乒乓球模拟机的设计课程设计.doc

本 科 生 课 程 设 计课 程 名 称： 电子线路课程实训 题 目： 乒乓球比赛模拟机的设计 专 业 班 级： 12电信1 学 生 姓 名： 一、课程设计目的、任务和内容要求：本次课程设计的内容是独立完成一个乒乓球比赛模拟机的设计，采用EWB电路仿真设计软件完成乒乓球比赛模拟机电路的设计及仿真调试，在微机上仿真实现乒乓球比赛模拟机的设计并动手制作，进行实物展示。目的在于了解和熟悉了乒乓球模拟机的原理，Multisim仿真设计软件的操作以及电子电路的设计，同时了解双向移位寄存器、555触发器及、加法器及逻辑门电路的一些实际用途，并将理论与实践相结合。本课程设计的任务就是独立完成一个乒乓球比赛模拟机的设计，采用EWB电路仿真设计软件完成乒乓球比赛模拟机电路的设计及仿真调试，在微机上仿真实现乒乓球比赛模拟机的设计并动手制作，进行实物展示。鼓励学生在熟悉基本原理的前提下，与实际应用相联系，提出自己的方案，完善设计。 具体设计任务如下：1. 熟悉乒乓球比赛模拟机的工作原理；2. 写出乒乓球比赛模拟机电路的设计方案；3. 利用仿真软件模拟并用硬件加以实现；4. 写课程设计报告。时钟电路甲方记分显示乙方记分显示发球次数显示 音 响 电 路甲方乙方裁判发 光 二 极 管 排 组控制电路双 向 移 位 寄 存 器乒乓球比赛模拟机框图 设计要求： 1、基本部分 (1) 至少用8个LED排成直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中一个点亮的LED（乒乓球）依次从左到右，或从右到左移动，“球”的移动速度由时钟电路调节； (2) 当球（被点亮的那只LED）移动到某方的最后一位时，参赛者应该果断按下自己的按扭使“球”转向，即表示启动球拍击中，若行动迟缓或超前，表示未击中或违规，则对方得一分； (3) 设计自动记分电路，甲乙双方各用一位数码管显示得分，每记满9分为一局。 2、发挥部分 (1) 甲乙双方各设一个发光二极管表示拥有发球权，每得5分自动交换发球权，拥有发球权的一方发球才能有效； (2) 发球次数能由一位数码管显示； (3) 一方得分，电路自动响铃3秒，此期间发球无效，等铃声停止后方可比赛。 课题任务要求： 1、画出总体设计框图，以说明乒乓球比赛模拟机由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系，时钟信号传输路径、方向和频率变化。并以文字对原理作辅助说明； 2、设计各个功能模块的电路图，加上原理说明； 3、选择合适的元器件，在EWB上连接验证、仿真、调试各个功能模块的电路。在连接验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的仿真、调试和故障排除； 4、在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和连接，进行合理布局，进行整个数字钟电路的连接验证、仿真、调试；5、自行接线验证、仿真、调试，并能检查和发现问题，根据原理、现象和仿真结果分析问题所在，加以解决。学生要解决的问题包括元器件选择、连接和整体设计引起的问题。 二、进度安排：第3天： 查找资料，熟悉乒乓球比赛模拟机的设计原理，给出设计总体方案；第46天： 各模块的详细设计；第712天： 硬件连线，调试；第1314天：写课程设计报告。三、主要参考文献：1谢自美.电子线路设计-实验-测试M .武汉:华中科技大学出版社, 20002康华光.电子技术基础模拟部分.第5版.北京:高等教育出版社,2006 .485-5003康华光.电子技术基础数字部分.第5版.北京:高等教育出版社,2006.1-4304电子电工教研室.2007.电子技术实验.华南农业大学工程学院 指导教师签字： 年 月 日江苏师范大学科文学院本科生课程设计报告 目 录摘 要 .Abstract .1 绪论.11.1 选题背景.11.2 方案选择.2 2 设计方案简述 .32.1 电路组成和工作原理.33 详细设计.43.1 台球电路的设计.43.2 驱动控制电路的设计.53.3 计分电路的设机.64 设计结果及分析.85 总 结.9 参考文献 .10附录 实物图 .11-I-摘 要 本文给出了乒乓球比赛模拟及计分器的功能设计和原理框图，建立了各功能模块的模型，分析了其设计原理和实现方法。在设计中，充分利用了74LS160计数器的功能和发光二极管实现对乒乓球运动轨迹的模拟。复位开关存在按键抖动，利用555组成脉冲产生电路、延时电路来消除开关抖动。74LS191计数器、74HC138译码器和相应的逻辑门电路组成了计分器电路，其中，所使用的数码管为共阴极的，需给予高电平才能导通。设计中共有四个开关，分别是裁判控制开关、甲乙击球开关和清零开关，此外还有控制乒乓球运动速度的可调电位器。