数字电子技术课程设计之拔河游戏机

学院： 电子工程学院 专业年级：11级电子信息工程4班

姓名： 郑俊辉 学号：201141301420

同组同学：黎剑爱 指导老师：刘华珠

日期：2012.12.31-2013.01.07 实验室名称：数字实验室8B210

一、内容摘要

拔河游戏机是一种用数字信号模拟拔河比赛的实验装置。比赛双方通过控制指示灯的移动方向来模拟绳子被拉向哪一方，当指示灯先到达某一方的终点时，则判该方取胜。

二、设计内容

拔河游戏机需用9个发光二极管排列成一行，开机后只有中间一个点亮，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。移到任一方终端二极管点亮，这一方就得胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经复位后才使亮点恢复到中心线。

三、设计要求

1．比赛双方各自拥有4盏灯，每次只有一盏灯亮。通过点亮的指示灯的位置来判断绳子偏向于哪一方。比赛开始前，点亮的指示灯应位于双方的中点。

2．比赛开始后，无论哪方获胜，均要停止比赛，直到裁判宣布后方可重新比赛。

3．比赛要在规定的时间内决出胜负，否则，由记时电路停止比赛，直到裁判宣布后方可重新开始。

4．要求能显示双方获胜的局数。

四、总体设计方案

4.1设计思路

(1)本课题所设计的拔河游戏机由9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。

4.2 实验系统电路框图

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五、各单元电路及其参数计算和器件选择

1、 编码电路

编码器有二个输入端，四个输出端，要进行加 / 减计数，因此选用

CC40193双时钟二进制同步加 / 减计数器来完成。

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2、整形电路

CC40193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，那么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，这样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。整形电路由与门CC4081和与非门CC4011实现。

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3、译码电路

选用4－16线CC4514译码器。译码器的输出Q0～Q14 分别接15个（或9个）个发光二极管，二极管的负端接地，而正端接译码器；这样，当输出为高电平时发光二极管点亮。

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比赛准备，译码器输入为0000，Q0 输出为“1”，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CC4030和与非门CC4011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CC40193计数器的置数端b5f24d5ea184589a67ffe9a2b72b10eb.png，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、 胜负显示电路

将双方终端二极管正极经非门后的输出分别接到二个CC4518计数器的EN端，CC4518的两组4位BCD码分别接到实验装置的两组译码显示器的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，若一位数不够，则进行二位数的级联。胜负显示器的复位用一个开关来控制胜负计数器CC4518的清零端R，使其重新计数。

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CC40193的清零端R即可。

六、实验设备及元器件

　　1、＋5V直流电源 2、 译码显示器

3、逻辑电平开关

4、CC4514 4线－16线译码／分配器 1只

CC40193 同步递增／递减 二进制计数器 1只

CC4518 十进制计数器 1只

CC4011 与非门 4只

CC4081 与门 1只

CC4030 异或门 1只

电阻 1K 4只

CC40192 计数器 1只

七、实验完整电路图及其实验工作原理

按动复位键后，可逆计数器复位，输出4位二进制数0000，经译码器输出使中间的一只发光二极管点亮。同时计时电路开始工作，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发光二极管点亮并产生位移，当亮点移到任何一方终端后，则该方取胜。由于取胜锁定电路的作用，使这一状态被锁定，而对输入脉冲不起作用，同时使计时器停止工作。如按动复位键，亮点又回到中点位置，计时器清零，比赛又可重新开始。如规定时间到，仍没决出胜负，则比赛时间控制电路使可逆计数器的输出状态锁定，同时使计时电路停止工作。

将双方终端二极管的正端分别经两个与非门后接至二个十进制计数器，当任一方取胜，该方终端二极管点亮，产生一个脉冲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.拔河游戏机基本功能的电路图（拓展部分的电路图见附录，此后的叙述均不含有拓展部分的功能，实际操作只需按电路图连接即可实现拓展功能）

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图 2 拔河游戏机基本功能的线路图

八：.组装调试的内容

1调试电路的方法和技巧

（1） 该实验在实验箱完成,线路较多复杂,所以我们采用独立接电路方法,将电路细分成小部分,再将接完每一部分电路功能测试完整后才接大电路.

