电子拔河游戏机

1.设计目的

加强学生对数字电子技术专业知识的理解和掌握，训练并提高其在理论计算、电路设计、资料文献查阅、运用相关标准与规范、电路仿真等方面的能力；为毕业设计（论文）奠定良好的基础。

2.设计任务

2.1设计指标

此次设计的电子拔河游戏机是模拟拔河比赛的电子游戏机，比赛开始的时候，只有当裁判下达指令时双方才可以输入信号，电路具有自己锁定的功能，在未下达命令前，电路不能开始运行。比赛开始后，双方通过控制按键进行比赛，使亮色的LED灯管移向自己的那一方。哪一方的速度按键越快，那么哪一方就会占优势，直到发亮的LED灯管移到自己的终点那一端，即为获胜方，此时电路自动锁定，双方按键无效，显示管显示比赛的结果数字。若循环比赛，则依次循环以上过程。

2.2设计要求

（1）拔河游戏机用9个电平指示灯排列成一行，开机后只有中间一个点亮，以此作为拔河的中心线。（2）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。

（3）移到任一方终端指示灯点亮，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。

（4）最后，显示器显示胜者的盘数。

3.电子拔河游戏机的组成和工作原理

3.1电子拔河游戏机的构成

本次设计中共包含六个分支，分别是：整形电路，编码电路，译码电路，控制电路，胜负显示电路以及复位电路构成。

3.2原理分析

比赛两人通过开关产生脉冲，经过整形电路后接74LS192同步十进制可逆计数器，经74LS192同步二进制可逆计数器对信号进行加减后接译码电路，译码电路译码后显示到电平显示器上。再把胜负电路接到两头最边的电平显示灯上，胜负电路收到胜负信号后显示胜负次数。当比赛结束后由复位控制对显示胜负装置和电平显示灯回复到初始状态。这样就达到了设计目的和要求。

(1)整形电路：由与门74LS08和与非门74LS00构成。CP脉冲加到5脚和4脚控制加和减的，当加法计数时，减法输入端CPD接高电平；减法计数时，加法输入端CPU接高电平，但如果Q、W键产生的脉冲直接加上去，很多情况下在进行计数输入时另一计数输入端为低电平，计数器不能计数，双方按键均失去作

用。加一整形电路，使Q、W二键出来的脉冲经整形后变为一个占空比（查资料知道：占空比是在一串理想的脉冲周期序列中，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值）很大的脉冲，使拔河比赛能够正常进行。

(2)编码电路：由双时钟同步十进制可逆计数器74LS192构成，它有2个输入端，4个输出端，能进行加／减计数，来控制电平指示灯的显示，加计数时向右移动，进行减计数时，向左移动。

(3)译码电路：由4线－16线译码器CC4514构成。开始时中心LED灯亮，编码器进行加法计数时，亮点向右移，减法计数时，亮点向左移。译码器的输出Y0～Y15中选出9个接电平指示灯，电平指示灯的E 端接地，而EL端接高电平，输出为高电平时电平指示灯点亮。开始前，译码器输入为0000，Y0输出为1，中心处指示灯首先点亮，将双方终端指示灯的正端接至或门两个输入端，将输出的1或0送到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。当到一方终端时，该方获胜，双方输入无效。(4)控制电路：由或门和非门构成。非门一端连接74LS192的预置数端LOAD,计数器数据端A、B、C、D 和输出QA、QB、QC、QD对应相连，输入即为输出，此时计数器对脉冲不起作用。

(5)胜负显示电路，显示比赛选手各自胜负次数。CC4518双四位异步BCD码加法计数器。双方终端指示灯正极和或门输出端及CC4518的CP相连。CC4518分别与对应的七段数码管相连。一方取胜时，该方终端指示灯亮，且时相应加法计数器加一运算，在数码管上就显示了双方的比分。

(6)复位电路，每次比赛结束后能控制让电路显示器复位清零。将开关置高，通过CC4518使数码管显示为0，使甲乙双方比赛之前，进行复位。将开关置低，开始计数。

3.3基本逻辑功能框图

4.电子拔河游戏机的电路设计

4.1整形电路、编码电路、译码电路和控制电路的设计4.2胜负显示电路以及复位电路的设计

5.拔河游戏机电路仿真及结果分析

这是电路仿真的截图，我进行了运行，双方比分为4:2，比赛开始前进行复位，我定义了“1”为复位键，“space”为重新开始比赛（使中心LED灯亮），开始比赛需让“space”和“1”按键均接地，我和另一个同学分别按Q,W按键，试验六次结果如图所示。若重新清零，则需按“1”键，若移到某一终端重新比赛则需重复按两次“space”按键，依次循环。

6.收获、体会和建议

敬爱的雷老师您好！我做了这个这个课设将近用了一个月的时间，在接到任务后我就立即去了图书馆借了5本书，虽然这几本书并没有完全看完，但是我都选择性看了对此次课设有帮助的知识，使自己在真正做这个的时候游刃有余。课设是要把理论和实践联系起来的一门课程，虽然我的专业成绩是第一名，但遇到了这个问题我真正体会到了“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”的道理。通过自己的刻苦努力，终于完成了自己从未敢想象的东西。电子拔河游戏机真正使我意识到了理论联系实际的重要性，而且还拓宽了我的课外知识面，因为很多东西是我没有接触过的，就要在图书馆和网上去探索。

在我设计拔河游戏机过程中，我遇到了一个问题就是在74LS192之前直接接上两个开关是否可行，但在实践之后发现会有按键失灵的状态，于是查找了大量资料，发现需要加上整形电路才可以使运行不易出错，而且一个专业名词是“占空比”，我也进行了学习。而且老师提到的两个软件“EWB”和“multisim”我都进行了尝试，由于EWB中很多器件我没有找得到，所以决定用multisim去仿真。在实验过程中会有很多不熟悉的器件，个别的器件我替换成了较为了解的器件，但不改变其功能。我遇到的最大困难就是灯的连接问题，需要按照特定的顺序连接才可以正确运行。

我认为这个电路需要改进的地方就是与门和非门可以用与非门74LS02来代替，若为了延长比赛时间，增加可玩度，还可以用15灯替换9灯。为了美观还可以替换不同的颜色的彩灯。

总而言之，这次课设让我体验了一次理论联系实际的快感，我非常享受这个过程，在以后的课设中我会一直努力，争取做出更好更有新意的课设作品，也使自己的实践能力得以质的飞跃。再次感谢老师以及同学们对我的帮助！

参考文献：

[1] 周常森. 电子电路计算机仿真技术.山东科技出版社

[2] 彭介华.电子技术课程设计指导.高等教育出版社

[3] 吴慎山.数字电子技术实验与实践.电子工业出版社

[4] 阎石.数字电子技术基本教程.清华大学出版社

[5] 袁小平.数字电子技术实验教程.机械工业出版社

[6] 王革思.数字电路原理设计与实践教程.哈尔滨工程大学出版社

附录元单