课程设计——拔河游戏机

拔河游戏控制电路1课程设计任务书题目拔河游戏控制电路专业学号姓名主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容1．阅读相关科技文献。2．学习protel软件的使用。3．学会整理和总结设计文档报告。4．学习如何查找器件手册及相关参数。技术要求1.要求电路使用9个发光二极管显示拔河过程，开机后只有中间一个发光二极管发光，即为拔河中心；2.游戏双方各持一个按钮，按钮每按下一次，亮点向本方移动一次，拔河过程中有且只有一个发光二极管发光；3.亮点移动到任意一段的终端二极管时，此方获胜，并且此时双方按钮均无作用，输出状态保持，复位后亮点回到中心点。主要参考资料1．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月；2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月；3．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月；4．李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月；5．康华光，电子技术基础，高教出版社，2003。完成期限：2011年6月28日指导教师签章：专业负责人签章：2011年6月27日拔河游戏控制电路2摘要本课题的主要任务是让拔河游戏控制电路的电平指示灯由中点向己方延伸，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延伸。当延伸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。此电路可分为脉冲发生器电路和计数/译码器电路两大部分。脉冲发生器电路部分采用两个与非门组成的基本RS触发器构成的去抖电路以及有与门、与非门构成的整形电路，可以将按钮A、B产生的脉冲整形成占空比较高的信号。计数器电路部分以74LS/HC193为主体，译码器采用由集成芯片74HC138扩展的4线-16线译码器。芯片74LS/HC193根据UP端和DOWN端的状态来判断进行加计数还是减计数，然后将计数结果输出到由74HC138构成的译码器，译码器将结果输出到发光二极管。由于74HC138输出端为低电平，所以当双方终端二极管对应的输出端有一个为低时即表示游戏结束，双方按键失效。此功能实现可将74LS193的输出置数至输入端，使译码器的输出保持，将双方的端二极管对应的输出进行与运算，如果有一个为低则输出为低，再接低电平有效的置数端，实现游戏结束时按键无作用。关键字：去抖电路74LS138反馈置数拔河游戏控制电路3目录摘要……………………………………………………2第一章方案设计………………………………………５第一节总体设计………………………………………５一电路原理框图………………………………………５第二节各部分电路设计…………………………………６一脉冲发生器电路设计………………………………６（一）原理图及仿真电路………………………６（二）工作原理………………………６二加减计数器的设计………………………………７（一）原理图及仿真电路………………………７（二）工作原理………………………８三译码器及二极管组、反馈的设计………………９（一）原理图及仿真电路………………………９（二）工作原理………………………10（三）由74HC138构成的译码器功能表………10第二章元器件简介…………………………………………１１第一节74HC193………………………………………1１一简要说明………………………………………１１二管脚图…………………………………………１２三功能表…………………………………………１２第二节74HC138………………………………………1３一简要说明……………………………………１３二管脚图…………………………………………１３三功能表…………………………………………１４第三节74LS00和74LS08………………………………13一简要说明………………………………………二管脚图…………………………………………三功能表…………………………………………第四节电阻器………………………………………16一金属膜电阻……………………………………拔河游戏控制电路4二金属氧化膜电阻……………………………………三碳膜电阻……………………………………………四合成膜电位器……………………………………第三章设计总结………………………………………16参考文献……………………………………………………附录１元件清单附录２拔河游戏控制电路原理图拔河游戏控制电路5第一章方案设计第一节总体设计一电路原理框图图1电路原理框图图2为仿真电路电路是利用Multisim11.0进行仿真的按钮A、B去抖电路加/减计数器放光二极管组整形电路译码器馈反数置复位拔河游戏控制电路6第二节各单元电路设计一脉冲发生器电路设计由与门74LS08和与非门74LS00构成去抖电路和整形电路。（一）原理图及仿真电路如图3、图4所示：图3脉冲发生器电路图4脉冲发生器电路仿真（二）工作原理1.去抖电路机械开关接通时，由于振动开关会使电压或电流波形产生“毛刺”，利用基本RS触发器的记忆作用可以消除上述开关振动所产生的影响，设单刀双掷开关原来与B点接拔河游戏控制电路7通，这时触发器的状态为0。当开关由B拨向A时，其中有一短暂的浮空时间，这时触发器的R﹑S均为1，Q仍为0。中间触点与A接触时，A点的电位由于振动而产生“毛刺”。但是，首先是B点已经为高电平，A点一旦出现低电平，触发器的状态翻转为1，即使A点再出现高电平，也不会再改变触发器的状态，所以Q端的电压波形不会出现“毛刺”现象。基本RS触发器功能表RSQ10101011不变00不定基本SR引脚图2.整形电路若直接由A、B键产生的脉冲加到5脚或4脚，那么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，前两个与非门组成一个基本RS触发器，在按钮的作用下产生脉冲，后一个与门和两个与非门组成一个整形电路其作用是产生一个占空比很大的脉冲信号，这样就减少某一方在计数时另一方输出为低电平的概率，使甲乙双方都能有效计数。