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上 海 電 力 學(xué) 院 課題名稱 電子拔河游戲機(jī) 課題代碼 211 院（系） 電氣工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 2011023 學(xué)號及姓名 20112921 詹志文 時 間 2014年01月13號 指導(dǎo)教師簽名： 教研室主任（系主任）簽名： 目 錄 一、設(shè)計目的及設(shè)計要求 3 二、整體概述 三、個人負(fù)責(zé)部分 四、實(shí)物制作 五、設(shè)計心得與體會 六、致謝 七、參考文獻(xiàn) 一 設(shè)計目的及設(shè)計要求 （一）、設(shè)計目的： 1、了解并掌握電子電路的一般設(shè)計方法，具備初步的獨(dú)立設(shè)計能力。 2、通過查閱手冊和文獻(xiàn)資料，進(jìn)一步熟悉常用電子器件的類型和特性，并掌握合理選用的原則；進(jìn)一步掌握電子儀器的正確使用方法。 3、學(xué)會使用EDA軟件Multisim對電子電路進(jìn)行仿真設(shè)計。 4、初步掌握普通電子電路的安裝、布線、調(diào)試等基本技能。 5、提高綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識獨(dú)立分析和解決問題的能力，學(xué)會撰寫課程設(shè)計總結(jié)報告；培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。 （二）、設(shè)計要求： 1、任務(wù) 設(shè)計并制作1個電子拔河游戲機(jī)。 2、基本要求 1）比賽開始，由裁判下達(dá)比賽命令后，甲乙雙方才能輸入信號，否則，由于電路具有自鎖功能，使輸入信號無效。 2）“電子繩”至少由9個LED管構(gòu)成，裁判下達(dá)“開始比賽”的命令后，位于“電子繩”中點(diǎn)的LED發(fā)亮。甲乙雙方通過按鍵輸入信號，使發(fā)亮的LED管向自己一方移動，并阻止其向?qū)Ψ窖由?。?dāng)從中點(diǎn)至自己一方終點(diǎn)的LED管全部發(fā)亮?xí)r，表示比賽結(jié)束。這時，電路自鎖，保持當(dāng)前狀態(tài)不變，除非由裁判使電路復(fù)位。 3）記分電路用兩個七段數(shù)碼管分別對雙方得分進(jìn)行累計，在每次比賽結(jié)束時電路自動加分。 3、設(shè)計方案 電子拔河游戲機(jī)原理框如圖1所示: 圖1 電子拔河游戲機(jī)原理框圖 可采用可預(yù)置的加／減計數(shù)器作主要器件，用計數(shù)器的輸出狀態(tài)通過譯碼器控制LED發(fā)亮。當(dāng)向計數(shù)器輸入“加脈沖”，使其作加運(yùn)算時發(fā)亮的燈向甲方延伸，相反，當(dāng)向計數(shù)器輸入“減脈沖”時，發(fā)亮的燈向相反方向移動。電路的主要部分可以用移位寄存器構(gòu)成。 當(dāng)一局比賽結(jié)束，即發(fā)亮的LED延伸到某方終點(diǎn)時，由點(diǎn)亮該終點(diǎn)燈的信號使電路封鎖加／減脈沖信號的作用，即實(shí)現(xiàn)電路自鎖，使加／減脈沖無效。同時，使計分電路自動加分。控制電路部分應(yīng)能控制由振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)入計數(shù)器的加／減脈沖輸入端，其進(jìn)入方向則由參賽雙方輸入的按鍵信號決定。 二 整體概述 (一)任務(wù)分析： 電子拔河游戲機(jī)是一種能容納甲乙雙方參賽或甲乙雙方加裁判的三人游戲電路。由一排LED發(fā)光二極管表示拔河的“電子繩”。由甲乙二人通過按鈕開關(guān)使發(fā)光的LED管向自己一方的終點(diǎn)移動，當(dāng)亮點(diǎn)移到任何一方的終點(diǎn)時，則該方獲勝，連續(xù)比賽多局以定勝負(fù)。 