电子技术课程设计乒乓球游戏机.doc

乒乓球游戏机

电子技术课程设计
——乒乓球游戏机

学院：太原科技大学
专业、班级：电气091502班
姓名：王海洋
学号：200915010224
指导老师：黄庆彩
2011年12月

目录

一．设计任务与要.…………………………………………………3

二．总体框图……………………………………………………3-4

三．选择器件……………………………………………………5-8

四．功能模块…………………………………………………9-12

五.总体设计电路图…………………………………………13-14

六.设计难点与解决方法…………………………………………15

七.设计不足之处…………………………………………………15

八.收获和体会……………………………………………………16

乒乓球游戏机
一． 设计任务与要求
1.选题意义
乒乓球游戏机通过十分巧妙的设计采用数字芯片实现乒乓球左右移动、选手击球、得分、累计得分超10报警等功能。该设计三个双向开关J1、J2、J3分别作为裁判和游戏者A、B，且选手可以从译码显示器上直接读出自己的得分，具有操作简单、结构清晰的优点。
2.设计目标
该乒乓球游戏机电路主要有3块电路：球台驱动电路、控制电路和计分电路组成。其中球台驱动电路主要实现游戏者击球完毕后球的左右移动显示位置功能；控制电路实现游戏者A和B击球、裁判对系统初始化的功能；积分电路具有当A或B击球有效时加分和当游戏者的分数累计超过10分时报警通知裁判对系统进行初始化以便重新开始比赛计分的功能。
3.设计要求
1.用8个发光二极管表示球，用两个按钮分别表示AB两个球员的球拍；
2.一方发球后，球一固定的速度向另一方运动（发光二极管依次点亮），当球达到最后一个二极管时，对方击球（按下按钮）球向相反的反方向运动，在其他时候击球视为犯规，给对方加1分；都犯规双方各加1分；
3.A、B各有一个数码管计分；
4.裁判有一个按钮，用来对系统初始化，每次得分后按下一次。

二、总体框图
1.电路结构
根据设计要求，该电路须设计3块短路完成球台驱动、控制和计分功能。当裁判按下启动按钮时，游戏机电路开始运作。系统以CP信号作为球台驱动电路和计数器计分的时钟信号，以8个二极管的依次被点亮代表球的移动位置，双向选择开关J2、J3控制发球、击球信号。电路设计原理图如下图1：
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乒乓球游戏机

时钟信号源
按键电路
发光二极管
球台驱动电路
控制电路
LED数码管1
显示译码器1
计数器1
LED数码管2
显示译码器2
计数器2
球台电路 计分电路

cp

J3
J2 CNT

电路设计原理图（图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。

三．选择器件
1.用两个74LS194四位双向移位寄存器模拟乒乓球台，其中第一个74LS194的DL输出端接第二个的右移串行输入端，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D触发器及逻辑门电路构成驱动控制电路
3.用计数器、逻辑门电路和集成的4管脚的数码管组成计分电路

1
四位双向移位寄存器
74LS194D

二片
2
双上升沿D型触发器
74LS74
一片
3
十进制计数器
74LS160D
二片
4
2输入与非门
7400N
二片
5
2输入与门
7409N
四片
6
2输入或门
7432N
一片
7
非门
7404N
二片
8
发光二极管
LED
十个
9
数码管
DCD-HEX
二个
10
KS按键开关
SPDT
三个
11
电压时钟脉冲
CLOCK-VOLTAGE
一个
所需器件种类及个数(图2)

器件详细情况

74LS194内部结构以及逻辑框图（图3）

74LS74内部结构以及逻辑框图（图4）

十进制计数器内部结构以及逻辑符号74LS160（图5）

逻辑功能表以及具体逻辑功能见（四.功能模块）

四．功能模块
1.球台电路设计
球台电路通过两个4位上相移位寄存器74LS194接成一个8位的移位寄存器。具体接法为：将第一片的左移串行输入端SL接到第二片的Q0端，将第二片的右移串行输入端接到第一片的Q3端，然后将第一片的D0端和第二片的D3端制1，同时将剩余的其他几个输入端制0。其功能表如下表1：
表1 移位寄存器功能表
D
S1 S0
工作状态
0
1
1
1
1
× ×
0 0
0 1
1 0
1 1
置零
保持
右移
左移
并行输入
功能说明：
（1）当D =0，其他输入端均为任意值，寄存器输出Q0、Q1、Q2、Q3均为0。清除后，置D =1。此功能对应于裁判员对系统进行初始化。
（2）当D =S1=S2=1时，送入任意的4位二进制数，当下一个上升沿到来时，将Q0、Q1、Q2、Q3置成相应的状态。
（3）当D =1、S1=0、S0=1时，由右移输入端SR输入二进制码1000，通过时钟脉冲CP依次右移。此功能对应于乒乓球右移。
（4）当D =1、S1=1、S0=0时，由右移输入端SR输入二进制码0001，通过时钟脉冲CP依次左移。此功能对应于乒乓球左移。
根据设计原理，使用multisim绘制并通过仿真的电路图如下：