（2）.连接过程中也同时测芯片是否完好,例如CC40192,先测它的功能.

2.测试的数据和波形并与计算结果比较分析

按图连接好电路后，进行测试，发现所测数据与计算结果相符合，只要有一方按的速度够快，那就可以令该方的LED灯亮，并且电路停止工作，但对电路进行清零后，双方仍可继续比赛，且比分不清零，若按复位键时，比分清零，比赛重新开始。

3.调试中出现的故障、原因及排除方法

故障（1）:只有一方的分数能够改变，而另一方的虽能工作，但不能胜利。

原因:整形电路连接出错。即CC40193的4端或5端不能工作

排除方法: 重新连接整形电路的部分

故障（2）：电路无法实现当有一方胜利时，令计时器停止工作。

原因：对增加的拓展部分未进行预置数，同时未将与非后的Q3端连接到CC40193的PE端和CC40192的LD端（先将原来的PE端断开）

排除方法：进行预置数和将非后的Q3端连接到CC40193的PE端和CC40192的LD端。

9、课程设计总结

（1）特点： 拔河游戏机共有9个发光二级管，开机后只有中间一个发亮，以此作为拔河的中心线，游戏双方各持一个按键，迅速地，不断地按动以产生脉冲，谁按的快，亮点向谁方向移动，每按一次，亮点移动一次，移到任一方终端二极管发亮，这一方就得胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经复位后才使亮点恢复到中心线。

（2）优缺点：此次这个设计电路能够较好地反映我们所选取的器件功能，电路也较为简化明了，基本能够满足要求。我们所设计的电路实验仍存在一些问题，如：只要一分出胜负，时间计数器就会跳变为我们预置的比赛时间；还有我们预置的时间有点短（只有个位数）

（3）核心及使用价值：通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力，对课本知识的巩固和加强。这个课题也可以进行拓展，例如可以应用于电梯的升降（需在其中加入比较器），也可以用于生活的娱乐性放松。

（4）意见及展望：能够延长课程设计时间或者提前操作时间，实验器件有限，不能进行更多的拓展。希望能够再多点器件和操作时间来增强实验操作能力和对知识的掌握及磨练。

十、参考资料

1．数字电子技术实验指导书 周红军版 中国水利水电出版社

2．数学电子技术基础 阎石版 高等教育出版社

3．数字电子技术 任中民版 清华大学出版

十一：收获、体会

1、通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一个电路图和仿真图，在芯片上的选择。

2、在做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

3、通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

4、这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的指导和同学的共同努力下，终于游逆而解。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅。

注：

1、 CC40193同步递增/递减二进制计数器引脚排列及功能

word/media/image8_1.png CC40192是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如图2所示。

图2 CC40192引脚排列及逻辑符号

图中 1e21be11c80c3d05178cc7b9d7a4afa5.png—置数端 CPU—加计数端 CPD —减计数端

e5cb8348ad86f605aaa0239d39b33e9f.png—非同步进位输出端 4befec1c9eaced0211de51d59adf0219.png—非同步借位输出端

D0、D1、D2、D3 —计数器输入端

Q0、Q1、Q2、Q3 —数据输出端 CR—清除端

　CC40192（同74LS192，二者可互换使用）的功能如表1，说明如下：

　 表1

2、

3、 word/media/image13_1.pngCC4514 4线－16线译码器引脚排列及功能

A0～A3 — 数据输入端

INH — 输出禁止控制端

LE — 数据锁存控制端

Y0～Y15 — 数据输出端

① 输出状态锁定在上一个LE＝“1”时，A0～A3的输入状态

4、 CC4518双十进制同步计数器引脚排列及功能

word/media/image14_1.png1CP、2CP — 时钟输入端

1R、2R — 清除端

1EN、2EN — 计数允许控制端

1Q0～1Q3 — 计数器输出端

2Q0～2Q3 — 计数器输出端

仿真电路图（拓展部分）实现记数

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/7a5c66193086bceb19e8b8f67c1cfad6185fe938.html