数字逻辑电路课程设计拔河游戏机解读

课程设计说明书

课程名称：数字电路和数字系统课程设计题目：拔河游戏机

班级：电子信息科学与技术11-1

姓名：刘伟杰

学号：20112799

课程设计任务书

一、设计题目

拔河游戏机

二、主要内容及要求

1．设计一个模拟拔河游戏比赛的逻辑电路。

2．电路使用9个发光二极管，开机后只有在拔河绳子中间的发光二极亮。

3．比赛双方各持一个脉冲按钮，快速不断地按动按钮，产生脉冲，谁按得快，发光的二极管就向谁的方向移动，每按一次，发光二极管移动一位。

4．亮的发光二极管移到任一方的终点时，该方就获胜，此后双方的按钮都无作用，状态保持，只有当裁判按动复位后，在拔河绳子中间的发光二

极管重新亮。

5．用七段数码管显示双方的获胜盘数。

三、进度安排

1.认真思考和理解所选题目的有关要求，大致知道要求做什么。

2.根据实验的设计要求，到图书馆或上网查找相关的资料，了解拔河游戏

机的工作原理。

3.学习数字电路中触发器、计数器、译码显示器等单元电路的设计及综合

应用，掌握逻辑电路的设计与测试方法，等。

4.综合相关的资料，设计实验方案。

5．根据所设计方案，用仿真软件进行电路仿真。

6．根据要求撰写实验报告。

目录

一．设计任务分析 (4)

二．拔河游戏机的总体方案设计 (4)

2．1设计思路 (4)

2．2电路原理图 (5)

2．3电路工作原理 (6)

2．4各单元电路的设计 (7)

三．元器件的使用 (10)

四.电路仿真结果 (11)

四．总结 (13)

4.1实验评价 (13)

4.2心得体会 (13)

参考文献 (14)

一、设计任务分析

本课题的主要任务是让拔河游戏机的电平指示灯由中点向我方延伸，而阻止其向对方延伸。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甲方延伸，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就就把电路锁定，此时双方按键均无作用，只有裁判员按了复位按键双方才能继续下一盘的比赛，而计数器就记录双方的获胜的次数。

二、总体方案设计

2．1 设计思路：

(1)本课题所设计的拔河游戏机由9个电平指示灯排列成一行，开机

之后只有中间一个电平指示灯亮，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。移到任一方终端指示灯点亮，同时蜂

鸣器响起，代表这一方获胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有

经裁判复位后才使亮点恢复到中心线。

(2)当一局比赛结束后,由点亮该终点灯的信号使电路封锁加减脉冲

信号的作用.即实现电路自锁,使加家减脉冲无效。同时，由首（尾）的输出产生进位脉冲，使计分计数器自动加分。

(3)控制复位电路部分控制由振荡器产生的脉冲信号进入倒数减法计

数器的输入端，使其从三秒钟开始，进入倒计时，在此期间任何一方的脉冲输入均无效果，达到公平性的原则，同时中间的灯亮起，复位。当输入总清零信号开始进行计分板的分数清零，一局比赛结束。

图一，图二分别为拔河游戏机的电路框图、整机逻辑图。

可逆计数器74LS193（CBUD4）原始状态输出4位二进制数0000，当DNUP置为1时实现加法计数，当其置为0时实现减法计数。当按动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上，可逆计数器输出的代码经3-8线译码器译码后驱动电平指示灯点亮并产生位移，当亮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，而对输入脉冲不起作用。如按动复位键，亮点又回到中点位置，比赛又可重新开始。

又由于当现实到0000时算A获胜，当1000时算B获胜，即两者获胜的条件为加减计数器的前三位都为0，即可判断有一方获胜，然后对控制输入信号进行锁定。由于3-8线译码器只有8个输出端，不满足九个灯的全部控制，可是经过仔细观察八个灯的输出状态我发现，在加减法计数器的前八个状态下都是0XXX，即最高位始终为0，而当第九个状态1000时，最高位才输出1，这也就构成了第九个灯的控制电路，满足了3-8线控制九个灯的实验要求。

通过最高位和最低位的输出脉冲接到两个计数器上，可分别显示双方的获胜次数，原理过于简单这里不加赘述。

在具体实现过程中发现，有选手出现抢按脉冲的现象，这也就激发了我想到了要设计一个安全的裁判功能的思路，于是我用减法计数器和复位按钮相连，使得在倒计时三秒之后双方的脉冲信号才能到达加减计数器，在三秒倒数期间任何一方的输入均无效，间接的起到了公平的作用。

2．4 各单元电路的设计：

1.编码电路的设计：

由二进制同步可逆计数器74LS193构成，它有4个输入端，4个输出端，能进行加／减计数。通过编码器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，向相反方向移动。电路图如下：

2.整形电路设计：

由与门、非门、或门构成。因74LS193是可逆计数器，控制加减的

必CP脉冲到达DNUP，此时当电路要求进行加法计数时，减法输入端CP

D

也必须接高电平，若直接须接高电平；进行减法计数时，加法输入端CP

U

由A、B键产生的脉冲加到DNUP，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A、B二键出来的脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲，这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。这里做一步具体分析：

假设在某一瞬间：

1、A=1，B=0，A反向后为0，此时经过与门后输出为0，进行减法计算（即为B输入有效）

2、A=0，B=1，A反向后为1，此时经过与门后输出为1，进行加法计算（即为A输入有效）

起到了A、B输入时可以分别对应输入1,0

电路图如下图所示：