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中北大學 課 程 設(shè) 計 說 明 書 學生姓名： 朱博秀 學 號： 1205064204 學生姓名： 韓鈺 學 號： 1205064211 學生姓名： 王夢娜 學 號： 1205064214 學 院： 信息與通信工程學院 專 業(yè)： 電子信息工程 題 目： 電子綜合應用實踐 電子拔河游戲機電路的設(shè)計 指導教師： 郝利華、王偉 職稱: 副教授 講師 2014 年6 月 9 日 中北大學 課程設(shè)計任務書 13/14 學年第 二 學期 學 院： 信息與通信工程學院 專 業(yè)： 電子信息工程 學生姓名： 朱博秀 學 號： 1205064204 學生姓名： 韓鈺 學 號： 1205064211 學生姓名： 王夢娜 學 號： 1205064214 課程設(shè)計題目： 電子綜合應用實踐： 電子拔河游戲機電路的設(shè)計 起 迄 日 期：2014年6月9 日～2014年6月20日 課程設(shè)計地點： 503，1號樓教室 指 導 教 師： 郝利華 王偉 學科部主任： 王浩全 下達任務書日期: 2014 年6 月 9日 課 程 設(shè) 計 任 務 書 1．設(shè)計目的： 學生將所掌握的電子技術(shù)理論知識與實際相結(jié)合，提高學生的動手設(shè)計能力和科研創(chuàng)新能力，更好的培養(yǎng)學生的學習興趣。 2．設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）： 用9個（或15個）發(fā)光管排成一行，開機后只有中間一個點亮，以此作為拔河中點線；游戲雙方各持一個按鍵，迅速、不停地按動產(chǎn)生脈沖，誰按動快，亮點向誰方移動，直到亮點移動到任一方終點二極管點亮，這一方獲勝。這時，雙發(fā)按鍵失效。經(jīng)復位后亮點重新恢復到中心線。顯示器能顯示省者盤數(shù)。 3．設(shè)計工作任務及工作量的要求〔包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等〕： ①擬定該設(shè)計的組成框圖 ②設(shè)計各單元電路。 ③畫出總電路圖，寫出設(shè)計總結(jié)報告。 ④仿真所設(shè)計電路 課 程 設(shè) 計 任 務 書 4．主要參考文獻： [1]閻石主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)學習指導[M].遼寧:科技出版社.1985 [2]夏路易主編.電路原理圖與電路板設(shè)計教程[M].北京:希望電子工業(yè)出版.2002 [3]康華光主編.數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)(第五版)[M].北京:高等教育出版社.2000 [4]任為民主編.數(shù)字電子電路學習和實驗指導[M].北京:廣播電視大學出版社.1992 [5]趙春云主編.常用電子元器件及應用電路[M].電子工業(yè)出版社.2007 5．設(shè)計成果形式及要求： 課程設(shè)計報告說明書 仿真結(jié)果 6．工作計劃及進度： 2014年6月9日 ~ 6月11日：查資料； 6月12日 ~ 6月13日：完成設(shè)計方案； 6月14日 ~2014年6月19日：完成實驗；撰寫課程設(shè)計說明書； 6月20日：答辯 學科部主任審查意見： 簽字： 年 月 日 目 錄 設(shè)計任務及其要求..............................................................................1 總體框圖............................................................................................. 1 器件選擇............................................................................................. 2 