拔河游戏机的设计与制作报告

1、数字电子技术课程设计报告拔河游戏机设计与制作设计要求：拔河游戏机需用9 个发光二极管排列成一行，开机后只有中间一个发亮，以此作为拔河的中心线，游戏双方各持一个按键，迅速地、不断地按动产生脉冲，谁按得快，亮点向谁方向移动，每按一次，亮点移动一次。移到任一方终端二极管发亮，这一方就得胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经复位后才使亮点恢复到中心线。设计人：夏凯强学号：1881090127专业 ：计算机班级：09 班成绩：评阅人：安徽科技学院理学院拔河游戏机的设计与制作拔河游戏机需用9 个发光二极管排列成一行， 开机后只有中间一个发亮，以此作为拔河的中心线，游戏双方各持一个按键，迅速地、不断地按

2、动产生脉冲，谁按得快，亮点向谁方向移动，每按一次，亮点移动一次。移到任一方终端二极管发亮，这一方就得胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经复位后才使亮点恢复到中心线。一、设计要求（一）设计指标（1）初始 9 个发光二极管排列成一行，开机后只有中间一个点亮；（2）游戏双方各持有一个按键，按键按动一次，亮点有可能移动一次；（3）亮点移动的方向与按键快的一方一致；（4）当任一方终端二极管点亮时，这一方就得胜，再按键电路输出不变；（5）按复位后，回到初始状态（二）设计要求1、画出电路原理图（或仿真电路图） ；2、元器件及参数选择；3、电路仿真与调试；（三）制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决

3、问题。（四）编写设计报告写出设计与制作的全过程， 附上有关资料和图纸， 有心得体会。二、原理框图1拔河游戏机的构成本次拔河游戏机的主要设计思路是让电平指示灯由中点向速度快的一方延伸，而阻止向速度慢的一方延伸。可以设想用可预置的加/ 减计数器作主要器件，用计数器的输出状态通过译码器控制电平指示灯的显示状态。如当计数器进行加法计数时，发亮的电平指示灯向右方延伸，相反，进行减法计数时，发亮的电平指示灯向相反方向移动。当移动到一方的终点时就把电路锁定，此时双方按键均无作用，只有按了复位按键双方才能继续下一局的比赛，计数器就记录双方的获胜的次数，数码管显示胜者赢的盘数。1 / 13图 1 拔河游戏机总体

4、结构图2. 整形电路的设计2 / 13CC40193 是可逆计数器，控制加减的 CP脉冲分别加至和 CPD 和 CPU，此时当电路要求进行加法计数时， 减法输入端 CPD 必须接高电平； 进行减法计数时，加法输入端CPU 也必须接高电平，若直接由A、B 键产生的脉冲加到CPU 和 CPD，那么就有很多时机在进行计数输入时另一计数输入端为低电平，使计数器不能计数，双方按键均失去作用，拔河比赛不能正常进行。加一整形电路，使从 A、B 按键出来的脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲，这样就减少了进行某一计数时另一计数输入为低电平的可能性，从而使每按一次键都有可能进行有效的计数。整形电路由与门CC40

5、81 和与非门CC4011 构成。3编码电路编码器有二个输入端，四个输出端，要进行加/减计数，因此选用CC40193双时钟十进制同步加/减计数器来完成。 其电路及连接方式如下：4整形电路由与门 CC4081和与非门 CC4011构成整形电路。起初，由两片 CC4011 构成一 RS触发器，它有两个输入端 R、 S 和两个输出端 Q、Q。当 R=1、S=0时，则 Q=0,Q=1,触发器置 1。当 R=0、S=1时，则 Q=1,Q=0,触发器置 0，当触发器的两个输入端加入不同逻辑电平时，它的两个输出端Q 和 Q 有两种互补的稳定状态。 S=0,R=1 使触发器置 1，或称置位。因置位的决定条件是

6、3 / 13S=0,故称 S 端为置 1 端。 R=0,S=1 时，使触发器置 0，或称复位。同理，称R端为置 0 端或复位端。经 RS触发器后再经与门和非门，以达到整形的目的。因 CC40193是可逆计数器，控制加减的CP脉冲分别加至 5 脚和 4 脚，此时当电路要求进行加法计数时，减法输入端 CPD必须接高电平；进行减法计数时，加法输入端 CPU也必须接高电平，若直接由 A、 B 键产生的脉冲加到 5 脚或 4 脚，就有很多时机在进行计数输入时另一计数输入端为低电平，使计数器不能计数，双方按键均失去作用，拔河比赛不能正常进行。加一整形电路，使原先加的脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲，这

7、就减少了进行某一计数时另一计数输入为低电平的可能性，从而使每按一次键CPD都有可能进行有效的计数。5译码电路由 4 线 16 线译码器 CC4514构成。译码器的输出 Y0Y15 中选 15 个接电平指示灯，电平指示灯的负端接地，而正端接译码器；这样，当输出为高电平时电平指示灯点亮。比赛准备，译码器输入为 0000， Y0 输出为 1，中心处指示灯首先点亮，当编码器进行加法计数时，亮点向右移，进行减法计数时，亮点向左移。电路图如下图所示：6控制电路为指示出谁胜谁负，需用一个控制电路。当亮点移到任何一方的终端时，判该方为胜，此时双方的按键均宣告无效。此电路可用异或门 CC4030和非门 CC40

