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1电子拔河游戏机一、设计任务与要求（1）设计一个模拟拔河游戏比赛的逻辑电路。（2）电路使用15个发光二极管，开机后只有在拔河绳子中间的发光二极管亮。（3）比赛双方各持一个按钮，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，此后双方的按钮都应无作用，状态保持，只有当栽判按动复位后，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。二、方案设计与论证电子拔河游戏机是以15个发光二极管组成的绳，参赛双方按键盘上按键的频率为拉力大小的一种游戏电路。为了游戏的公平，电路必须附有一个开始按键，即只有按下此键电路才能运行，双方才能开始比赛。比赛前最中间的发光二极管亮，比赛双方通过按键盘上的两个按键使发光的二极管分别向左和右移动，当左右两端其中有一个亮时，电路会锁定这个状态，使双方的按键都失效。这时候通过计数器再由七段数码管显示出来，这样能够显示出双方各自取胜的盘数。完成一局后，电路已被锁定，要进行下一局，必须用到复位键，在接下来的分析中可以发现将复位和开始两个命令设置为同一个键,按下此键使电路回到初始状态，即只有最中间的二极管发光。当两个人比赛完后，要在电路上加一个使七段数码管的数据清零的按键，以便另外两人进行比赛。原理框图如下：按键F按键J单稳态整形电路可逆计数器编码电路译码电路显示盘数电路开始和复位按键发光二极管盘数清零按键2方案一：运用10进制加减计数器74LS192和4—10线译码器进行实现，清零键接74LS192的清零端，锁定电路用置数端。方案二：运用16进制加减计数器74LS193和4—16线译码器进行实现，清零键用74LS193的置数端，锁定电路用输入脉冲与“电子绳”的其中一端用一个与门接成。由于所用到的LED灯有15个，所以用方案一用到的计数器和译码器会更多，使电路更复杂，用置数端实现对电路的锁定用到的接线更多，而且实现仿真的multisim1.0中有方案二用到的所有元件，所以选用方案二。三、单元电路设计与参数计算1、对脉冲的整形拔河游戏中力的大小由参与者按按键的频率决定，由此产生的脉冲是不可确定的，可将此两个脉冲分别接入双时钟加减计数器74LS193的CPu和CPd两个时钟端。这两个可分别进行加和减计数，使二极管的光亮分别向右和左转移。但从74LS193的功能表知CPu端进行加计数时要有一脉冲的上升沿，而且必须满足CPd端处于高电平状态，同样，当CPd进行减计数要有一脉冲的上升沿，同时CPu处于高电平。所以必须对此两脉冲进行整形，使之大部分状态处于高电平，而对脉冲的频率没有影响。所以我用了单稳态电路。因为人按按键的频率不多于每秒20次，所以取单稳态的脉冲宽度为0.05s。32、译码电路由于要用到15个发光二极管，所以可以将74LS193的四个输出端接到一个4—16线译码器，再从译码器的16个端中选取合适的15个端分别接上发光二极管。由于在仿真中不知4—16线译码器的名称，所以用了两个3—8线译码器74LS138接成。第四个输入端由74LS138的两个选通控制端连接而成。3、显示盘数电路比赛双方赢得一局比赛的条件是两个最极端的发光二极管中有一个亮，此时需要一个电路记录双方各自胜利的盘数，这就需要用到七段数码管。考虑到游戏双方胜利的盘数一般不会上两位数，所以每边只用了一个74LS160同步十进制计数器来进行显示。其时钟脉冲分别接左右两个二极管。44、电路的锁定当最左最右两个二极管亮时必须使电路锁定在这一状态，便于双方判定谁胜谁负，这时双方的脉冲都对电路没有任何作用。可将单稳态的输出端和其中一个二极管的输出端经一个与门再分别接在74LS193的CPu和CPd端。5、复位和清零将最中间的二极管状态置为“0000”，作为比赛的起始位置。可将74LS193的置数端上接一个开关1，而输入端空置，当开关置低电平时，置数端生效，回到“0000”状态，实现复位功能。对七段数码管的清零只需将两个计数器的清零端联接在一起接开关5，当开关置高电平实现清零。四、总电路工作原理及元器件清单51．总原理图2．电路完整工作过程描述（总体工作原理）当开始键5按下后，参赛双方通过按建F和J产生不同的脉冲，经过单稳态的整形，使脉冲的大部分时间处于有效状态。两个脉冲分别接在74LS193的加6计数和减计数两个端，而74LS193的四个输出端接译码器，在译码器的16个输出端取合适的15个，分别接一个发光二极管。当有一个加计数脉冲输入时，亮点向右移，当有一个减计数脉冲输入时，亮点向左移。当亮点移到最左或最右时电路锁定，并产生一个计数脉冲使74LS160实现计数并在数码管中显示出来。按下5键，使亮点回到中间，要进行下一次比赛再按下5键即可。当双方比赛结束后按下6键，使两个74LS160计数器清零端按高电平，实现清零功能，七段数码管显示变成零。3.元件清单元件序号型号主要参数数量备注1RESISTOR500、5k欧姆17274S05D1非门374LS08D2与门474LS138N23—8译码器574LS160N2十进制计数器674LS193N1加减计数器7LED151红色，14绿色8LM556CM2555定时器9C100nF、10uF4电容10DCD-HEX2七段数码管11SWITCH4开关五、仿真调试与分析按照以上的分析思路画出原理图，利用multisim1.0进行仿真，结果基本实现了电子拔河游戏机的设计要求，只是这个软件的仿真占用的cpu很大，造成游戏过程有时出现时间停止的现象，对游戏的流畅性造成影响。仿真前开始键断开，开始中间的二极管亮，开始键1闭合后连续不断地按F、J键，发现亮点不停的左右移动。刻意放慢按J键的频率，发现亮点慢慢向左移，直到最左边的二极管亮，左边数码管变成1，以后不管怎么按F或J这个状态始终不变。按下1回到原来中间二极管亮的状态，再按下1可开始下一局游戏。最后按下5键，数码管7的数据都变成零。六、结论与心得七、参考文献【1】数字电子技术基本教程清华大学出版社阎石【2】模拟电子技术基本教程清华大学出版社华成英【3】电路与电子技术实验电工电子实验中心