本課題小組所設(shè)計的拔河游戲機(jī)采用“七局四勝制”,由9個電平指示燈排成一行，剛開始時只有中間一個電平指示燈亮，并以此為標(biāo)準(zhǔn)，作為雙方拔河的中心參照。當(dāng)裁判下令開始后，雙方各持一個按鍵，迅速、持續(xù)地按動按鍵產(chǎn)生脈沖。哪一方按的快，亮點(diǎn)就向該方移動。每按動一次按鍵，亮點(diǎn)就移動一次，直至移動到任意一方終端指示燈點(diǎn)亮，這一方就獲勝。此時雙方按鍵均無作用，輸出保持不變，只有經(jīng)裁判復(fù)位后，亮點(diǎn)才恢復(fù)到中心線的位置。某方贏一次，由計分電路自動給該方加分一次，通過多次比賽定勝負(fù)。 （二）各部分原理及元器件管腳介紹： 1、74HC00的引腳圖 2、74HC08的引腳圖 3、74LS192的引腳圖 輸入 輸出 CLR CPU CPD D C B A QD QC QB QA 1 0 0 0 0 0 1 d c b a d c b a 0 0 ↑ 1 加計數(shù) 0 0 1 ↑ 減計數(shù) 4、74HC138的引腳圖 輸入 輸出 G1 C B A 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 5、74LS48七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器的引腳圖與七段數(shù)碼管 6、74HC161的引腳圖 輸入 輸出 ENT ENP D C B A Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 ↓ d c b a d c b a 1 1 0 保持 1 1 0 保持 1 1 1 1 ↓ 計數(shù) 三 個人負(fù)責(zé)部分 （一）整形電路部分：（主要由詹志文負(fù)責(zé)并撰寫） 1、 目的：給實(shí)驗輸入信號，模擬現(xiàn)實(shí)中甲乙的輸入。 2、 要求：由于74LS192在實(shí)現(xiàn)加減計數(shù)的過程中，一方給脈沖的時候，另一方需保持在高電平的位置。為了使每個脈沖都有效，輸入脈沖需要有較大的占空比。 3、原理說明： 由與門74HC08和與非門74HC00構(gòu)成。因74LS192是可逆計數(shù)器，控制加減的CP脈沖分別加至5腳和4腳，此時當(dāng)電路要求進(jìn)行加法計數(shù)時，減法輸入端CPD必須接高電平；進(jìn)行減法計數(shù)時，加法輸入端CPU也必須接高電平，若直接由開關(guān)K鍵產(chǎn)生的脈沖加到5腳或4腳，就有很多時機(jī)在進(jìn)行計數(shù)輸入時另一計數(shù)輸入端為低電平，使計數(shù)器不能計數(shù)，雙方按鍵均失去作用，拔河比賽不能正常進(jìn)行。加一整形電路，使開關(guān)K二鍵出來的脈沖經(jīng)整形后變?yōu)橐粋€占空比很大的脈沖，這就減少了進(jìn)行某一計數(shù)時另一計數(shù)輸入為低電平的可能性，從而使每按一次鍵都有可能進(jìn)行有效的計數(shù)。 整形電路的原理其實(shí)就是用到的是競爭冒險。產(chǎn)生原因：由于延遲時間的存在，當(dāng)一個輸入信號經(jīng)過多條路徑傳送后又重新會合到某個門上，由于不同路徑上門的級數(shù)不同，或者門電路延遲時間的差異，導(dǎo)致到達(dá)會合點(diǎn)的時間有先有后，從而產(chǎn)生瞬間的錯誤輸出。 4、整形電路圖： 開關(guān)不動時整形電路給74LS192加法輸入端CPU 和減法輸入端CPD都是高電平，當(dāng)撥動開關(guān)后由于“競爭冒險”，74LS192的一個輸入端會產(chǎn)生一個脈沖，而另一個滿足是高電平，從而74LS192實(shí)現(xiàn)一次加或減的計數(shù)。 5、仿真電路及波形產(chǎn)生 （1）電路仿真： （2）波形產(chǎn)生： （三）譯碼電路部分：（主要由陳成負(fù)責(zé)并撰寫） 1、目的： 接收上家可逆計數(shù)器的輸出信號，經(jīng)自身功能使發(fā)光二極管工作。 2、 要求： 當(dāng)上家可逆計數(shù)器為加法計數(shù)時，使發(fā)光二極管從中間向左移動； 當(dāng)上家可逆計數(shù)器為減法計數(shù)時，使發(fā)光二極管從中間向右移動。 