8、11 来实现。将双方终端二极管的正极接至异或门的两个输入端，当获胜一方为“1”，而另一方则为 “0”，异或门输出为 “ 1”，经非门产生低电平 “0”，再送到 CC40193计数器的置数端 PE，于是计数器停止计数，处于预置状态，4 / 13由于计数器数据端 A、 B、 C、D 和输出端 Q0、 Q1、Q2、Q3对应相连，输入也就是输出，从而使计数器对输入脉冲不起作用。其电路图如下所示：7胜负显示将双方终端二极管正极经非门后的输出分别接到二个CC4518 计数器的EN 端， CC4518的两组 4位BCD码分别接到实验装置的两组译码显示器的A、B、C、D插口处。当一方取胜时，该方终端二极管发亮

9、，产生一个上升沿，使相应的计数器进行加一计数，于是就得到了双方取胜次数的显示，若一位数不够，则进行二位数的级联。其电路图如下图所示：8复位为能进行多次比赛而需要进行复位操作， 使亮点返回中心点， 可用一个开关控制 CC40193的清零端 R即可。胜负显示器的复位也应用一个开关来控制胜负计数器 CC4518的清零端 R，使其重新计数。三、元器件1、 5V 直流电源2、 译码显示器3、逻辑电平开关4、 CC45144 线 16 线译码分配器5 / 13CC40193同步递增递减二进制计数器CC4518十进制计数器CC4081 与门CC40113与非门CC4030异或门电阻 1K4四、各芯片原理及所

10、构电路介绍（一）CC40193 芯片构成计数器CC40193 是 同步递增递减二进制计数器 。下面是 CC40193 引脚图 ,CC40193 功能（1）各引脚的功能：CPU为加计数时钟输入端， CPD为减计数时钟输入端。LD 为预置输入控制端，异步预置。CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。CO非为进位输出： 1001状态后负脉冲输出。BO非为借位输出： 0000状态后负脉冲输出。（2）引脚图（3）功能表6 / 13表 1CC40193 的功能表清预时钟预置数据输入零置RDLDCPUCPDABCDHLLABCDLHHLHH（二）CC4514芯片级联构成译码器实验过程中，其功能相同。由两片3

11、 线 8 线译码器 CC4514构成 4 线16 线译码器。 CC4514是低电平有效的芯片，从译码器的输出Y0Y15 中选 9 个输出，这样，当译码器输出为低电平时，灯泡的输入为低电平故中心二极管熄灭，其他二极管点亮。比赛准备，译码器输入为 0000，Y0 输出为 0，中心处指示灯首先熄灭，当编码器进行加法计数时，该点向右移，进行减法计数时，点向左移。若在译码器的输出再接一个 CC4514非门，则当译码器输出为低电平时， 发光二极管的输入为高电平。 译码器输入为 0000，Y0 输出为 1，中心的二极管点亮。（1）引脚图（2）功能表7 / 13表 2 CC4514功能表（三） CC4518芯

12、片构成功能表CC4518 为双 BCD 加计数器，该器件由两个相同的同步4级计数器组成。计数器级为 D 型触发器。具有内部可交换 CP 和 EN 线， 用于在时钟上升沿或下降沿加计数。 在单个单元运算中， EN 输入保持高电平，且在 CP 上升沿进位。 CR 线为高电平时，计数器清零。计数器在脉动模式可级联，通过将 Q3 连接至下一计数器的 EN 输入端可实现级联。同时后者的 CP 输入保持低电平。(1) 引脚图和逻辑图（2）功能表8 / 13（四） CC4011、CC4081芯片构成与非门和与门(1)CC4011 是常用的 2 输入四与非门集成电路逻辑图及引脚图功能表ABZ001011101

13、110表 3 CC4011 功能表（2） CC4081构成与门9 / 13引脚图功能表输入输入输出ABY000010100111五、总接线元件布局简图仿真及使用原理10 / 13可以实现按动 A、B 两个按键时，分别产生两个脉冲信号，经整形后分别加到可逆计数器CC40193上，可逆计数器输出的代码经译码器译码后驱动电平指示灯熄灭并产生位移，当熄灭的点移到任何一方终端后，由于控制电路的作用，使这一状态被锁定，双方按键产生的输入脉冲不起作用。如按动复位键 C，该点又回到中点位置，再次按C 键则比赛又可重新开始。六、芯片连接总图因仿真与实际元件上的差异，所以在原有的简图的基础上，又按实际布局画了这张

14、按实际芯片布局的接线图，如上图。七、总结1 实验过程中遇到的问题及解决方法连接实物图时，CC4514 为低电平有效，故当打开电源，并对各个芯片复位请清零时，处于中点位置的发光二极管熄灭，其他二极管均点亮。所以本次实验观察的时熄灭的而二极管的移动方向。实验过程中，由于线路的接触不良、芯片损坏及认为接触错误等会造成实验结果不正确。2 设计体会刚开始做这个课程设计的时候感觉无从下手，通过网络和图书馆查阅11 / 13相关的文献资料，思路才清晰。大致的方框图已成型后，在整形电路上遇到了较大的困难，网上有已经做好的整形电路，知道这块电路的作用，但具体的工作原理开始不太明白，经过与同组同学的讨论，彻底明白了整形电路在整个电路中的作用。根据自己设计的电路方框图，查阅需要用到的相关芯片的功能，再用相关软件把整体电路图画出来。在设计过程中花费时间最多的就是各个芯片的连接方面，这种细节问题需要我们对芯片功能很熟悉而且能掌握整个电路原理，要求逻辑思路严谨。通过这次拔河电子游戏的设计，让我对数字电子技术有了