電子技術課程設計--乒乓球游戲機

1、<p><b>　　電子技術課程設計</b></p><p><b>　　——乒乓球游戲機</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一．設計任務與要求………………………………………………3</p><p>　　二．總體框圖……………………

2、………………………………3-4</p><p>　　三．選擇器件……………………………………………………5-8</p><p>　　四．功能模塊…………………………………………………9-12</p><p>　　五.總體設計電路圖…………………………………………13-14</p><p><b>　　乒乓球游戲機</b>

3、</p><p><b>　　設計任務與要求</b></p><p><b>　　1.選題意義</b></p><p>　　乒乓球游戲機通過十分巧妙的設計采用數字芯片實現乒乓球左右移動、選手擊球、得分、累計得分超10報警等功能。該設計三個雙向開關J1、J2、J3分別作為裁判和游戲者A、B，且選手可以從譯碼顯示器上直接讀出自

4、己的得分，具有操作簡單、結構清晰的優(yōu)點。</p><p><b>　　2.設計目標</b></p><p>　　該乒乓球游戲機電路主要有3塊電路：球臺驅動電路、控制電路和計分電路組成。其中球臺驅動電路主要實現游戲者擊球完畢后球的左右移動顯示位置功能；控制電路實現游戲者A和B擊球、裁判對系統(tǒng)初始化的功能；積分電路具有當A或B擊球有效時加分和當游戲者的分數累計超過10分時

5、報警通知裁判對系統(tǒng)進行初始化以便重新開始比賽計分的功能。</p><p><b>　　3.設計要求</b></p><p>　　1.用8個發(fā)光二極管表示球，用兩個按鈕分別表示AB兩個球員的球拍；</p><p>　　2.一方發(fā)球后，球一固定的速度向另一方運動（發(fā)光二極管依次點亮），當球達到最后一個二極管時，對方擊球（按下按鈕）球向相反的反方向運

6、動，在其他時候擊球視為犯規(guī)，給對方加1分；都犯規(guī)雙方各加1分；</p><p>　　3.A、B各有一個數碼管計分；</p><p>　　4.裁判有一個按鈕，用來對系統(tǒng)初始化，每次得分后按下一次。</p><p><b>　　二、總體框圖</b></p><p><b>　　1.電路結構</b><

7、;/p><p>　　根據設計要求，該電路須設計3塊短路完成球臺驅動、控制和計分功能。當裁判按下啟動按鈕時，游戲機電路開始運作。系統(tǒng)以CP信號作為球臺驅動電路和計數器計分的時鐘信號，以8個二極管的依次被點亮代表球的移動位置，雙向選擇開關J2、J3控制發(fā)球、擊球信號。電路設計原理圖如下圖1：</p><p>　　球臺電路 計分電路</p>

8、<p><b>　　cp</b></p><p><b>　　J3</b></p><p>　　J2 CNT</p><p>　　電路設計原理圖（圖1）</p><p><b>　　2．方案選擇</b></p><p&

9、gt;　　根據設計任務，對照圖乒乓球比賽模擬及1.1，可以分為三個模塊進行設計：</p><p>　　1. 球臺電路：球跡移動電路可采用雙向移位寄存器方法實現，由發(fā)光二極管作光點模擬乒乓球移動的軌跡。</p><p>　　2. 驅動控制電路：由雙D觸發(fā)器及邏輯門電路構成，通過此電路來控制并且實現球臺燈的左右移位即實現乒乓球的運動。</p><p>　　3. 計分電路

10、：使用十進制的計數器、邏輯門和集成的4管腳的數碼管來組成計分電路。</p><p>　　通過多次設計、畫圖及仿真實驗，我們發(fā)現方案電路最簡潔，原理簡單易懂，操作也很方便，且實用性較強。故采用此方案進行設計。</p><p><b>　　三．選擇器件</b></p><p>　　1.用兩個74LS194四位雙向移位寄存器模擬乒乓球臺，其中第一個7

