电子拔河游戏机.doc

一、 目的和要求电子拔河游戏机是一种能容纳甲乙双方参赛或甲乙双方加裁判的三人游戏电路。由一排发光二极管（LED）表示拔河的“电子绳”。由甲、乙二人通过按钮开关使发光的LED向自己一方的终点移动，当亮点移动到任何一方的终点时，则该方获胜，连续比赛多局以定胜负。（1）由裁判下达比赛开始命令之后，甲乙双方才能输入信号，否则，由于电路具有自锁功能，使输入信号无效。（2）电子绳至少由16个LED构成，裁判下达“比赛开始”命令后，位于电子绳中点的LED发亮。甲、乙二人通过按钮开关使发光的LED向自己一方的终点移动，并阻止其向对方延伸。当点亮的LED到达某一方终点时，该方获胜。此时通过自锁功能锁定电路，使输入不在有效，必须由裁判再次发出“比赛开始”命令时方能开始下一次比赛。（3）某方赢一次，由计分电路自动给该方加分一次，通过多次比赛以定胜负。二、设计正文方案1：本方案中，有效输入信号代表的是拔河的力度的相对大小。则当A=1，B=0时，表示甲的力度比乙的力度大；当B=1，A=0时，表示乙的力度比甲的力度大；当A=1，且B=1时，表示甲的力度与乙的力度一样大；当A=0且B=0时，表示甲、乙均还未开始拔河。当裁判员下达比赛开始命令后，比赛开始，甲、乙中的任意一方输入有效信号后，计数器开始计数。若甲输入有消信号时，进行加计数；若乙输入有效信号时，进行减计数。电子绳的LED开始移动；当甲、乙同时输入有效信号时，电子绳上点亮的LED灯不再移动。当一局比赛结束后，电子绳上某一头的LED保持亮，此时，甲、乙的输入信号不再有效，计分电路此时记录并显示甲、乙总共的比赛成绩。当裁判下达下一局比赛开始的命令后，比赛才能开始，甲、乙输入信号才有效。基本实验原理图如下：译码器电子绳乙方得分甲方得分计数器控制电路时钟信号输入信号电 路（1）输入信号电路的设计一个输入信号控制电路，由两个基本RS触发器、两个电阻与一个开关来实现信号的输入，即是否用力拔河。以甲输入信号产生电路为例，如下图所示：当开关A按下时，输出端QA=1，QA=0,；当开关A未按下时，输出端QA=0，QA=1。甲、乙输入信号都可以用同样的电路来实现信号的输入。甲、乙输入信号产生电路图如下：（2）控制电路的设计控制电路主要用于控制时钟信号的输入。控制电路要实现的主要功能有：1、当裁判员下达比赛开始命令后，并且一方有信号输入时，计数器开始计数，有脉冲信号输入。2、当甲、乙双方同时输入信号时，电子绳不移动，此时应无脉冲信号输入。3、当本局拔河比赛结束，且裁判员未下达下一句比赛开始前，双方输入信号无效，即此时无脉冲输入。以QA、QB分别表示甲、乙输入信号情况，“1”表示有信号输入，“0”表示无信号输入；以A、B分别表示电子绳是否移动到终点，一局比赛是否结束，A=1表示甲胜，B=1表示乙胜；L表示是否有脉冲信号输入，L=1表示有脉冲信号输入，L=0表示无脉冲信号输入；脉冲信号用CP表示，输入脉冲信号用CPo表示。真值表如下：QAQBABL0000X000100010000110010010101001100011101000110010101001011011000110101110011110控制信号：L= QA QB A B +QA QB A B+ QA QB A B=（QA + QB）A B=(QA QB)AB输入脉冲信号：CPo=（QA QB）A B CP控制信号电路如下图：（3）时钟信号电路用于产生脉冲信号。脉冲信号的产生也可以通过石英晶体振荡或多谐振荡产生，本电路直接采用了，仿真软件中的脉冲信号：（4）计数器电路当输入有效输入信号时，计数器开始工作，开始计数，当甲输入有效信号时计数器加计数，当乙输入有效信号时计数器减计数。