拔河游戏机课程设计报告.doc

西北工业大学课 程 设 计 报 告题 目: 简易拔河游戏机 学 院: 电子信息学院 班 级: 08011002 学生（学号）: 2010301793 学生（姓名）: 张凡 学生（学号）: 2010301781 学生（姓名）: 黄敬尧 日期: 2013 年 1 月 14日摘 要 我们涉及的是一个用于模拟拔河游戏的电路，其中有两个按钮式开关，分别代表参与比赛的两组选手，用按键的快慢代表各方选手使劲儿大小，另外还有七个发光二极管，用点亮的发光二极管的移动代表绳子的移动。当绳子移动到最后一个时，即一方胜出时，锁定按键的同时胜出的一方对应的数码管显示的计数值加1，直到复位键按下之后方可进行下一局比赛。当有一方达到了获胜的条件，即获胜的局数为预置数的次数时，比赛结束，锁定计数结果，锁定选手按键，同时数码管闪烁显示，表示比赛结束的同时为胜利者喝彩。直到数码管计数值清零，复位键按下之后，方可进行下一场比赛（一场比赛可以有好多局）。关键词：拔河、游戏机、闪烁、锁定按键目 录i. 课程设计目的4 ii. 设计任务与要求4 iii. 方案设计与论证5 iv. 单元电路设计与参数计算9 v. 电路的安装与调试16 vi. 遇到问题的解决方法17 vii. 结论与心得18 viii. 参考文献18 题目：简易拔河游戏机一、 课程设计目的 1)巩固和加深所学电子技术课程的基本知识， 提高综合运用所学知识的能力；2)培养学生根据课题需要选用参考书、查阅手册、图表和文献资料的能力，提高学生独立解决工程实际问题的能力3)通过设计方案的分析比较、设计计算、元件选绎及电路安装调试等环节初步掌握单实用电路的工程设计方法 4)提高学生的动手能力掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会对简单实用电路的实验调试和对整机指标的测试方法，5)了解与课题有关的电路以及元器件的工程技术规范，能按课程设计任务书的要求编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路固等二、 设计任务与要求一） 任务： 设计可用于两人进行拔河游戏的电路二） 设计要求：1） 用排成一排的七个LED灯表示绳子2） 用两个按键，分别为参赛的两名选手3） 通过按动按键的快慢表示选手拔河力量的大小4） 任何一方得胜后立即封锁按键，同时获胜方胜利局数记录值加1，直到复位按键按下后方可继续进行下一局比赛5） 可预置N局M胜制；显示方式：2个一位十进制数显示。6） 全场比赛结束后封锁按键，然后LED灯移动闪烁三、方案设计与论证总体设计思路：要用排成一排的七个LED灯代表绳子，则七个LED灯中要有一个与其他的六个不一样，用点亮来表示该灯，则LED灯应与74LS138三八译码器的输出相连。绳子移动，即LED灯的移动点亮问题，可以看出三八译码器输入接的是一个计数器。双方拔河时，以按键的快慢来使灯的点亮左右移动，可以看出一方的按键进行加法计数，一方的按键进行减法计数。结束时，LED灯的闪烁，需要一个计数器接入74LS138的输入端，计数器的cp信号有555定时器构成的多谐振荡器提供。74LS138有两路输入信号，因此需要进行选择，所以还需要一个2选1数据选择器来选择究竟输出哪一路信号。方案一： 电路的主体部分，当选手按键时，其中一个选手的按键进行加法计数，另一个选手的按键进行减法计数，七个LED灯分别接的74LS138的、。两个选手控制的计数器的输出，与比赛结束后控制的计数器的输出，通过2选1数据选择器74LS157输出到74LS138的数据输入端口。74LS138的输出端、通过非门之后分别连到用于控制记录选手获胜局数的计数器74LS161的cp脉冲输入端口。、再连到选手所控制的计数器的CT端，当一局比赛结束之后，封锁计数器，及封锁选手按键，直到复位按键按下后方可进行下一局比赛。进行获胜局数统计的两个74LS161的输出分别接到全加器74LS283的输入端的A组端口、B组端口。74LS283的输出端接比较器74LS85的其中一组输入端口，与另一组输入端口的输入数值进行比较，当两组端口输入相等时，当他们之和为预制比赛局数时，封锁控制端口，同时选择74LS157的另外一路输入信号，即LED灯闪烁显示。 方案二：电路的主体部分，当选手按键时，他们所控制的计数器都进行加法计数，其中一个计数值的高三位直接接到74LS283全加器的一组输入端口的低三位，高位接0，另一个计数值的高三位求反后接到74LS283全加器的另一组输入端口的低三位，高位接1，进位输入端口接1。即用一个选手的计数值家另一个选手的计数值的补码。七个LED灯分别接的是74LS138的、通过非门之后的输出。两个选手控制的计数器的输出，与比赛结束后控制的计数器的输出，通过2选1数据选择器74LS157输出到74LS138的数据输入端口。74LS138的输出端、通过非门之后分别连到用于控制记录选手获胜局数的计数器74LS161的cp脉冲输入端口。、再连到选手所控制的计数器的CT端，当一局比赛结束之后，封锁计数器，及封锁选手按键，直到复位按键按下后方可进行下一局比赛。