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乒乓球比赛模拟机的设计 CHENGNAN COLLEGE OF CSUST电子技术应用实习题目： 电子技术应用实习乒乓球比赛模拟机的设计 课 题 类 别： 设计 论文 学 生 姓 名： 李志卫 学 号： 班 级： 11-01 专 业： 电子信息工程 指 导 教 师： 2014年1 月第 1 页 共 16 页目 录1绪论.11.1实习目的及意义11.2 实习内容和要求.11.2.1 实习内容.11.2.2 实习要求.22电路组成和工作原理.32.1 设计方案.32.1.1 设计思路.32.1.2 原理框图.42.2 电路组成和工作原理.43单元电路的设计53.1球台电路的设计53.2驱动控制电路的设计63.3计分电路的设计74总体电路的设计95结果分析10结束语.10致谢.11参考文献12附录.13附录A 仿真结果图13附录B 实验仪器及器件.141 绪论随着科学技术的发展，人类社会已进入到高度发达的信息化社会, 信息社会的发展离不开电子产品的进步。现代电子产品的发展越来越快, 各种新型电子元器件和智能化的电子产品已经在国民经济的各个领域和人民生活的各个方面得到了日益广泛的应用。实现这种进步的主要原因就是生产制造技术和电子设计技术的发展。其中电子玩具的发展也是在日益成熟。乒乓球游戏机控制电路是有甲、乙双方参赛，有裁判控制发“球”的三人乒乓球游戏机；它能完成自动裁判和自动计分是一个带数字显示的模拟游戏机。其结构简单、成本低、易操作，安全性强、无污染。乒乓球游戏机还能在娱乐的同时提高我们的反应、应变能力。具有良好的市场发展前景。1.1 实习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游戏机的设计，采用Multisim电路仿真设计软件完成乒乓球比赛游戏机电路的设计及仿真调试，在微机上仿真实现乒乓球比赛游戏机的设计。通过这次课程设计让我了解和熟悉了乒乓球游戏机的原理和Multisim仿真设计软件的操作，也让我加深了解了对双向移位寄存器、双D触发器、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。1.2 实习内容和要求1.2.1实习内容独立完成一个乒乓球比赛游戏机的设计，采用Multisim电路仿真设计软件完成乒乓球比赛游戏机电路的设计及仿真调试，在微机上仿真实现乒乓球比赛游戏机的设计。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游戏机。 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 乒乓球比赛模拟机框图 1.2.2实习要求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。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。4、画出总体设计框图，以说明乒乓球比赛游戏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。5、设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。6、选择合适的元器件，在Multisim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。7、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。8、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。2 电路组成和工作原理2.1 设计方案2.1.1 设计思路1. 球台电路：乒乓球轨迹移动电路可采用74LS194四位双向移位寄存器实现，由发光二极管做光点模拟乒乓球移动的轨迹，并由双D触发器及逻辑门电路控制，实现球台灯的左右移位即实现乒乓球的运动。2.时钟发生器：采用节拍发生器对移位脉冲进行控制，其移动速度可由节拍发生器调节。3. 计分电路：使用十进制的计数器，通过级联方式构成21进制计数器实现A、B的记分；其中发球权部分用十进制的计数器构成5进制计数器来实现，并接上集成的4管脚数码管进行显示。4.音响电路：用555定时器组成可重复触发的单稳态电路实现。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。2.1.2 原理框图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2 乒乓球比赛模拟机框图 2.2 电路组成和工作原理（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3 乒乓球比赛游戏机的原理框图如上图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）总体思路描述如下：1.用两个74LS194四位双向移位寄存器来模拟乒乓球台，其中第一个74LS194的DL输出端QD接第二个的右移串行输入端SR，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.用双D触发器74LS74及逻辑门电路构成驱动控制电路。3.用十进制计数器74LS160D、逻辑门电路和集成的4管脚的数码管组成计分电路。3 单元电路的设计3.1 球台电路的设计球台电路如下图4设计所示：图4 球台电路上图中，两片4位74LS194双向移位寄存器接成8位双向移位寄存器。74LS194功能表如表1所示：表1 74LS194功能表DS1 S0工作状态01111 0 00 11 01 1置零保持右移左移并行输入功能说明： (1)当S1 = S0 =1 时，不管各输入端原来是什么状态，在下一个时脉冲到来时，其输出分别是预先输入到并行输入端的 abcd ，这种方式叫送数。 (2)当 S 1 =0 ，S 0 =1 时，其工作方式叫右移，这时，每来一个时钟脉冲，输出端的数各向右移一位，而 Q A 端的输出则由加到 R 端的数来补充。 (3)当 S 1 =1 ，S 0 =0 时，其工作方式叫左移，情况正好与右移相反； Q D 端的输出由加到 L 端的数来补充。 (4)当 S 1 = S 0 =0 时，不管是否有 CP 脉冲作用，输出保持不变，这叫保持方式。 CP=0 时也是保持方式。3.2 驱动控制电路的设计驱动控制电路设计如下图5所示图5 驱动控制电路图中74LS74为上升沿触发的D触发器，PR为置1端（低有效），CLR为置0端（低有效）。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,通过各门电路可知U2A,U4A,U2B输出端分别为0，1，1，则D触发器输出端分别为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。3.3 计分电路的设计计分电路的设计如下图6所示：图6 计分电路如上图所示，计分电路由一个7404非门，7409与门和十进制的74LS160计数器构成。得分真值表二如下表2所示：表2 得分真值表L1J2(A)L8J3Y(A)Y(B)100001001010 由上表可得上图中非门和与门的接法。同步十进制计数器74LS160的功能表如下表3所示：表3 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=1时工作状态为计数，即图4中的=1时。选用、作为74LS160的计数控制端，当=1时计数，当=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 总体电路的设计通过前面的单元电路的设计，将他们合理的组合连接起来，就可以得到总体设计电路图，其图如下图7所示:图7 总体电路5 结果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。结束语在课题设计中，通过使用Multisim这个完全集成化、易学易用的可编程逻辑设计环境，设计的乒乓球游戏机，较成功的完成了预期的效果，能够正确判断与显示乒乓球的位置，并能自动裁判和记分的装置。在具体设计过程中还需要改进的是控制系统的纠错功能。由于时间关系，系统功能实现不够完善，这些都需要不断的改进和补充。这次课程设计总的说来收获很大。在最初的设计过程中，一共整理出好几个方案。但在实际的过程中发现,设计的情况和实际中还是有些差异的，通过比较得出最优方案。此外，也学会了使用Multisim软件。这次课程设计虽然短暂。但却是我独立自主的从设计电路到得出结论。书本上的内容第一次完完全全的综合运用。在设计过程中。遇到了书本中不曾学到的知识，经过请教老师和同学，以及查阅相关的资料，最终攻克。致 谢大三第一学期一晃而过，回首走过的岁月，心中倍感充实，当我写完这篇设计的时候，有一种如释重负的感觉，感慨良多。本设计是在我的导师吴一帆老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。吴老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向吴老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。我还要感谢在一起愉快的度过本次设计小组的同学，正是由于你的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。 在设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到设计的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助。祝吴老师身体健康，家庭幸福！感谢设计中引文的原作者，他们都是电气信息领域的名师大家，大师风范，高山仰止。祝他们寿域无疆，德业永辉！感谢一路陪我走过来的同窗好友！在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！参考文献 1 电子技术基础模拟部分（第五版），康华光主编，高教出版社.2 数字电路与系统设计（第二版），邓元庆等主编，西安电子科技大学出版社.3 Multisim 2001电路设计及仿真入门与应用，郑步生、吴渭主编，