球台电路电路图（图6）
2.驱动控制电路设计
该电路块由两片74LS74、两个与门7409、两个与非门7400构成，74LS74为上升沿触发的D触发器， ~PR为置1端（低电平有效），~CLR为置0端（低电平有效）。当J1=0时，两片D触发器输出端均为1即S1=S0=1，通过接入74LS194，此时实现的是并行输入功能。当J1=1时，L1=J2=1，J3=L8=0,通过各门电路将1D置为0，将两片74LS74的CLK信号置为1，则D触发器输出端Q1、Q2分别为0，1即S1=0,S0=1。相反情况时，当J1=1时，L1=J2=0，J3=L8=1，D触发器输出端分别为1，0即S1=1,S0=0。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。
根据设计原理，使用multisim绘制并通过仿真的驱动控制电路电路图如下：

驱动控制电路电路图（图7）

3．计分电路设计
计分电路以PlayerA 的计分电路为例进行说明。本电路主要由一片74LS160十进制计数器、一个7404非门、7409与门构成，得分真值表如下：
表2 得分真值表

L1
J2(A)
L8
J3
PlayerA
PlayerB
1
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1

表3 74LS160的功能表

D

EP ET
工作状态
×

×
×

0
1
1
1
1
×
0
1
1
1
× ×
× ×
0 1
× 0
1 1
置零
预置数
保持
保持（但C=0）
计数
由计数器74LS160的功能表可知，当~RD=~LD=EP=ET=1时工作状态为计数，此时~CLR=~LOAD=ENT=ENP=1。选用ENP、ENT作为74LS160的计数控制端，当ENT=ENP=1时计数，当ENT=ENP=0时计分电路处于保持状态。RCO为进位输出端，即当选手计满9分时给出报警信号。
根据设计原理，使用multisim绘制并通过仿真的计分电路图如下：

计分电路电路图（图8）

五．总体设计电路图
根据上述三个模块电路，将它们按一定的次序进行组合并通过仿真，即可得到下面的总电路

总电路电路图（图9）

仿真结果（图10）

在进行仿真运行的过程中，先将开关Play C往上打，即打到“1”的位置。然后选着发球方A或B，若A先发球，就将开关Play A往上打，即打到“1”的位置。球将会向右移动，当点亮的球移动到B方的最后一位时，将B的开关往下打，B就会得一分，反之，若行动迟缓或超前，表示未击中或违规，则对方得一分。若B先发球，也是一样的操作。当一方得分满9分时，RCO将会给出报警信号 ，即灯亮，表一局完，数码管将从新计数。
经过硬件验证实验现象和实验结果都达到了设计目的
模块之间连接关系见（四.功能模块）ngguoyanzhen

六.设计难点与解决方法
1.设计难点
（1）本电路的设计难点是怎样把裁判员的初始化信号和两位选手的击球信号加到整个电路中去，来控制总格电路系统。
（2）球台控制电路的仿真无法用逻辑分析仪进行逻辑分析。
2.解决方法：
（1）经过我们小组反复讨论和分析，我们使用了两片上升沿触发的D触发器74LS74、两个与门7409、两个与非门7400构成电路。将裁判的开关与74LS74芯片的CLR端相连接，实现裁判对电路的可控性。当CLR信号有效时，实现对电路的清零;当CLR信号无效时，即开关闭合时候，允许游戏者击球。
（2）经过我们小组反复讨论和分析，球台电路的逻辑分析通过几个开关进行置1和置0操作，用两个发光二极管作为S1、S0状态显示。这样使得操作更加简单，结构更加清晰。
七.设计不足之处
此电路完成的功能十分简单，仅仅达到了题中所要求的一些最主要的要求。此电路名为乒乓球游戏机，但基本没有达到游戏机的娱乐性要求，还有待于我们进一步改进。

八.收获和体会
通过此次课程设计，我们了解了模拟电路的基本设计方法,并对Multisim仿真软件有了初步的了解和认而识。通过使用Multisim仿真软件，可以让我们在虚拟的环境中进行实验，可以先通过它来检验电路的正确性和可行性，而不需要真实电路环境的介入，不必顾及仪器设备的短缺与时间环境的限制，能够极大的提高实验的效率。
虽然这次的数电课程设计时间短暂，但却让我得到了多方面的提高：1、提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。另外，我们还更加充分的认识到，数字电路这门课程在科学发展中的至关重要性2，查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我们在设计电路时，遇到很多不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。3，相互讨论共同研究也是很重要的，经常出现一些问题，比如电路设计中的控制器的设计，以及乒乓球游戏机怎样计分等的分析。还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。在设计的过程中遇到了不少棘手的问题，可谓是困难重重。但这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，我们必须要学着自己去找资料、去理解、去解决问题，加强我们独立思考的能力。同时在设计的过程中。我发现了许多自己的不足之处，认识的自己对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，没有在日常生活中将理论与实际相结合起来，以后要多加努力才行啊！

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