3、原理說明： 由兩個3—8線譯碼器構(gòu)成一個4—16線的譯碼器，本組采用兩個74HC138芯片連接。由于74HC138有三個使能端，它必須在一個使能端高電平有效，兩個使能端低電平有效的情況下才能處于工作狀態(tài)。因此，本部分將其中右邊的74HC138芯片的高電平有效的使能端接上家可逆計數(shù)器的D端，兩個低電平有效的使能端接地，當(dāng)D端輸出為“1”時，右邊芯片工作；將左邊芯片的高電平有效使能端接電源，兩個低電平有效的使能端接上家可逆計數(shù)器的D端，當(dāng)D端輸出為“0”時，左邊芯片工作。在兩片芯片的輸出端中選出9個接發(fā)光二極管，發(fā)光二極管的正端接電阻接電源，而負(fù)端接譯碼器輸出。由于74HC138芯片的輸出是低電平有效。所以，當(dāng)輸出為低電平時發(fā)光二極管指示燈點(diǎn)亮。 比賽開始時，上家可逆計數(shù)器輸入為“0000”，分別賦予給兩個74HC138芯片。此時，左邊74HC138芯片工作，輸出為0，只有中心處的發(fā)光二極管燈亮，當(dāng)上家可逆計數(shù)器進(jìn)行加法計數(shù)時，發(fā)光二極管從中心處依次向左亮燈，當(dāng)左邊最后一個發(fā)光二極管亮?xí)r，由于74HC138輸出端是低電平有效，所以通過控制電路的作用，賦予上家可逆計數(shù)器的低電平有效的異步預(yù)制端口一個“0”的信號，從而達(dá)到使上家的可逆計數(shù)器開啟自鎖功能，不能繼續(xù)計數(shù)；與此同時，它也通過控制電路的作用，賦予給下家的74HC161一個高電平的脈沖，從而使勝負(fù)顯示電路自動加分；當(dāng)上家可逆計數(shù)器進(jìn)行減法計數(shù)時，發(fā)光二極管從中心處依次向右亮燈，當(dāng)右邊最后一個發(fā)光二極管亮?xí)r，使上家可逆計數(shù)器自鎖，使下家電路自動加分。 4、譯碼電路圖： 5、仿真電路圖： （四）計分顯示電路部分：（主要由李寧負(fù)責(zé)并撰寫） 1、 單元電路功能： （1）、將上級LED管傳遞過來的信號經(jīng)過同步加法計數(shù)器實(shí)現(xiàn)加法計數(shù)； （2）、將加法計數(shù)器的輸出信號通過74LS48七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器將四位二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換為七段譯碼abcdefg; （3）、七段數(shù)碼管顯示由驅(qū)動器傳遞的七段信號，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼計數(shù)功能。 （4）、左右兩邊分別代表甲乙兩方，只要甲乙中有一方的終端LED管亮，數(shù)碼管就會自動加1，表示勝利的一方加一分。 2、 原理說明： （1）、由74HC161功能表知，當(dāng)清零端CR=“0”，計數(shù)器輸出QD、QC、QB、QA立即為全“0”，這個時候為異步復(fù)位功能。當(dāng)CR=“1”且LD=“0”時，在CP信號上升沿作用后，74HC161輸出端QD、QC、QB、QA的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D，C，B，A的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計數(shù)器加1。 當(dāng)CR=LD=EP=ET=“1”，161計數(shù)器的時鐘脈沖輸入接收來自電子繩終端LED管的信號，通過非門產(chǎn)生一個上升沿信號，計數(shù)器加1。兩個161計數(shù)器分別接收甲乙兩方終端LED管的信號，哪一方先移到終端，該方就獲勝，計數(shù)器加“1”。161的輸出端QD、QC、QB、QA又將輸出信號傳遞至74LS48的輸入端A3、A2、A1、A0。 （2）、74LS48七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器與七段數(shù)碼管 功能表 由功能表知，燈測試輸入低電平有效。當(dāng)=0時，無論其他輸入端是什么狀態(tài)，所有輸出a～g均為1，顯示字形8。動態(tài)滅零輸入低電平有效。當(dāng)=1，，且輸入代碼時，輸出a～g均為低電平，即與0000碼相應(yīng)的字形0不顯示，故稱“滅零”。利用=1與=0，可以實(shí)現(xiàn)某一位數(shù)碼的“消隱”。滅燈輸入、動態(tài)滅零輸出是特殊控制端，既可作輸入，又可作輸出。當(dāng)作輸入使用，且=0時，無論其他輸入端是什么電平，所有輸出a～g均為0，字形熄滅。作為輸出使用時，受和控制，只有當(dāng),且輸入代碼時，=0，其他情況下=1。 74LS48七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器接收來自161計數(shù)器的信號，將四位二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成七段譯碼a—g，七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器的abcdefg與七段譯碼abcdefg對應(yīng)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的數(shù)字顯示。例如，當(dāng)161的輸出信號時，七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器的輸出信號只有bc為高電平，因此顯示1。 3、計分顯示電路圖： 4、仿真電路圖： 當(dāng)ENP=ENT==1時，161計數(shù)器實(shí)現(xiàn)計數(shù)功能，當(dāng)開關(guān)C置于接地端時，清零端=0，兩個161計數(shù)器實(shí)現(xiàn)同步清零，無論開關(guān)A、B如何撥動，七段數(shù)碼管一直為0；當(dāng)開關(guān)C置于高電位5V時，電路實(shí)現(xiàn)計數(shù)功能，開關(guān)A每上下?lián)軇右淮?，左邊的?shù)碼管的數(shù)字將會加1，開關(guān)B作用也是如此，右邊數(shù)碼管將會隨著開關(guān)B的作用而加數(shù)。 四 總仿真圖及說明： 1、將開關(guān)C置高電平， D置低電平，即通過74LS192的清零端CR和74HC161的清零端CR使中心發(fā)光二極管發(fā)光和勝負(fù)顯示器為0。 2、將開關(guān)C置低電平， D置高電平， ，即使74LS192的清零端CR為低電平和74HC161的清零端CR為高電平，使74LS1932和74HC162進(jìn)入工作狀態(tài)，此時甲乙雙方分別快速按動鍵A、B，使74LS192計數(shù)器進(jìn)行加減運(yùn)算，可以看到發(fā)光二極管左右移動，下圖為左方獲勝的情形，左右雙方的得分為3:1。 四 實(shí)物制作 下圖為我們小組實(shí)物完成的記錄 五、設(shè)計心得與體會 　　與小組成員們經(jīng)過一周的齊心協(xié)力、精誠合作，終于成功完成了本次電子技術(shù)課程設(shè)計。這次的課程設(shè)計是大學(xué)以來令我最難忘的，也是感觸最深的。 我從這次課程設(shè)計真的得到了許多收獲。首先是設(shè)計工作，一個好的作品的首要前提是這個作品的設(shè)計正確，原理清晰明了。第一天，在老師的指導(dǎo)下，和伙伴們一同討論了“電子拔河游戲機(jī)”的設(shè)計，這過程中，切實(shí)感受到本學(xué)期“數(shù)字電子技術(shù)”與實(shí)驗沒有白學(xué)了。過去有時總會疑惑我們所學(xué)的這些東西有什么用，這次課程設(shè)計是把所學(xué)的理論知識用到了實(shí)際中，并且要求我能把所學(xué)的內(nèi)容聯(lián)系結(jié)合起來，能把各種芯片的功能結(jié)合起來做出一個想要的產(chǎn)品。