电子技术乒乓球比赛游戏机课程设计

乒乓球比赛游戏机 1 绪论 1.1选题背景 1.1.1 课题目的及意义 本次课程设计的内容是独立完成一个乒乓球比赛游戏机的设计，采用EWB 电路仿真设计软件完成乒乓球比赛游戏机电路的设计及仿真调试， 在微机上仿真 实现乒乓球比赛游戏机的设计。 通过这次课程设计让我们了解和熟悉了乒乓球游 戏机的原理和 Multisim 仿真设计软件的操作，也让我们加深了解了对双向移位 寄存器、双 D 触发器及、加法器及逻辑门电路的一些实际用途，并将理论与实践 相结合。 1.1.2课题的内容和要求 独立完成一个乒乓球比赛游戏机的设计， 采用 EWB 电路仿真设计软件完成乒 乓球比赛游戏机电路的设计及仿真调试， 在微机上仿真实现乒乓球比赛游戏机的 设计。 课程设计具体内容如下：乒乓球比赛是由甲乙双方参赛，加上裁判的三人 游戏（也可以不用裁判） ，乒乓球比赛模拟机是用发光二极管（LED）模拟乒乓球 运动轨迹的电子游戏机。 发 光 二 极 管 排 组 双 向 移 位 寄 存 器时钟电路 甲方控 制 甲方记分显示 乙方记分显示 发球次数显示 音 响 电 路 裁判 乙方 电 路 乒乓球比赛模拟机框图 第 1 页 共 12 页 乒乓球比赛游戏机 设计要求： 1、基本部分 (1) 至少用 8 个 LED 排成直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中 一个点亮的 LED（乒乓球）依次从左到右，或从由到左移动， “球”的移动速度 能由时钟电路调节。 (2) 当球（被点亮的那只 LED）移动到某方的最后一位时，参赛者应该果断按下 自己的按扭使“球”转向，即表示启动球拍击中，若行动迟缓或超前，表示未击 中或违规，则对方得一分。 (3) 设计自动记分电路， 甲乙双方各用一位数码管显示得分， 每记满 9 分为一局。 2、发挥部分(选做) (1) 甲乙双方各设一个发光二极管表示拥有发球权，每得 5 分自动交换发球权， 拥有发球权的一方发球才能有效。 (2) 发球次数能由一位数码管显示。 (3) 一方得分，电路自动响铃 3 秒，此期间发球无效，等铃声停止后方可比赛。 课题任务要求 1、画出总体设计框图，以说明乒乓球比赛游戏机由哪些相对独立的功能模块组 成，标出各个模块之间互相联系，时钟信号传输路径、方向和频率变化。并以文 字对原理作辅助说明。 2、设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。 3、选择合适的元器件，在 EWB 上连接验证、仿真、调试各个功能模块的电路。 在连接验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时， 输入信号和输出方式要便于电路的仿真、调试和故障排除。 4、在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和连接，进行合理布局， 进行整个数字钟电路的连接验证、仿真、调试。 5、自行接线验证、仿真、调试，并能检查和发现问题，根据原理、现象和 仿真结果分析问题所在，加以解决。学生要解决的问题包括元器件选择、连接和 整体设计引起的问题。 第 2 页 共 12 页 乒乓球比赛游戏机 1.2 方案选择 根据设计任务， 对照图乒乓球比赛模拟及 1.1， 可以分为三个模块进行设计： 1. 球台电路：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 管作光点模拟乒乓球移动的轨迹。 2. 驱动控制电路：由双 D 触发器及逻辑门电路构成，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. 计分电路：使用十进制的计数器、逻辑门和集成的 4 管脚的数码管来组 成计分电路。 通过多次设计、 画图及仿真实验， 我们发现方案电路最简洁， 原理简单易懂， 操作也很方便，且实用性较强。故采用此方案进行设计。 2 电路组成和工作原理 （1）分析系统的逻辑功能，画出其框图如下 时钟信号源球台驱动电路显示译码器显示译码器 发光二极管 LED 数码管 1 LED 数码管 2 按键电路控制电路 计数器 1计数器 2 图 1 乒乓球比赛游戏机的原理框图 第 3 页 共 12 页 乒乓球比赛游戏机 如上图 2.1 所示，该电路主要由时钟信号源、按键电路、球台驱动电路，控 制电路，计数器，显示译码器和 LED 数码管等组成。途中标出的各种信号的含义 分别为：CP 表示球台驱动电路和计数器的时钟信号；S 表示灯（乒乓球）移动的 信号；L 表示发光二极管驱动信号，由 L1~L8 组成；CNT 表示计数器的计数脉冲 信号，由 CNT1,CNT2 组成；KA,KB 表示开关控制的外输入发球、击球信号。 （2）总体思路描述如下： 1.用两个 74LS194 四位双向移位寄存器来模拟乒乓球台，其中第一个 74LS194 的 DL 输出端 QD 接第二个的右移串行输入端 SR， 这样当乒乓球往右准备 移出第一个寄存器的时候就会在时钟脉冲的作用下被移入第二个寄存器。 同样道 理，第二个 74LS194 的 AR 输出端接第一个的左移串行输入端。 2.用双 D 触发器 74LS74 及逻辑门电路构成驱动控制电路 3.用十进制计数器 74LS160D、逻辑门电路和集成的 4 管脚的数码管组成计 分电路 3 单元电路的设计 3.1 球台电路的设计 .球台电路如下图 2 设计所示： 第 4 页 共 12 页 乒乓球比赛游戏机 L4L4 L3L3 L3L3 L6L6 L7L7 L5L5 Q A Q B Q C Q D 1 5 1 4 1 3 1 2 L5L5 L6L6 L7L7 L8L8 L2L2 L2L2 L1L1 L1L1 L4L4 Q A Q B Q C Q D 1 5 1 4 1 3 1 2 L8L8 U1U1 74LS194D74LS194D ~ C L R C L K S L S R S 0 S 1 9 1 0 1 1 1 U2U2 74LS194D74LS194D S L S R S 0 S 1 9 1 0 1 1 1 ~ C L R C L K A B C DA B C D 3 4 5 63 4 5 67 2 VCCVCC CLKCLK S0S0 S1S1 GNDGND J2J2 S0S0 GNDGND J2J2 VCCVCC CLKCLK J3J3 S1S1 J3J3 7 2 图 2 球台电路 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： 表表 1 74LS1941 74LS194 功能表功能表 R D 0 1 1 1 1 S1S0 ×× 00 01 10 11 工作状态 置零 保持 右移 左移 并行输入 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 S 1 =0 ，S 0 =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 Q A 端的输出则由加到 R 端的数来补充。 第 5 页 共 12 页 乒乓球比赛游戏机 (3)当 S 1 =1 ，S 0 =0 时，其工作方式叫左移，情况正好与右移相反； Q D 端 的输出由加到 L 端的数来补充。 (4)当 S 1 = S 0 =0 时，不管是否有 CP 脉冲作