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中北大學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 學(xué)生姓名： 朱博秀 學(xué) 號(hào)： 1205064204 學(xué)生姓名： 韓鈺 學(xué) 號(hào)： 1205064211 學(xué)生姓名： 王夢(mèng)娜 學(xué) 號(hào)： 1205064214 學(xué) 院： 信息與通信工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 題 目： 電子綜合應(yīng)用實(shí)踐 電子拔河游戲機(jī)電路的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 郝利華、王偉 職稱: 副教授 講師 2014 年6 月 9 日 中北大學(xué) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 13/14 學(xué)年第 二 學(xué)期 學(xué) 院： 信息與通信工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué)生姓名： 朱博秀 學(xué) 號(hào)： 1205064204 學(xué)生姓名： 韓鈺 學(xué) 號(hào)： 1205064211 學(xué)生姓名： 王夢(mèng)娜 學(xué) 號(hào)： 1205064214 課程設(shè)計(jì)題目： 電子綜合應(yīng)用實(shí)踐： 電子拔河游戲機(jī)電路的設(shè)計(jì) 起 迄 日 期：2014年6月9 日～2014年6月20日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 503，1號(hào)樓教室 指 導(dǎo) 教 師： 郝利華 王偉 學(xué)科部主任： 王浩全 下達(dá)任務(wù)書日期: 2014 年6 月 9日 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 1．設(shè)計(jì)目的： 學(xué)生將所掌握的電子技術(shù)理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，提高學(xué)生的動(dòng)手設(shè)計(jì)能力和科研創(chuàng)新能力，更好的培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 2．設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）： 用9個(gè)（或15個(gè)）發(fā)光管排成一行，開機(jī)后只有中間一個(gè)點(diǎn)亮，以此作為拔河中點(diǎn)線；游戲雙方各持一個(gè)按鍵，迅速、不停地按動(dòng)產(chǎn)生脈沖，誰按動(dòng)快，亮點(diǎn)向誰方移動(dòng)，直到亮點(diǎn)移動(dòng)到任一方終點(diǎn)二極管點(diǎn)亮，這一方獲勝。這時(shí)，雙發(fā)按鍵失效。經(jīng)復(fù)位后亮點(diǎn)重新恢復(fù)到中心線。顯示器能顯示省者盤數(shù)。 3．設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求〔包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等〕： ①擬定該設(shè)計(jì)的組成框圖 ②設(shè)計(jì)各單元電路。 ③畫出總電路圖，寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。 ④仿真所設(shè)計(jì)電路 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 4．主要參考文獻(xiàn)： [1]閻石主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)指導(dǎo)[M].遼寧:科技出版社.1985 [2]夏路易主編.電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程[M].北京:希望電子工業(yè)出版.2002 [3]康華光主編.數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)(第五版)[M].北京:高等教育出版社.2000 [4]任為民主編.數(shù)字電子電路學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京:廣播電視大學(xué)出版社.1992 [5]趙春云主編.常用電子元器件及應(yīng)用電路[M].電子工業(yè)出版社.2007 5．設(shè)計(jì)成果形式及要求： 課程設(shè)計(jì)報(bào)告說明書 仿真結(jié)果 6．