11、4LS194的DL輸出端接第二個的右移串行輸入端，這樣當乒乓球往右準備移出第一個寄存器的時候就會在時鐘脈沖的作用下被移入第二個寄存器。同樣道理，第二個74LS194的AR輸出端接第一個的左移串行輸入端。</p><p>　　2.用D觸發(fā)器及邏輯門電路構成驅動控制電路</p><p>　　3.用計數器、邏輯門電路和集成的4管腳的數碼管組成計分電路</p><p>　　

12、所需器件種類及個數(圖2)</p><p><b>　　器件詳細情況</b></p><p>　　74LS194內部結構以及邏輯框圖（圖3）</p><p>　　74LS74內部結構以及邏輯框圖（圖4）</p><p>　　十進制計數器內部結構以及邏輯符號74LS160（圖5）</p><p>　

13、　邏輯功能表以及具體邏輯功能見（四.功能模塊）</p><p><b>　　四．功能模塊</b></p><p><b>　　1.球臺電路設計</b></p><p>　　球臺電路通過兩個4位上相移位寄存器74LS194接成一個8位的移位寄存器。具體接法為：將第一片的左移串行輸入端SL接到第二片的Q0端，將第二片的右移串行

14、輸入端接到第一片的Q3端，然后將第一片的D0端和第二片的D3端制1，同時將剩余的其他幾個輸入端制0。其功能表如下表1：</p><p>　　表1 移位寄存器功能表</p><p><b>　　功能說明：</b></p><p>　　（1）當D =0，其他輸入端均為任意值，寄存器輸出Q0、Q1、Q2、Q3均為0。清除后，置D =1。此功能對應于

15、裁判員對系統(tǒng)進行初始化。</p><p>　?。?）當D =S1=S2=1時，送入任意的4位二進制數，當下一個上升沿到來時，將Q0、Q1、Q2、Q3置成相應的狀態(tài)。</p><p>　?。?）當D =1、S1=0、S0=1時，由右移輸入端SR輸入二進制碼1000，通過時鐘脈沖CP依次右移。此功能對應于乒乓球右移。</p><p>　?。?）當D =1、S1=1、S0

16、=0時，由右移輸入端SR輸入二進制碼0001，通過時鐘脈沖CP依次左移。此功能對應于乒乓球左移。</p><p>　　根據設計原理，使用multisim繪制并通過仿真的電路圖如下：</p><p>　　球臺電路電路圖（圖6）</p><p>　　2.驅動控制電路設計</p><p>　　該電路塊由兩片74LS74、兩個與門7409、兩個與非門

17、7400構成，74LS74為上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器， ~PR為置1端（低電平有效），~CLR為置0端（低電平有效）。當J1=0時，兩片D觸發(fā)器輸出端均為1即S1=S0=1，通過接入74LS194，此時實現的是并行輸入功能。當J1=1時，L1=J2=1，J3=L8=0,通過各門電路將1D置為0，將兩片74LS74的CLK信號置為1，則D觸發(fā)器輸出端Q1、Q2分別為0，1即S1=0,S0=1。相反情況時，當J1=1時，L1=J2=0，J3=L

18、8=1，D觸發(fā)器輸出端分別為1，0即S1=1,S0=0。通過此電路來控制并且實現球臺燈的左右移位即實現乒乓球的運動。</p><p>　　根據設計原理，使用multisim繪制并通過仿真的驅動控制電路電路圖如下：</p><p>　　驅動控制電路電路圖（圖7）</p><p><b>　　3．計分電路設計</b></p><

19、p>　　計分電路以PlayerA 的計分電路為例進行說明。本電路主要由一片74LS160十進制計數器、一個7404非門、7409與門構成，得分真值表如下：</p><p><b>　　表2 得分真值表</b></p><p>　　表3 74LS160的功能表</p><p>　　由計數器74LS160的功能表可知，當~RD=~LD=EP=