二加/减计数器的设计主要由74LS193构成，以及开关和电阻构成的复位电路。（一）原理图及仿真电路：拔河游戏控制电路8图5加/减计数器图6仿真电路（二）工作原理当CPu和CPd为上升沿且另一个为高电平时，开始加或减计数。由于开始工作前有清零步骤所以所以输出的初始状态为0。当CPu为上升沿且CPd为高时，计数器开始加计数，输出由0000变为0001，当再次出现如此状态时依次加计数；当CPd为上升沿且CPu为高时，计数器开始减计数，输出由0000变为1111，当再次出现如此状态时依次减计数。拔河游戏控制电路9三译码器及二极管组、反馈的设计（一）原理图及仿真电路，如图7、8：：图7译码器及二极管组、反馈部分电路：拔河游戏控制电路10图8仿真电路（二）工作原理电路使用的4线-16线译码器是由两个3线-8线译码器74HC138进行扩展构成。用74HC138实现4线-16线译码器时，由于74HC138只有3个输入端A、B、C所以可以用一个片选信号来扩展实现第四个输入端设为D。当D为0时，U6工作，U5不工作；D=1时U5工作，U6不工作。因此D接U5的G1，~D接U6的G1，如此则需要再接一个反相器，又由于G2A,G2B与G1的输入使能电平相反，因此接U6的D可以直接接G2A和G2B，则可实现D=0时U6工作，D=1时U5工作。译码器接受上级的输出信号将其译码并在相应的输出端输出，输出的有效信号为低电平。在译码器的输出级接一组发光二极管，并且接上限流电阻以保护二极管，二极管阴极接译码器输出，阳极接保护电阻再接高电平即5V电源。如此，当译码器某输出端输出低电平时对应的发光二极管发光。当比赛双方的某一方的端二极管发光时比赛结束，此时两个端二极管一个为低一个为高。根据设计要求此时双方的按钮应该失去作用，所以将输出状态反馈至加/减计数器74HC193的置数端，并将74HC193的输出接至输入端，让其循环置数。因此，端二极管的电平信号反馈到时须为低电平，将两二极管的信号经过与运算即可。（三）芯片资料4线-16线译码器功能表输入输出DCBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y150000011111111111111100011011111111111111001011011111111111110100111011111111111100111111011111111111拔河游戏控制电路110101111110111111111101101111110111111111011111111110111111111000111111110111111110011111111110111111101011111111110111111100111111111110111110111111111111110111110111111111111110111110111111111111110111111111111111111110由74HC138构成的4线-16线译码器功能表将上述各各部分模块组合在一起，就构成了拔河游戏控制电路原理图，生成相应的PCB板图，购买元器件就可以做出实物，简易而实用。第二章元器件简介第一节74HC193一74ＨＣ193简介：193为可预置的十进制同步加/减计数器，共有54193/74193，54LS193/74LS193两种线路结构形式。其主要电特性的典型值如下：型号fcPD54193/7419332MHz325mW54LS193/74LS19332MHz95mW193的清除端是异步的。当清除端（MR）为高电平时，不管时钟端（CPd、CPu）状态如何，即可完成清除功能。193的预置是异步的。当置入控制端（LOAD）为低电平时，不管时钟（CPd、CPu）的状态如何，输出端（QA－QD）即可预置成与数据输入端（A－D）相一致的状态。193的计数是同步的，靠CPd、CPu同时加在4个触发器上而实现。在CPd、CPu上升沿作用下QA－QD同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当进行加计数或减计数时可分别利用CPd或CPu，此时另一个时钟应为高电平。当计数上溢出时，进位输出端（TCd）输出一个低电平脉冲，其宽度为CPu低电平部分的低电平脉冲；当计数下溢出时，错位输出端（TCu）输出一个低电平脉冲，其宽拔河游戏控制电路12度为CPd低电平部分的低电平脉冲。当把TCu和TCd分别连接后一级的CPu、CPd，即可进行级联。二74HC193引脚图注：引出端符号TCu错位输出端（低电平有效）TCu进位输出端（低电平有效）CPu减计数时钟输入端（上升沿有效）CPd加计数时钟输入端（上升沿有效）MR异步清除端A－D并行数据输入端PL异步并行置入控制端（低电平有效）QA－QD输出端三74HC193功能表：功能模式输入输出MRPLCPuCPdD0D1D2D3Q0Q1Q2Q3TCuTCd清零HXXLXXXXLLLLHLHXXHXXXXLLLLHH置数LLXLLLLLLLLLHLLLXHLLLLLLLLHLLLLXHHHHHHHHLHLLHXHHHHHHHHH拔河游戏控制电路13第二节74HC138一简要说明：138为3线－8线译码器，共有54/74S138和54/74LS138两种线路结构型式，其主要电特性的典型值如下：型号Tpd(ABC-Y)(3级)PDCT54S138/CT74S1388ns245mWCT54LS138/CT74LS13822ns32mW该译码器有3位二进制输入A2、A1、A0，他们共有8种状态的组合，即可译出8个输出信号~Y0——~Y7，输出为低电平有效。此外，还设置了G1、（/(G2A)和/(G2B)）3个使能输入端，为电路功能的扩展提供了方便。当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/