数电课程设计乒乓球比赛word文档

乒乓球比赛游戏机

一、设计任务与要求

1 课题目的及意义

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EWB 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们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，也让我们加深了解了对双向移位寄存器、双D触发器及、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。

2 课题的内容和要求

设计一个甲、乙双方参赛，裁判参与的乒乓球比赛游戏模拟机。

基本要求：

（1）用8个发光二极管排成一条直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中点亮的发光二极管代表“乒乓球”的当前位置，点亮的发光二极管依次由左向右或由右向左移动。

（2）当球运动到某方的最后一位时，参赛者应立即按下自己一方的按钮，即表示击球，若击中，则“球”向相反方向运动，若未击中，则对方得1分。（3）设置自动计分电路，双方各用二位数码管来显示计分，每局11分。到达11分时产生报警信号。

提高要求：

（4）一方得分时，电路自动响铃3s，这期间发球无效，等铃声停止后方能继续比赛。

（5）设置局数显示，5局结束后有声响提示比赛结束。

课题任务要求

1、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。

2、设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。

3、选择合适的元器件，在EWB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，在充分电路正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的仿真、调试和故障排除。

4、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。

二、方案设计与论证

根据设计任务，对照图乒乓球比赛模拟及1.1，可以分为三个模块进行设计： 1. 球台电路：球迹移动电路可采用双向移位寄存器方法实现，由发光二极管作光点模拟乒乓球移动的轨迹。

2. 驱动控制电路：由双D触发器及逻辑门电路构成，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. 计分电路：使用十进制的计数器、逻辑门和集成的4管脚的数码管来组成计分电路。

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。

三、单元电路设计

图1 电路设计原理图

如上图所示，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L1~L8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。

3.1 球台电路的设计

.球台电路如下图2设计所示：

图2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

1

1

1

1

××

0 0

0 1

1 0

1 1

置零

保持

右移

左移

并行输入

(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3所示

图3 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4所示：

图4 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二所示：

表2 得分真值表

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的功能表如下表三所示：

表3 74LS160的功能表

由74LS160的功能表可知，当~RD=~LD=EP=ET=1时工作状态为计数，即图4中的~CLR=~LOAD=ENT=

ENP=1时。选用ENP、ENT作为74LS160的计数控制端，当ENT=ENP=1时计数，当ENT=ENP=0时计分电路处于保持状态。

四、总电路工作原理

1.根据上述三个模块电路，将它们按一定的次序进行组合并通过仿真，即可得到下面的总电路

图5 总电路电路图

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