关键词：消除抖动; 译码器; 计分器; 逻辑门 Abstract In this paper, the table tennis simulation and score indicator function design and principle block diagram,established the functional modules of the model, and analyzes the design principle and method. In the design,it takes full advantages of 74LS160 counter function and LED to bring about the table tennis simulator trajectory. Reset switches exist key jitter. The pulse-generating circuit and the time-delay circuit that composed by 555 can eliminate the key jitter. 74LS191 counter, 74HC138 decoder and some logical gating circuits make up of the scoring device circuit. In this circuit, the nixie tubes are common cathode, if they will work, they need high level. There are four keys in the design, they are the referee control switch, A and Bs stroke switch and reset switch, moreover,it has adjustable potentiometer to control the table tennis movement speed.Keywords：eliminate jitter; decoder; scoring device; logical gate-II-1 绪论1.1选题背景1.1.1 课题目的及意义本次课程设计的内容是独立完成一个乒乓球比赛模拟机的设计，采用EWB电路仿真设计软件完成乒乓球比赛模拟机电路的设计及仿真调试，在微机上仿真实现乒乓球比赛模拟机的设计。通过这次课程设计让我们了解和熟悉了乒乓球模拟机的原理，Multisim仿真设计软件的操作以及电子电路的设计，也让我们加深了解了对双向移位寄存器、555触发器及、加法器及逻辑门电路的一些实际用途，并将理论与实践相结合。1.1.2 课题的内容和要求独立完成一个乒乓球比赛模拟机的设计，采用EWB电路仿真设计软件完成乒乓球比赛模拟机电路的设计及仿真调试，在微机上仿真实现乒乓球比赛模拟机的设计。课程设计具体内容如下：乒乓球比赛是由甲乙双方参赛，加上裁判的三人游戏（也可以不用裁判），乒乓球比赛模拟机是用发光二极管（LED）模拟乒乓球运动轨迹的电子模拟机。乒乓球比赛模拟机框图如图1-1所示。时钟电路甲方记分显示乙方记分显示发球次数显示 音 响 电 路甲方乙方裁判发 光 二 极 管 排 组控制电路双 向 移 位 寄 存 器图1-1乒乓球比赛模拟机框图 设计要求：1、基本部分(1) 至少用8个LED排成直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中一个点亮的LED（乒乓球）依次从左到右，或从右到左移动，“球”的移动速度能由时钟电路调节；-1-(2) 当球（被点亮的那只LED）移动到某方的最后一位时，参赛者应该果断按下自己的按扭使“球”转向，即表示启动球拍击中，若行动迟缓或超前，表示未击中或违规，则对方得一分；(3) 设计自动记分电路，甲乙双方各用一位数码管显示得分，每记满9分为一局。2、发挥部分(1) 甲乙双方各设一个发光二极管表示拥有发球权，每得5分自动交换发球权，拥有发球权的一方发球才能有效；(2) 发球次数能由一位数码管显示；(3) 一方得分，电路自动响铃3秒，此期间发球无效，等铃声停止后方可比赛。1.2 方案选择根据设计任务，对照乒乓球比赛模拟图及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555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。-2-2 设计方案简述2.1电路组成和工作原理2.1.1分析系统的逻辑功能，画出其框图如下。时钟信号源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2计数器1显示译码器2LED数码管2按键电路 图2-1乒乓球比赛模拟机的原理框图如图2-1所示，该电路主要由时钟信号源、按键电路、球台驱动电路，控制电路，计数器，显示译码器和LED数码管等组成。途中标出的各种信号的含义分别为：CP表示球台驱动电路和计数器的时钟信号；S表示灯（乒乓球）移动的信号；L表示发光二极管驱动信号，由L1L8组成；CNT表示计数器的计数脉冲信号，由CNT1,CNT2组成；KA,KB表示开关控制的外输入发球、击球信号。