(整理)数电课程设计乒乓球比赛

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

球台电路 计分电路

cp

J3 J2 CNT

时钟信号源

按键电路 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1

LED 数码管2

显示译码器2

计数器2

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：

U174LS194D

A 3

B 4

C 5D

6

S L 7Q A 15Q B 14Q C 13Q D 12

S R

2

~C L R 1S 09S 110

C L K

11

U274LS194D

A 3

B 4

C 5D

6

S L 7Q A

15Q B 14Q C 13Q D 12

S R 2

~C L R 1S 09S 1

10

C L K

11L4L4

L3

L3

L2L2

L1L1L5L5

L6L6L7L7

L8

L8

VCC

VCC CLK CLK

S0

S1S1GND GND J2

J2

J3

J3

S0

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

R D

S 1 S 0 工作状态

0 1 1 1 1

× × 0 0 0 1 1

0 1 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3所示