工作計(jì)劃及進(jìn)度： 2014年6月9日 ~ 6月11日：查資料； 6月12日 ~ 6月13日：完成設(shè)計(jì)方案； 6月14日 ~2014年6月19日：完成實(shí)驗(yàn)；撰寫課程設(shè)計(jì)說明書； 6月20日：答辯 學(xué)科部主任審查意見： 簽字： 年 月 日 目 錄 設(shè)計(jì)任務(wù)及其要求..............................................................................1 總體框圖............................................................................................. 1 器件選擇............................................................................................. 2 功能模板..............................................................................................7 總體設(shè)計(jì)電路圖............................................................................... .10 結(jié)論與心得.........................................................................................11 一、設(shè)計(jì)任務(wù)及其要求 1. 設(shè)計(jì)一個(gè)模擬拔河游戲機(jī)比賽的邏輯電路。 2. 電路使用15個(gè)發(fā)光管排成一排，開機(jī)后只有中間一個(gè)點(diǎn)亮，以此作為拔河的 中心線。 3. 比賽雙方各持一個(gè)按鍵，迅速不斷的按動(dòng)產(chǎn)生脈沖，誰按得快，亮點(diǎn)向誰方向移動(dòng)。每按一次，亮點(diǎn)移動(dòng)一次。 4. 移動(dòng)到任何一方終端指示燈點(diǎn)亮，這一方得勝，此時(shí)雙方按鍵均無作用，輸出保持，只有經(jīng)裁判按動(dòng)復(fù)位后，恢復(fù)到中心線。 5. 顯示器顯示勝者的盤數(shù)。 二、總體框圖 2.1 設(shè)計(jì)方案: 本課題所設(shè)計(jì)的拔河游戲機(jī)由15發(fā)光管排列成一行，開機(jī)之后只有中間一個(gè)電平指示燈亮，以此作為拔河的中心線?？赡嬗?jì)數(shù)器原始狀態(tài)為0000，經(jīng)譯碼后輸出中間的電平指示燈亮。游戲雙方各持一個(gè)按鍵，迅速地、不斷地按動(dòng)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，誰按得快，亮點(diǎn)向誰方向移動(dòng)，每按一次，亮點(diǎn)移動(dòng)一次。移到任一方終端指示燈點(diǎn)亮，這一方就獲勝，此時(shí)雙方按鍵均無作用，輸出保持，只有經(jīng)裁判復(fù)位后才使亮點(diǎn)恢復(fù)到中心線。 當(dāng)一局比賽結(jié)束后,由點(diǎn)亮該終點(diǎn)燈的信號(hào)使電路封鎖加減脈沖信號(hào)的作用.即實(shí)現(xiàn)電路自鎖,使加減脈沖無效。同時(shí)，使計(jì)分電路自動(dòng)加分。當(dāng)兩人比賽結(jié)束后，裁判可以讓計(jì)分顯示器清零。 控制電路部分應(yīng)能控制由振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)入計(jì)數(shù)器的加減脈沖的輸入端，其進(jìn)入方向則由參賽雙方的按鍵信號(hào)決定。 2.3 模塊功能及思路介紹 本次設(shè)計(jì)中一共包含了六個(gè)模塊。 1、整形電路 整形電路，使A、B二鍵出來的脈沖經(jīng)整形后變?yōu)橐粋€(gè)占空比很大的脈沖，這就減少了進(jìn)行某一計(jì)數(shù)時(shí)另一計(jì)數(shù)輸入為低電平的可能性，從而使每按一次鍵都有可能進(jìn)行有效的計(jì)數(shù)。 2、譯碼電路 拔河開始后中心處二極管首先點(diǎn)亮，當(dāng)編碼器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時(shí)，亮點(diǎn)向右移，進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時(shí)，亮點(diǎn)向左移。 3、控制電路 指示出誰勝誰負(fù)。當(dāng)亮點(diǎn)移到任何一方的終端時(shí)，判該方為勝，此時(shí)雙方的按鍵均宣告無效。 4、勝負(fù)顯示 顯示比賽選手各自勝負(fù)次數(shù) 5、復(fù)位控制 每次比賽結(jié)束后裁判能控制讓電路回復(fù)比賽。也能讓顯示器歸零。 