功能模板..............................................................................................7 總體設(shè)計電路圖............................................................................... .10 結(jié)論與心得.........................................................................................11 一、設(shè)計任務及其要求 1. 設(shè)計一個模擬拔河游戲機比賽的邏輯電路。 2. 電路使用15個發(fā)光管排成一排，開機后只有中間一個點亮，以此作為拔河的 中心線。 3. 比賽雙方各持一個按鍵，迅速不斷的按動產(chǎn)生脈沖，誰按得快，亮點向誰方向移動。每按一次，亮點移動一次。 4. 移動到任何一方終端指示燈點亮，這一方得勝，此時雙方按鍵均無作用，輸出保持，只有經(jīng)裁判按動復位后，恢復到中心線。 5. 顯示器顯示勝者的盤數(shù)。 二、總體框圖 2.1 設(shè)計方案: 本課題所設(shè)計的拔河游戲機由15發(fā)光管排列成一行，開機之后只有中間一個電平指示燈亮，以此作為拔河的中心線。可逆計數(shù)器原始狀態(tài)為0000，經(jīng)譯碼后輸出中間的電平指示燈亮。游戲雙方各持一個按鍵，迅速地、不斷地按動產(chǎn)生脈沖信號，誰按得快，亮點向誰方向移動，每按一次，亮點移動一次。移到任一方終端指示燈點亮，這一方就獲勝，此時雙方按鍵均無作用，輸出保持，只有經(jīng)裁判復位后才使亮點恢復到中心線。 當一局比賽結(jié)束后,由點亮該終點燈的信號使電路封鎖加減脈沖信號的作用.即實現(xiàn)電路自鎖,使加減脈沖無效。同時，使計分電路自動加分。當兩人比賽結(jié)束后，裁判可以讓計分顯示器清零。 控制電路部分應能控制由振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進入計數(shù)器的加減脈沖的輸入端，其進入方向則由參賽雙方的按鍵信號決定。 2.3 模塊功能及思路介紹 本次設(shè)計中一共包含了六個模塊。 1、整形電路 整形電路，使A、B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行有效的計數(shù)。 2、譯碼電路 拔河開始后中心處二極管首先點亮，當編碼器進行加法計數(shù)時，亮點向右移，進行減法計數(shù)時，亮點向左移。 3、控制電路 指示出誰勝誰負。當亮點移到任何一方的終端時，判該方為勝，此時雙方的按鍵均宣告無效。 4、勝負顯示 顯示比賽選手各自勝負次數(shù) 5、復位控制 每次比賽結(jié)束后裁判能控制讓電路回復比賽。也能讓顯示器歸零。 三、選擇器件 3.1、選擇器件： 器件名稱 器件型號 器件個數(shù) +5V直流電源 5個 單刀雙擲開關(guān) 4個 譯碼顯示器 DCD_HEX 2件 4線—16線譯碼器 CC4514BD 1片 雙同步十進制計數(shù)器 CC4518BD 2片 同步二進制可逆計數(shù)器 74LS193D 1片 與非門 74LS00D 8片 與門 74LS08D 2片 非門 74LS05D 1片 或門 74LS32D 1片 電阻 1KΩ 4個 3.2、主要器件極其相關(guān)功能 1、 4514BD4線－16線譯碼器引腳排列及功能： 4514BD管腳圖 輸入 高電平輸出端 輸入 高電平輸出端 LE INH A3 A2 A1 A0 LE INH A3 A2 A1 A0 1 0 0 0 0 0 YO 1 0 1 0 0 1 Y9 1 0 0 0 0 1 Y1 1 0 1 0 1 0 Y10 1 0 0 0 1 0 Y2 1 0 1 0 1 1 Y11 1 0 0 0 1 1 Y3 1 0 1 1 0 0 Y12 1 0 0 1 0 0 Y4 1 0 1 1 0 1 Y13 1 0 0 1 0 1 Y5 1 0 1 1 1 0 Y14 1 0 0 1 1 0 Y6 1 0 1 1 1 1 Y15 1 0 0 1 1 1 Y7 1 1 無 1 0 1 0 0 0 Y8 0 0 ① 4514BD邏輯功能圖 4514BD說明： Y0～Y15 — 數(shù)據(jù)輸出端； ① — 輸出狀態(tài)鎖定在上一個LE＝“1”時，A0～A3的輸入狀態(tài) ； A0～A3 — 數(shù)據(jù)輸入端 ；INH — 輸出禁止控制端； LE — 數(shù)據(jù)鎖存控制端。 