伸。
可以设想用可预置的加/减计数器作主要器件，用计数器的输出状态通过译码器控制电平指示灯的显示状态。
如当计数器进行加法计数时，发亮的电平指示灯向甲方延伸，相反，进行减法计数时，发亮的电平指示灯向相反方向移动。
当移动到一方的终点就就把电路锁定，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，而计数器就记录双方的获胜的次数。
一、总体方案设计
2．1设计思路：
（1）本课题所设计的拔河游戏机由15个电平指示灯排列成一行，开机之后只有中间一个电平指示灯亮，以此作为拔河的中心线，游戏双方各持一个按键，迅速地、不断地按动产生脉冲，谁按得快，亮点向谁方向移动，每按一次，亮点移动一次。
移到任一方终端指示灯点亮，这一方就获胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经裁判复位后才使亮点恢复到中心线。
（2）当一局比赛结束后,由点亮该终点灯的信号使电路封锁加减脉冲信号的作用.即实现电路自锁,使加家减脉冲无效。
同时，使计分电路自动加分。
（3）控制电路部分应能控制由振荡器产生的脉冲信号进入计数器的加减脉冲的输入端，其进入方向则由参赛双方的按键信号决定。
2．2电路原理图：
图一，图二分别为拔河游戏机的电路框图、整机逻辑图。
二、电路仿真结果：
电路时序波形图：
74ls193计数器CP—up波形：
74ls193计数器CP—down波形
4—16译码器时序仿真图：
方案２：
1．总体设计思路（含电路原理框图）：
电路的原理框图如下图所示：
1）.抢答器电路设计
选用74LS175D触发器芯片,用两个开关表示输入,当有一方摁下时,另一方再摁不起作用,并将输出Q1连接到下一级编码电路.
2）．编码电路
编码器有四个输入端，四个输出端，要进行加/减计数，因此选用74191二进制同步可逆加/减计数器来完成。
一方进行加运算，使亮点向右移动，一方进行减运算。
其控制端和前一级抢答器电路相连。
3）.译码电路
选用4－16线4514译码器。
译码器的输出Q0～Q14分接16个个发光二极管，这样，当输出为高电平时发光二极管点亮。
比赛准备，译码器预置输入为1000，中心处二极管首先点亮，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。
4）.控制电路
为指示出谁胜谁负，需用一个控制电路。
当亮点移到任何一方的终端时，判该方为胜，此时双方的按键均宣告无效。
此电路可用异或门和非门来实现。
将双方终端二极管的正极接至异或门的两个输入端，当获胜一方为“1”，而另一方则为“0”，异或门输出为“1”，经非门产生低电平“0”，再送到74191计数器的置数端CTEN于是计数器停止计数，处于预置状态，由于计数器数据端A、B、C、D和输出端QA、QB、QC、QD对应相连，输入也就是输出，从而使计数器对输入脉冲不起作用。
5）.胜负显示
将双方终端二极管正极经非门后的输出分别接到二个74163计数器的CLK端，74163的两组4位BCD码分别接到实验装置的两组七段数码显示管A、B、C、D插口处。
当一方取胜时，该方终端二极管发亮，产生一个上升沿，使相应的计数器进行加一计数，于是就得到了双方取胜次数的显示。
6）.复位
为能进行多次比赛而需要进行复位操作，使亮点返回中心点，可用一个开关控制74193的预置数端LOAD即可。
胜负显示器的复位也应用一个开关来控制胜负计数器74163的清零端clear，使其重新计数。
每次比赛前抢答器电路都要进行清零，并使按钮开关复位。
工作情况：
该电路基本实现了电子拔河游戏机设计的基本要求，但每次比赛前都要进行清零，比较繁琐。
（1）用一个抢答器电路来控制双方参赛按钮信号，先按下的一方优先，另一方再按下时不起作用。
（2）双方参赛按钮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1000，中间的LED点亮。
（4）置裁判的开赛信号，只有开赛有效时，可逆计数器才可以工作。
（5）当亮点到达一方终端时，应产生时可逆计数器停止工作的信号。
（6）每一方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。
逻辑电路图：
三、综合分析：
由于方案二的电路比较复杂而且仿真结果也没有出来所以我决定选用方案一来完成本次设计。
2.2主控芯片的简介：
74LS00四2输入与非门
（1）74LS08四2输入与门
（2）74LS193同步二进制可逆计数器
（3）74LS86四2输入异或门
（4）CC4518双同步十进制计数器
（5）CC45144线—16线译码器
第3章：
电子拔河器原理
3.12．3电路工作原理：
可逆计数器74LS193原始状态输出4位二进制数0000，经译码器输出使中间的一只电平指示灯Y0点亮。