20、ET=1時工作狀態(tài)為計數，此時~CLR=~LOAD=ENT=ENP=1。選用ENP、ENT作為74LS160的計數控制端，當ENT=ENP=1時計數，當ENT=ENP=0時計分電路處于保持狀態(tài)。RCO為進位輸出端，即當選手計滿9分時給出報警信號。</p><p>　　根據設計原理，使用multisim繪制并通過仿真的計分電路圖如下：</p><p>　　計分電路電路圖（圖8）</p&

21、gt;<p><b>　　五．總體設計電路圖</b></p><p>　　根據上述三個模塊電路，將它們按一定的次序進行組合并通過仿真，即可得到下面的總電路 </p><p>　　總電路電路圖（圖9）</p><p><b>　　仿真結果（圖10）</b></p><p>　　在進行仿真

22、運行的過程中，先將開關Play C往上打，即打到“1”的位置。然后選著發(fā)球方A或B，若A先發(fā)球，就將開關Play A往上打，即打到“1”的位置。球將會向右移動，當點亮的球移動到B方的最后一位時，將B的開關往下打，B就會得一分，反之，若行動遲緩或超前，表示未擊中或違規(guī)，則對方得一分。若B先發(fā)球，也是一樣的操作。當一方得分滿9分時，RCO將會給出報警信號 ，即燈亮，表一局完，數碼管將從新計數。</p><p>　　經

23、過硬件驗證實驗現象和實驗結果都達到了設計目的</p><p>　　模塊之間連接關系見（四.功能模塊）ngguoyanzhen</p><p>　　六.設計難點與解決方法</p><p><b>　　1.設計難點</b></p><p>　?。?）本電路的設計難點是怎樣把裁判員的初始化信號和兩位選手的擊球信號加到整個電路中

24、去，來控制總格電路系統(tǒng)。</p><p>　　（2）球臺控制電路的仿真無法用邏輯分析儀進行邏輯分析。</p><p><b>　　2.解決方法：</b></p><p>　　（1）經過我們小組反復討論和分析，我們使用了兩片上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器74LS74、兩個與門7409、兩個與非門7400構成電路。將裁判的開關與74LS74芯片的CLR端相連

25、接，實現裁判對電路的可控性。當CLR信號有效時，實現對電路的清零;當CLR信號無效時，即開關閉合時候，允許游戲者擊球。</p><p>　?。?）經過我們小組反復討論和分析，球臺電路的邏輯分析通過幾個開關進行置1和置0操作，用兩個發(fā)光二極管作為S1、S0狀態(tài)顯示。這樣使得操作更加簡單，結構更加清晰。</p><p><b>　　七.設計不足之處</b></p&g

26、t;<p>　　此電路完成的功能十分簡單，僅僅達到了題中所要求的一些最主要的要求。此電路名為乒乓球游戲機，但基本沒有達到游戲機的娛樂性要求，還有待于我們進一步改進。</p><p><b>　　八.收獲和體會</b></p><p>　　通過此次課程設計，我們了解了模擬電路的基本設計方法,并對Multisim仿真軟件有了初步的了解和認而識。通過使用Mul

27、tisim仿真軟件，可以讓我們在虛擬的環(huán)境中進行實驗，可以先通過它來檢驗電路的正確性和可行性，而不需要真實電路環(huán)境的介入，不必顧及儀器設備的短缺與時間環(huán)境的限制，能夠極大的提高實驗的效率。</p><p>　　雖然這次的數電課程設計時間短暫，但卻讓我得到了多方面的提高：1、提高了我們的邏輯思維能力，使我們在邏輯電路的分析與設計上有了很大的進步。加深了我們對組合邏輯電路與時序邏輯電路的認識，進一步增進了對一些常見邏

28、輯器件的了解。另外，我們還更加充分的認識到，數字電路這門課程在科學發(fā)展中的至關重要性2，查閱參考書的獨立思考的能力以及培養(yǎng)非常重要，我們在設計電路時，遇到很多不理解的東西，有的我們通過查閱參考書弄明白，有的通過網絡查到，但由于時間和資料有限我們更多的還是獨立思考。3，相互討論共同研究也是很重要的，經常出現一些問題，比如電路設計中的控制器的設計，以及乒乓球游戲機怎樣計分等的分析。還使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不