2、4518BD雙十進制同步計數(shù)器引腳排列及功能： 4518BD管腳圖 輸入 輸出功能 CP R EN ↑ 0 1 加 計 數(shù) 0 0 ↓ 加 計 數(shù) ↓ 0 保持 0 ↑ ↑ 0 0 1 0 ↓ 1 全部為“0” 4518邏輯功能表 4518BD管腳說明： 1CP、2CP — 時鐘輸入端 ； 1R、2R — 清除端； 1EN、2EN — 計數(shù)允許控制端； 1Q0～1Q3 — 計數(shù)器輸出端； 2Q0～2Q3 — 計數(shù)器輸出端。 3、74LS193D 同步二進制可逆計數(shù)器 簡要說明：74LS193 為 可 預 置 的 十 六 進 制 同 步 加 / 減 計 數(shù) 器。74LS193 的清除端是異步的。當清除端（MR）為高電平時，不管時鐘端（CPD、CPU）狀態(tài)如何，即可完成清除功能。193 的預置是異步的。當置入控制端（PL）為低電平時，不管時鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（Q0～Q3）即可預置成與數(shù)據(jù)輸入端（P0～P3）相一致的狀態(tài)。193 的計數(shù)是同步的，靠CPD、CPU同時加在 4 個觸發(fā)器上而實現(xiàn)。在CPD、CPU上升作用下Q0～Q3 同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當進行加計數(shù)或減計數(shù)時可分別利用CPD或CPU，此時另一個時鐘應為高電平。 74LS193管腳圖 74LS193管腳說明：當置入控制端（PL）為低電平時，不管時鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端3，2，6，7即可預置成與數(shù)據(jù)輸入端15，1，10，9相一致的狀態(tài)。可當成輸出端14為置零端 ；11為置數(shù)端。3，2，6，7為輸出端；14為置零端；5為加法計數(shù)端；4為減法計數(shù)端 ；12，13分別為進借位端。 4、74LS00與非門 輸入 輸出 A B Y 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 74LS00邏輯功能表 5、74LS05D非門 輸入 輸出 A Y 0 1 1 0 6、74LS32或門 輸入 輸出 A B Y 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 74LS32邏輯功能表 7、74LS08與門 輸入 輸出 A B Y L L L L H L H L L H H H 74LS08邏輯功能表 四、功能模塊 4.1、各模塊功能及相關(guān)原理圖 1、 編碼電路的設(shè)計： 由雙時鐘二進制同步可逆計數(shù)器74LS193D構(gòu)成，它有2個輸入端，4個輸出端，能進行加／減計數(shù)。通過編碼器來控制電平指示燈的顯示，加計數(shù)時向右移動，進行減計數(shù)時，向相反方向移動。電路圖如下： 2.整形電路設(shè)計： 由與門74LS08D和與非門74LS00D構(gòu)成。因74LS192D是可逆計數(shù)器， 控制加減的CP脈沖分別加至5腳和4腳，此時當電路要求進行加法計數(shù)時，減法輸入端CPD必須接高電平；進行減法計數(shù)時，加法輸入端CPU也必須接高電平，若直接由A、B鍵產(chǎn)生的脈沖加到5腳或4腳，就有很多時機在進行計數(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行。加一整形電路，使A、B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行有效的計數(shù)。電路圖如下圖所示： 3.