而且僅靠書本上的知識是不夠的，要求我們上網(wǎng)查詢一些資料，考驗了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜集、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，和組織材料的綜合能力。從設(shè)計工作中了解并掌握電子電路的一般設(shè)計方法，具備初步的獨(dú)立設(shè)計能力。 在第二天上午一起初步定下來設(shè)計方案后，就立馬進(jìn)行了分工，把我們總的設(shè)計分成了四個模塊，下午小組每人分別負(fù)責(zé)一個模塊進(jìn)行仿真。小組成員分別完成各自的仿真后，又進(jìn)行了各自討論講解，把各自的仿真部分講解給了其他成員，待其他成員都完全明白后，把各自負(fù)責(zé)的模塊進(jìn)行了整合，連接出一個完整的電子仿真，并且運(yùn)行、改進(jìn)，最后確認(rèn)無誤，旁晚答疑時間給指導(dǎo)老師做了演示，經(jīng)老師確定可以按仿真設(shè)計。從這部分工作中學(xué)會使用EDA軟件Multisim對電子電路進(jìn)行仿真設(shè)計。 設(shè)計與仿真工作都進(jìn)行地比較順利，接下來在面包板上實(shí)際制作拔河游戲機(jī)是最有意思，也是碰到困難最多的。芯片的排版也非常重要，因為這直接影響到接下來的接線是否方便和外觀是否美觀。接線是一細(xì)活，每一根線都得小心而且連接正確，只要有一根線接錯了就會影響整個電路，使得不能正常工作。所以這部分的合作尤為重要，得一起合作觀察接線者是否接錯線路，成員需要幫忙裁剪導(dǎo)線等等。從整形電路到電子繩部分就調(diào)試了整整兩天，尤其是整形部分接線需要的與非門比較多，前前后后重連了不下五次。調(diào)試的三天里面大家都幾近廢寢忘食，一份耕耘，一份收獲，在成功的那刻，我們抑制不住內(nèi)心的喜悅歡呼了起來。 通過設(shè)計拔河游戲機(jī)電路，讓我對數(shù)字電子技術(shù)這門課有了更深刻的了解，對電子器件的認(rèn)識也不再停留在字面上，實(shí)現(xiàn)了從理論到實(shí)踐的飛躍。我了解到理論和實(shí)踐是分不開的，只有理論不行，當(dāng)你面對一堆元?dú)饧r，你會茫然不知所措；可只懂實(shí)踐也不行，當(dāng)別人問你為什么會這樣，怎么樣才算正確，你如果說憑感覺是不足以服人的。學(xué)習(xí)的目的就是去應(yīng)用，只有實(shí)踐才能將書本知識轉(zhuǎn)化為實(shí)用的技能?？偟膩碚f，這次課程設(shè)計讓我提高綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識獨(dú)立分析和解決問題的能力，也發(fā)現(xiàn)了自己還有很多不足之處。在之后的學(xué)習(xí)中，我會更加注重將理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐結(jié)合起來。 六、致謝 本次課程設(shè)計，要特別感謝我的指導(dǎo)老師---張健偉老師。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從課題的仿真到項目的最終完成，張老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。 另外，我還要感謝在一起完成本次課題的組員陳成、崔燦、李寧，正是大家共同努力，才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本次課程設(shè)計的完成。 7、 參考文獻(xiàn) 1．?dāng)?shù)字電子技術(shù)實(shí)驗指導(dǎo)書 周紅軍版 中國水利水電出版社 2．電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分） 康華光版 高等教育出版社 3．?dāng)?shù)字電子技術(shù) 任中民版 清華大學(xué)出版社 4．http://wenku.baidu.com/view/7aa85337f111f18583d05a14.html