当按动A、B两个按键时，分别产生两个脉冲信号，经整形后分别加到可逆计数器上，可逆计数器输出的代码经译码器译码后驱动电平指示灯点亮并产生位移，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。
如按动复位键，亮点又回到中点位置，比赛又可重新开始。
将双方终端指示灯的正端分别经两个与非门后接到2个十进制计数器CC4518的使能端EN，当任一方取胜，该方终端指示灯点亮，产生1个下降沿使其对应的计数器计数。
这样，计数器的输出即显示了胜者取胜的盘数。
2．4各单元电路的设计：
1.编码电路的设计：
由双时钟二进制同步可逆计数器74LS193构成，它有2个输入端，4个输出端，能进行加／减计数。
通过编码器来控制电平指示灯的显示，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：
2.整形电路设计：
由与门74LS08和与非门74LS00构成。
因74LS193是可逆计数器，控制加减的CP脉冲分别加至5脚和4脚，此时当电路要求进行加法计数时，减法输入端CPD必须接高电平；进行减法计数时，加法输入端CPU也必须接高电平，若直接由A、B键产生的脉冲加到5脚或4脚，就有很多时机在进行计数输入时另一计数输入端为低电平，使计数器不能计数，双方按键均失去作用，拔河比赛不能正常进行。
加一整形电路，使A、B二键出来的脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲，这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，从而使每按一次键都有可能进行有效的计数。
电路图如下图所示：
3.译码电路：
由4线－16线译码器CC4514构成。
译码器的输出Y0～Y15中选15个接电平指示灯，电平指示灯的负端接地，而正端接译码器；这样，当输出为高电平时电平指示灯点亮。
比赛准备，译码器输入为0000，Y0输出为1，中心处指示灯首先点亮，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：
4.控制电路：
由异或门74LS86和与非门74LS00构成，其作用是指示出谁胜谁负。
当亮点移到任何一方的终端时，判该方为胜，此时双方的按键均宣告无效。
将双方终端指示灯的正接至异或门的2个输入端，当获胜一方为“1”，而另一方则为“0”，异或门输出为“1”，经与非门产生低电平“0”，再送到74LS193计数器的置数端,于是计数器停止计数，处于预置状态，由于计数器数据端D0、D1、D2、D3和输出Q0、Q1、Q2、Q3对应相连，输入也就是输出，从而使计数器对脉冲不起作用。
电路图如下图所示：
5.胜负显示：
由计数器CC4518和译码显示器构成。
将双方终端指示灯正极经与非门输出后分别接到2个CC4518计数器的EN端，CC4518的两组4位BCD码分别接到实验箱中的两组译码显示器的8、4、2、1插孔上。
当一方取胜时，该方终端指示灯发亮，产生一个上升沿，使相应的计数器进行加一计数，于是就得到了双方取胜次数的显示，若1位数不够，则进行2位数的级连。
电路图如下：
6.复位控制：
74LS193的清零端CR接一个电平开关，作为一个开关控制，进行多次比赛而需要的复位操作，使亮点返回中心点。
CC4518的清零端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。
其中CC4518功能表下表所示：
输入
输出功能
时钟
CP
清零
RD
使能
EN
×
1
×
全部为0
↑
0
1
加计数
0
0
↓
↓
0
×
保持
×
0
↑
↑
0
0
1
0
↓
第4章结论
由于本设计中采用了74ls193可逆计数器，所以在本设计中的cp脉冲比较好控制只要接两个小豆电路就可以作为甲、乙两个参赛者的输入端，其最大的优点是电路原理检点陈本低性能较稳定。
本设计中的不足与改进建议：
本设计存在的缺点是由于消抖电路的时间常数难以一致所以导致了两位参赛者可能不是比较公平的竞争。
因此电路有以下建议：
（1）尽可能采用同一型号的按键
（2）各个点的连线尽可能保持一致.
（3）在电路工作前尽可能将两个输入端参数调节一致
参考文献
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[14]
[15]
[16]
致谢
本设计到最后能够调试成功，与我的指导老师兰浩的精心辅导是离不开的，在此感谢兰浩我的细心栽培。
另外还要感谢杨师、彭老师，因为他们的建议打开了我的思路，让本设计进一步得到完善。
还有我要感谢我的合作伙伴黄伟的积极配合，以及班上向我提供技术帮助同学。
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