譯碼電路： 由4線－16線譯碼器4514BD構(gòu)成。譯碼器的輸出Y0～Y15中選15個接電平指示燈，電平指示燈的正端接譯碼器；這樣，當輸出為高電平時電平指示燈點亮。 比賽準備，譯碼器輸入為0000，Y0輸出為1，中心處指示燈首先點亮，當編碼器進行加法計數(shù)時，亮點向右移，進行減法計數(shù)時，亮點向左移。電路圖如下圖所示： 4.控制電路： LD 由74LS32和74LS05構(gòu)成，其作用是指示出誰勝誰負。當亮點移到任何一方的終端時，判該方為勝，此時雙方的按鍵均宣告無效。將雙方終端指示燈的正接至異或門的2個輸入端，當獲勝一方為“1”，而另一方則為“0”，異或門輸 出為“1”， 經(jīng)與非門產(chǎn)生低電平“0”，再送到74LS192D計數(shù)器的置數(shù)端,于是計數(shù)器停止計數(shù)，處于預置狀態(tài)，由于計數(shù)器數(shù)據(jù)端D0、D1、D2、D3和輸出Q0、Q1、Q2、Q3對應相連，輸入也就是輸出，從而使計數(shù)器對脈沖不起作用。電路圖如下圖所示： 5.勝負顯示： 由計數(shù)器CC4518和譯碼顯示器構(gòu)成。將雙方終端指示燈正極經(jīng)與非門輸出后分別接到2個CC4518計數(shù)器的EN端，CC4518的兩組4位BCD碼分別接到實驗箱中的兩組譯碼顯示器的8、4、2、1插孔上。當一方取勝時，該方終端指示燈發(fā)亮，產(chǎn)生一個上升沿，使相應的計數(shù)器進行加一計數(shù)，于是就得到了雙方取勝次數(shù)的顯示，若1位數(shù)不夠，則進行2位數(shù)的級連。電路圖如下： 6.復位控制： 74LS193D的清零端CR接一個電平開關(guān)，作為一個開關(guān)控制，進行多次比賽而需要的復位操作，使亮點返回中心點。 4518BD的清零端RD也接一個電平開關(guān)，作為勝負顯示器的復位來控制勝負計數(shù)器使其重新計數(shù)。其中CC4518功能表下表所示： 輸 入 輸出功能 時鐘 CP 清零 RD 使能 EN 1 全部為0 ↑ 0 1 加計數(shù) 0 0 ↓ ↓ 0 保持 0 ↑ ↑ 0 0 1 0 ↓ 五、總體設(shè)計電路圖 工作原理及部分的連接方式：A,B兩人通過開關(guān)產(chǎn)生脈沖，經(jīng)過整形電路后接74LS192D同步二進制可逆計數(shù)器，經(jīng)74LS192D同步二進制可逆計數(shù)器對信號進行加減后接譯碼電路，譯碼電路譯碼后顯示到電平顯示器上。再把勝負電路接到兩頭最邊的電平顯示燈上，勝負電路收到勝負信號后顯示勝負次數(shù)。當比賽結(jié)束后由復位控制對顯示勝負裝置和電平顯示燈回復到初始狀態(tài)。這樣就達到了設(shè)計目的和要求。 總體電路原理圖 六、結(jié)論與心得 本次課程設(shè)計后我對數(shù)字電子技術(shù)，模擬電子技術(shù)有了更進一步的熟悉，實際操作和課本上的知識有很大聯(lián)系，但又高于課本，一個看似很簡單的電路，要動手把它設(shè)計出來就比較困難了，同時通過本次電路的設(shè)計，不但鞏固了所學知識，也使我們把理論與實踐從真正意義上結(jié)合起來，增強了學習的興趣，考驗了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜集、查閱相關(guān)文獻資料，和組織材料的綜合能力。通過設(shè)計拔河游戲機控制電路，讓我對電子器件的認識也不再停留在字面上，實現(xiàn)了從理論到實踐的飛躍。我了解到理論和實踐是分不開的。只有理論不行，當你面對一堆元氣件時，你會茫然不知所措；可只懂實踐也不行，當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。學習的目的就是去應用，只有實踐才能將書本知識轉(zhuǎn)化為實用的技能。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多專業(yè)知識問題，最后在老師的指導和同學的共同努力下，終于游逆而解。此次課程設(shè)計，學到了很多課內(nèi)學不到的東西，比如獨立思考解決問題，出現(xiàn)差錯的隨機應變，和與人合作共同提高，都受益非淺。