上局比赛结束，本局比赛未开始时，由裁判员控制电路是否开始本局比赛。开关R实现计数器置数为8，此时刚好17个LED中间的那个亮。由于一个74LS193加/减计数器只能实现16位数计数，要实现17位计数应采用两个74LS193加/减计数器。当第一个74LS193加/减计数器由“1111”变为“0000”时，第一个74LS193加/减计数器向第二个74LS193加/减计数器进一位。计数器电路如下图：（5）译码器电路译码器主要是将计数器的输出进行译码，实现每个输出端代表一个不同输入信号。由于一个74LS138译码器只能进行八进制译码，要进行17位译码，需要三个74LS138译码器进行译码。译码器电路如下图：（6）电子绳电路采用17个LED表示电子绳。由于74LS138有效输出是“0”，因此应在电子绳前加一个非门，本电路采用的是与非门代替非门。(7)计分电路计分电路用于记录并显示甲、乙双方比赛得分成绩。当甲、乙双方任意一方在一局比赛中获胜，比赛结束，记录并显示一方的成绩。计分电路同样采用了74LS193加/减计数器。当电子绳的一头的LED灯亮时，比赛结束，计分电路74LS193加/减计数器获得一个计数脉冲，计数器加计数一下，获胜方成绩加一分，输的一方成绩不变。当下一场比赛开始时，通过清零开关使计分电路的计数为0，从新计数。以甲计分电路为例，计分电路如下图：甲、乙整体积分电路如下图：（8）将以上各部分组合，得如下整体电子拔河游戏机电路图：三、总结与结论1、问题与解决方案（1）遇到问题：无法通过基本RS触发器控制输入信号。 解决方案：将基本RS触发器的输入端R、S通过一个电阻与5V电源相连接，相当于：当没有输入信号时，输入端接电源，有输入信号时，输入端接地。（2）遇到问题：当第一个74LS193向第二个74LS193进位的时候，第一个74LS138与第三个74LS138同时进行编码。解决方案：将QA2分别接在第一个74LS138的G2B1，第二个74LS138的G2A2、G2B2以及第三个74LS138的G13端。即：当第三个74LS138有效时，控制使第一个74LS138、第二个74LS138无效。 （3）遇到问题：起初设计的电路由于延迟的原因，当第一个74LS193向第二个74LS193进位的时候，电子绳中的第一个LED也会闪一下，然后熄灭，导致计分电路会误计分。 解决方案：在第一个74LS193向第二个74LS193进位的电路中间加一个非门，即在CO1与CP2之间加一个非门。2、方案讨论实验设计的过程中，对输入信号间的关系理解不太明确，感觉设计出的电路与实际的拔河存在一定的偏差，即不明确输入信号代表的什么意思。（1）本设计正文所设计电路。（2）假若输入信号代表谁在拔，如仍用此电路。则当A=1，B=0时，表示甲在拔，乙不在拔；当B=1，A=0时，表示乙在拔，甲不在拔；当A=1，且B=1时，表示甲与乙都在拔；当A=0且B=0时，表示甲、乙均还未拔。那么此电路就表示，哪方在拔LED就向哪方移动，当同时拔时，LED停止。这样显然不符合实际，不能表示力度。（3）假若采用如下电路“方案2”，则输入信号代表谁拔的早。则当A=1，B=0时，表示甲比乙早拔；当B=1，A=0时，表示乙比甲早拔；当A=1，且B=1时，表示甲与乙同时拔；当A=0且B=0时，表示甲、乙均未拔。则此电路表示哪方先开始吧哪方就会胜利，更不符合实际要求。（4）假若用输入信号的频率表示拔河的力度。则当A频率大于B时，表示甲的力度比