按键拔河游戏机课程设计

一、概述

本设计是一个按键拔河游戏机，基于基本逻辑电路显示，其中有两个按钮式开关，分别代表参与比赛的两组选手，用按键的快慢代表各方选手使劲儿大小，另外还有九个发光二极管，用点亮的发光二极管的移动代表绳子的移动。当绳子移动到最后一个时，即一方胜出时，锁定按键的同时胜出的一方对应的数码管显示的计数值为1，直到复位键按下之后方可进行下一局比赛。

本设计意在提高学生课余生活趣味性，并根据自己所学知识自自主设计电路。本电路主要围绕74LS192进行设计。

二、方案设计

总体设计思路：要用排成一排的九个LED 灯代表绳子，则九个LED 灯中要有一个与其他的六个不一样，用点亮来表示该灯，则LED 灯应与4514BD 四——十六译码器的输出相连。 绳子移动，即LED 灯的移动点亮问题，可以看出四——十六译码器输入接的是一个计数器。双方拔河时，以按键的快慢来使灯的点亮左右移动，可以看出一方的按键进行加法计数，一方的按键进行减法计数。

所设计的方案原理框图如图1所示

图1 拔河游戏机电路的原理框图

三、电路设计

1.直流稳压电源电路

220v50Hz 的交流电先经过变压器降压，然后通过全波整流桥整流，经过滤波电容后变成脉动较小的信号，再利用稳压芯片稳定输出5V 电压。 直流稳压电源电路设计如图2所示。

按 键 A B

选 择 开 关 控制电路

可逆计数器

中心线显示 译 码 器

复 位

取胜 计数 器

取 胜 显 示

图2 直流稳压电源原理图

2.计数电路

这个部分为本设计的核心部分，本设计采用了74LS192D计数器，首先设置芯片工作在计数状态，up端和down端分别接两个按键。将预置数端接低电平显示中线，并接入开关控制复位。当预置数端接高电平，游戏开始。其电路图如图3所示。

图3 74LS192D引脚接法图

3.复位电路

当4514BD的输出端的8口输出为高时，通过或非门为高，在通过非门则变为低。故同非门相连的与门有一脚为低则输入始终为低，所以无论此时怎么给脉冲，LED灯都不会再移动。只有通过复位键才能使电路重新开始行使功能。复位电路如图4所示

图4 复位电路原理框图

4.译码电路

由4线－16线译码器CC4514构成。译码器的输出Y0～Y15接LED灯，正端接译码器。这样，当输出为高电平时灯亮。译码电路如图5所示.

图5 译码电路原理框图

5.胜负显示电路

由计数器CC4518和七段数码管构成。将双方终端指示灯正极经与非门输出后分别接到2个CC4518计数器的EN端，CC4518的两组4位BCD码分别接到7

位共阴数码管上。当一方取胜时，该方终端指示灯发亮，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。其电路如图6所示

图6 胜负显示原理框图

四、性能的测试：

1.直流稳压电源的测试

在电路中接入示波器和电压表，按照设计会将220V交流电压转换成5V直流电压。测试电路如图7所示，测试结果如图8、图9、图10所示。

图7 交直流转换电路测试电路

图8 经过变压器测试

图9 经过整流桥后测试电路

图10 经过稳压芯片后测试

2.获胜方显示电路测试

按照设计，获胜方会显示1，未获胜方显示0。测试结果如图11所示。

图11 获胜方显示电路测试

3.整体电路测试

由于电路各部分不易测试，必须整体测试，故在本报告中没有过于分开测试。电路整体性能测试如图12所示。当一方优先摁到自己的一方时，显示出胜者，而且led灯显示总过程。

（1）如图12所示，即为A方获胜所显示的电路，且比分显示为1:0。此时A 方已经获胜，无论双方再按键，电路均不会做出反应。

图12 A方获胜显示电路

（2）如图13所示，即为电路的复位显示。在A 方获胜之后通过复位键即空格键达到电路复位。复位之后电路可以再一次进行拔河游戏的进行。

图13 复位电路的测试电路

（3）如图14所示，即为B方获胜所显示的电路。且比分显示为0:1。此时B 方已经获胜，无论双方再按键，电路均不会做出反应。

图14 B方获胜显示电路

经测试结果显示，本设计电路完全符合涉及要求。

五、结论

这就是本次课程设计的拔河游戏机。所设计的拔河游戏机主体大致是由9个LED发光二极管组成“电子绳”，由可逆计数器74LS192构成编码电路，由译码器CC4514构成译码器电路，由计数器CC4518作为胜负的显示。还有就是电路的主体部分还可以用移位寄存器所代替。此外，对于按键整形电路依旧可以继续改性，以提高按键响应速度以及计数器反应速度。在大量的多次的修改和调试的过程中，以上已是一个基本满足要求的设计电路。在规定的时间内，由于技术水平有限，此电路还不够尽善尽美。开关都是一一设置的，还不够人性化，计数反应比较缓慢。因平时对Multisim软件不够熟，在一些设置上还存在一些小问题。这些还需要一段时间的进一步改进。

六、性价比

按照设计要求，本设计应该尽量简单，节省资金。所以本设计围绕74ls192展开设计，其中用到的各门电路，都价格低廉，性能优越。数码管也十分常见，价格低廉。在满足设计的基础上，本设计完全符合要求，而且，经测试，效果较为理想。综合评价，性价比较高。

在实用方面，能够完成预期的要求，并且在实际生活中也可以很好的利用。

七、课设体会及合理化建议

7.1心得体会

通过本次课程设计实验我不仅运用了在课堂上老师所教给的知识而且还通过网络补充了一些我还不知道的知识，比如4511芯片的管脚有两个需要强制接高电平才能使其正常工作。通过自己的动手能力做出实验的仿真电路更加锻炼了自己的动手能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的很多的不足，这样的只是如果不通过实际仿真应用，单单凭借书本，是永远不会知道的。经常对着屏幕，一个管脚一个管脚的对照，逻辑功一点一点的运算。查阅了很多芯片包括很多用不到的芯片。可以说无用功甚至比实际的努力还要多。但是我从中学到了很多芯片知识，甚至可以用替换的芯片完成我需要的功能。而且我还学到了一些小窍门，如发光二极管、原本是应该用到9个单独的二极管，通过在仿真软件Multisim中查找最后找到了一个十个二极管集中在一起的LED数码管，这极大地提高了仿真实验中队元器件的利用率。并且，在这两周的课设实验的时间里我也寻求了同学的帮助。毕竟一个人的力量是有限的，集众人之所长以弥补个人的短处也是一个很不错的选择。

7.2合理化建议：

课设实验确实对提高学生个人动手能力有极大的帮助，但更应加强学生与老师之间关于课设实验的沟通。并且，课设毕竟只是做的仿真实验。并未对实体元器件有太多的认知，故应该增加一些对于实物器件的动手操作实验。

参考文献

[1] 高吉祥编. 点子技术基础实验与课程设计. [M]北京：电子工业出版社，2006 年

[2] 方建中编. 电子线路实验（第二版）. [M]浙江：浙江大学出版社，2005年

[3] 彭军译编. 数字电路设计与制作 .[M]北京：科学出版社，2005年

[4] 康华光编. 电子技术基础.[M]北京：高等教育出版社，2002年

[5] 彭芥华编. 电子技术课程设计指导. [M]北京：高等教育出版社，2003年