进行获胜局数统计的两个74LS161的输出分别接到两个比较强74LS85的输入端的其中一组端口，当有一个选手的获胜局数与预置数相等时就停止比赛，封锁输入端口，LED灯闪烁显示。分析：因为要求即能进行加法计数，用能进行减法计数时，需要用到可逆计数器，考虑到这个电路比较复杂，同时又因为进行N局M胜制的过程中，方案一中的全场比赛结束的控制电路要求就算其中一名选手已获胜M局还是必须打满N局，才能结束比赛。而方案二中在比赛一方获胜M局之后就会结束所有比赛。 经过以上分析决定选择方案二。电路主体部分的结构示意图：四、单元电路设计与参数计算1）电路原理图数据的比较当A=2，B=1（相当于7），则有A-B= 1，用补码表示=1当A=2，B=2（相当于6），则有A-B= 0，用补码表示=0当A=2，B=3（相当于5），则有A-B= -1，用补码表示=7当A=1，B=2（相当于6），则有A-B= -1，用补码表示=7当A=2，B=2（相当于6），则有A-B= 0，用补码表示=0当A=3，B=2（相当于6），则有A-B= 1，用补码表示=1AB求取2个数的差值时，只能使用补码计算当0010-0001=0010+（1111）补码 =0001当0010-0010=0010+（1110）补码 =0000当0010-0011=0010+（1101）补码 =1111当0001-0010=0010+（1110）补码 =1111当0010-0010=0010+（1110）补码 =0000当0011-0010=0010+（1110）补码 =0001舍去最高位，得到所需结果，见电路比较、求差值、求补码、译码和显示电路如下：2）55定时器构成的多谐振荡器3）55构成的用于消除抖动的单稳触发器 4）路的主体部分注意：开关A和B分别接的是单稳触发器。 5）获胜局数计数及结束控制电路接74LS138的输出端口接74LS138的输出端口接74LS157的选择端口 6)总体电路图 五、电路的安装与调试 首先领取电路所需的元器件，按照电路图所示连接电路，我们采取的是分割之后，每个人连一半，连好之后进行整体连接。当我们练好之后，我们发现除了很大的问题。比想象中的差了好多。我们线检查了电源，发现好多芯片的Vcc和GND都没有连接，连上之后，虽然好了很多，但是还是不能正常完成功能，接下来我们进行电路的分块检查。首先检查数码管的显示问题，当给它们对应的数器接上cp脉冲的时候，他们都可以正常显示。接下来检查当比赛结束时，用于封锁电路的输出是否正确，经过检查发现显示不正确，仔细检查了它的每个管脚之后，原来是有个衔接差了，改过之后连接正确了。这样，其中的一般电路连好了，我们也松了一口气了。然后就是检查另一半电路的问题了，经过连接cp脉冲的检查发现拔河功能能够正常实现。接下来就是整个电路的对接了，对接也没有问题。 但是在比赛结束后，LED灯全亮，没有发生闪烁。然后，我们就检查了555多谐振荡器的输出，发现它一直输出的是高电平。检查了半天，电路的连接一点儿也没有问题。我实在不知道该怎么办了，就去问老师了，老师说这次实验完全靠你们自己，我不会帮你调试的。我感到很失望的回去了。回去想了半天，突然想是不是我们电路的输出周期太小了呢，我们算了一下，发现它的输出周期只有ms级左右，我想肯定是仿真和实际的差距，我们把电路中的电容换成了20M的以后，果然出现了闪烁显示。接下来，就是检查电路的整体功能的实现了，我们发现在拔河的比赛中，在全场比赛结束，即一方达到预置局数时，因为有时候反馈时间的快慢会让计数器记一下数在锁定。这是我们电路的不足。除了比赛完局数偶尔突变外，其他一切功能都很理想。六、遇到问题的解决方法在实际实验的过程中，我们发现和仿真还是有些区别的，首先，仿真反应时间比较慢，所有在电路的周期控制上需要改变，要适当加大一些电阻、电容的值。仿真中74LS161是下降沿计数，实际中的是上升沿计数，因此需要让cp通过非门之后再与某些74LS161的cp输入端相连。还有一个问题是我们的电路板的其中一小块有问题，使74LS161无法稳定计数，我们另外找了一小块面包板，把那个芯片移过去。七、结论与心得本次课程设计对数字电子技术有了更进一步的熟悉，实际操作和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。本次实验过程中老师还教会我另一个道理，那就是实验的过程中遇到问题不要总问其他人要自己多思考，仔细检查，找出问题的症结所在，切实提高自己的动手能力。现在都有些庆幸，当时老师没有给我指导，而是让我自己去检查。我还学到了实验并不是想象中的那么简单，一个实验需要耗费好多的人力和时间，我们这个只是个一般的实验都有这么的问题，在工程中，有好多庞大的电路，肯定有更多的问题需要解决，就需要我们花费更多精力去解决，需要我们有着充足的耐心去排除故障。八、参考文献 1 岳怡主编的数字电路与数字电子技术，西北工业大学出版社2 余道衡，徐承和. 电子电路手册M. 北京：北京大学出版社，19963 李毅、谢松云、王安丽、曾渊编的数字电子技术实验，西北工业大学出版社附件：总原理图及元器件清单1总原理图2元件清单元件