2.1.2总体思路1.用74HS138译码器来模拟乒乓球台；2.用555触发器、74LS191及逻辑门电路构成驱动控制电路；3.用可预置的十进制同步计数器74LS160、逻辑门电路和集成的4管脚的数码管组成计分电路。-3-3 详细设计3.1 球台电路的设计3.1.1球台电路如下图3-1电路所示。图3-1球台电路74HC138是作用于高性能的存贮译码或要求传输延迟时间短的数据传输系统,在高性能存贮器系统中,用这种译码器可以提高译码系统的效率。将快速赋能电路用于高速存贮器时,译码器的延迟时间和存贮器的赋能时间通常小于存贮器的典型存取时间,这就是说由肖特基钳位的系统译码器所引起的有效系统延迟可以忽略不计。74HC138 按照三位二进制输入码和赋能输入条件,从8 个输出端中译出一个低电平输出。两个低电平有效的赋能输入端和一个高电平有效的赋能输入端减少了扩展所需要的外接门或倒相器,扩展成24 线译码器不需外接门;扩展成32 线译码器,只需要接一个外接倒相器。在解调器应用中,赋能输入端可用作数据输入端。 -4-表3-1 74HC138集成译码器功能表H：高电平 L：低电平 X：任意电平E3、（E2）、（E1）为输入使能端 A2、A1、A0为二进制数据输入端（Y0）（Y7）为8个输出信号3.2驱动控制电路的设计驱动电路由555触发器、74LS191以及逻辑门电路组成。74LS191是16进制同步计数器，要做8进制计数器，就要在输入为8时给输入端置0。表3-2 计数器超值表-5-3.3计分电路的设计 图3-3 计分电路如图3-3所示，计分电路由7400与非门和十进制的74LS160计数器构成。得分真值表如表2所示。 表3-3 得分真值表L1J2(A)L8J3Y(A)Y(B)100001001010可预置的十进制同步计数器74LS160的功能表如表3-3所示。-6-表3-4 74LS160的功能表DEP ET工作状态011110111 0 1 01 1置零预置数保持保持（但C=0）计数由74LS160的功能表可知，当RD=LD=EP=ET=1时工作状态为计数，即图3-4中的CLR=LOAD=ENTENP=1时。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。4 设计结果及分析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。在乒乓球比赛模拟机上进行乒乓球比赛时，由于复位开关在按键时存在按键抖动，存在实验误差，数码管无法真确显示得分。按键抖动可以用555震荡电路消除。5 总结通过此次课程设计，从一开始对电路知识的陌生到了解到了数字电路的基本设计方法,并对Multisim仿真软件以及电子电路设计有了初步的了解和认识。通过这些，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。另外，自己动手制作乒乓球比赛模拟机，真实得呈现出模拟机的工作方式。动手制作的过程中要考虑好电路排放的位置，以及电子元件之间的连线不能出错。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、 锻炼了我们的动手实践能力及思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步，同时也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、 在自己查看书本或从网上搜集资料的过程中，我懂得了独立思考的重要性，在设计电路时候，遇到很多不理解的东西，通过了解巩固，从而更深层的了解了很多的原理。3、 组员间相互合作，共同研讨是十分重要的。在检验做的东西的时候，往往会遇到很多这样那样的问题，比如数码管有时候不大稳定，有的时候积分器会出现这样那样的问题，但是通过大家一起讨论研究，有的问题还是一一解决了。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！- 9 -参考文献1模拟电子技术基础（第三版），童诗白主编，高教出版社2数字电子技术基础（第四版/第五版），阎石主编，高教出版社3电子测试技术 金唯香、谢玉梅主编，湖南大学出版社4Multisim 2001电路设计及仿真入门与应用，郑步生、吴渭主编，电子工业出版社 5电子EDA实践教程杨晓慧、许红梅主编，国防工业出版社- 10 -附录 实物展示图 图6-1 实物图 答辩记录表学生姓名： 学号： 128326120 班级： 12电信1 答辩地点： 江苏师范大学泉山校区物理与电子工程学院7#203 答辩内容记录：（1） 乒乓球模拟器怎么运行？ 答：(1) 至少用8个LED排成直线，以中间的点为界，两边各代表参赛甲乙双方的位置，设甲在左，乙在右，其中一个点亮的LED（乒乓球）依次从左到右，或从右到左移动，“球”的移动速度能由时钟电路调节；(2) 当球（被点亮的那只LED）移动到某方的最后一