数电课程设计报告乒乓球游戏设计

电子线路综合设计

乒乓球比赛模拟及计分器设计

2014年6月

摘要

在信息社会高速发展的今天，数字电路芯片已经实现高度集成化，并逐步渗透到医学、计算机等各个领域，对人类的生活有着深远的影响。本设计采用基本门电路以及74LS系列芯片的搭建，以multisim 12.0软件为平台进行仿真，实现了对乒乓球游戏的模拟。主要解决的问题有：

（1）模拟乒乓球的轨迹：用双向移位4位寄存器74194以及基本门电路实现；（2）球速的调节：利用555电路实现；

（3）球被击中、犯规的判断；

（4）计数器的使用：采用74LS90和74LS161的组合，给玩家计分；

（5）关于比分的显示：通过CD4511译码芯片将计数器的输出状态显示到2位共阴极数码管上。

关键词：双向移位4位寄存器、555电路、译码电路、计数器系统

目录

1 设计任务 (1)

2 电路整体设计 (2)

2.1 译码显示电路设计 (4)

2.2 555定时器组成脉冲发生器 (5)

2.3模拟乒乓球电路的设计 (6)

3 电路整体性能的检测 (7)

3.1 译码显示电路的检测 (7)

3.2 脉冲发生器电路的检测·····························································

3.3模拟乒乓球电路的检测······························································4实验结论 ·······················································································5课程设计心得体会以及建议 ·······························································6 Abstract ·························································································7附录(包含元器件清单以及各元器件功能表） ·········································8参考文献 ·······················································································

1．设计任务

本次我们小组选择的设计是乒乓球比赛模拟及计分器设计，主要任务是用数字电路模拟乒乓球比赛并能给比赛计分。电路的期望指标如下：

1．裁判有一个按钮，是系统初始化，比赛开始。

2．一方发球后，球以固定速度向另一方运动（发光二极管依次点亮）；

3．当球达到对方最后一个发光二极管时，对方击球（按下按钮），球将向相反方向运动；

4．在其他时候击球视为犯规，给对方加1分；都犯规，各自加1分；

5．甲、乙各有一个2位数码管计分；一方先到达11分，该局比赛结束。

6．扩展部分（例如：乒乓球速度可改变，设置大比分等）

针对设计要求，我们通过理论计算还有Multisim仿真等途径得出两个方案，虑到电路稳定性以及功能的可拓展性等方面，最终选择了方案一。两个方案的介绍参见下一页的“电路整体设计”部分。

2 电路整体设计

在本次设计中，我们小组经过查找资料和理论分析及讨论，最终得到了两种电路设计方案。现介绍如下：

方案一：利用双向四位移位寄存器74LS194，由发光二极管做光点来模拟乒乓球的轨迹，由双D触发器及逻辑门电路构成，通过此电路来控制并实现相应的灯的左右移动即实现乒乓球的运动。利用555定时器构成多谐振荡器产生脉冲信号驱动74LS194，乒乓球移动速度可以通过改变多谐振荡器的振荡频率来调节。将计数器74LS161与8421转化器相连，将二进制数字转化为8421码，通过译码驱动电路与晶体管相连，将8421码显示在数码晶体管上。计数电路由74LS90与运动员开关的信号共同控制。计数电路由74LS90和74LS161共同构成11进制的计数器，计数脉冲信号由表示轨迹的发光二极管与运动员开关的信号共同控制。

（图1 方案一原理框图）

方案二：其思想框图与方案一相同，不同之处在于电路形式不同，但都能完成既定目标，电路图如下所示，鉴于篇幅有限，此处不再加以阐述其原理。后面的分析也将重点放在方案一。下面是方案二的整体电路图：

（图2 方案二电路原理图）

2.1译码显示电路设计：

由两个2位共阴极显示数码管和译码CD4511以及计数器74LS161，74LS90组成，外加74LS00芯片。电路图如下：

（图3 译码显示电路左部分）

其中74LS161采用反馈置零法，即计数为10时清零当前示数，并提供一个脉冲信号给74LS90.当两管显示为“11”时提供清零信号给乒乓球桌模拟电路，比赛结束，同时下一个脉冲进入74LS161时，显示电路自动清零，准备下一场比赛的计分。

2.2 555定时器组成脉冲发生器：

555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，其应用极为广泛。

它不仅用于信号的产生和变换，还常用于控制与检测电路中】【1。

本设计用555定时器组成多谐振荡器，产生脉冲信号供给模拟球桌电路和译码显示电路工作。其电路图如下：

（图4 555组成多谐振荡器）

在555定时器3端不断地交替输出高电平和低电平，通过理论计算】【2，我们可得高低电平的持续时间分别为：

;2ln )(221C R R t +=高

2ln 22C R t =低；

周期.2ln )2(221C R R n T +=

式子中的n 表示分频倍数，由74LS90的接法决定（例如上面的接法就是n=4时的情形），因此只要调节22C R 以及的参数值，我们就能实现本次设计的扩展功能，即调节球速的大小。

2.3 模拟乒乓球电路设计：

该电路利用双向四位移位寄存器74LS194，由发光二极管做光点来模拟乒乓