三、選擇器件 3.1、選擇器件： 器件名稱 器件型號(hào) 器件個(gè)數(shù) +5V直流電源 5個(gè) 單刀雙擲開關(guān) 4個(gè) 譯碼顯示器 DCD_HEX 2件 4線—16線譯碼器 CC4514BD 1片 雙同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 CC4518BD 2片 同步二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器 74LS193D 1片 與非門 74LS00D 8片 與門 74LS08D 2片 非門 74LS05D 1片 或門 74LS32D 1片 電阻 1KΩ 4個(gè) 3.2、主要器件極其相關(guān)功能 1、 4514BD4線－16線譯碼器引腳排列及功能： 4514BD管腳圖 輸入 高電平輸出端 輸入 高電平輸出端 LE INH A3 A2 A1 A0 LE INH A3 A2 A1 A0 1 0 0 0 0 0 YO 1 0 1 0 0 1 Y9 1 0 0 0 0 1 Y1 1 0 1 0 1 0 Y10 1 0 0 0 1 0 Y2 1 0 1 0 1 1 Y11 1 0 0 0 1 1 Y3 1 0 1 1 0 0 Y12 1 0 0 1 0 0 Y4 1 0 1 1 0 1 Y13 1 0 0 1 0 1 Y5 1 0 1 1 1 0 Y14 1 0 0 1 1 0 Y6 1 0 1 1 1 1 Y15 1 0 0 1 1 1 Y7 1 1 無 1 0 1 0 0 0 Y8 0 0 ① 4514BD邏輯功能圖 4514BD說明： Y0～Y15 — 數(shù)據(jù)輸出端； ① — 輸出狀態(tài)鎖定在上一個(gè)LE＝“1”時(shí)，A0～A3的輸入狀態(tài) ； A0～A3 — 數(shù)據(jù)輸入端 ；INH — 輸出禁止控制端； LE — 數(shù)據(jù)鎖存控制端。 2、4518BD雙十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器引腳排列及功能： 4518BD管腳圖 輸入 輸出功能 CP R EN ↑ 0 1 加 計(jì) 數(shù) 0 0 ↓ 加 計(jì) 數(shù) ↓ 0 保持 0 ↑ ↑ 0 0 1 0 ↓ 1 全部為“0” 4518邏輯功能表 4518BD管腳說明： 1CP、2CP — 時(shí)鐘輸入端 ； 1R、2R — 清除端； 1EN、2EN — 計(jì)數(shù)允許控制端； 1Q0～1Q3 — 計(jì)數(shù)器輸出端； 2Q0～2Q3 — 計(jì)數(shù)器輸出端。 3、74LS193D 同步二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器 簡(jiǎn)要說明：74LS193 為 可 預(yù) 置 的 十 六 進(jìn) 制 同 步 加 / 減 計(jì) 數(shù) 器。74LS193 的清除端是異步的。當(dāng)清除端（MR）為高電平時(shí)，不管時(shí)鐘端（CPD、CPU）狀態(tài)如何，即可完成清除功能。193 的預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端（PL）為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（Q0～Q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（P0～P3）相一致的狀態(tài)。193 的計(jì)數(shù)是同步的，靠CPD、CPU同時(shí)加在 4 個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)。在CPD、CPU上升作用下Q0～Q3 同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)進(jìn)行加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)時(shí)可分別利用CPD或CPU，此時(shí)另一個(gè)時(shí)鐘應(yīng)為高電平。 74LS193管腳圖 74LS193管腳說明：當(dāng)置入控制端（PL）為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端3，2，6，7即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端15，1，10，9相一致的狀態(tài)?？僧?dāng)成輸出端14為置零端 ；11為置數(shù)端。3，2，6，7為輸出端；14為置零端；5為加法計(jì)數(shù)端；4為減法計(jì)數(shù)端 ；12，13分別為進(jìn)借位端。 4、74LS00與非門 輸入 輸出 A B Y 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 74LS00邏輯功能表 5、74LS05D非門 輸入 輸出 A Y 0 1 1 0 6、74LS32或門 輸入 輸出 A B Y 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 74LS32邏輯功能表 7、74LS08與門 輸入 輸出 A B Y L L L L H L H L L H H H 74LS08邏輯功能表 四、功能模塊 4.1、各模塊功能及相關(guān)原理圖 1、 編碼電路的設(shè)計(jì)： 由雙時(shí)鐘二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74LS193D構(gòu)成，它有2個(gè)輸入端，4個(gè)輸出端，能進(jìn)行加／減計(jì)數(shù)。通過編碼器來控制電平指示燈的顯示，加計(jì)數(shù)時(shí)向右移動(dòng)，進(jìn)行減計(jì)數(shù)時(shí)，向相反方向移動(dòng)。電路圖如下： 2.整形電路設(shè)計(jì)： 由與門74LS08D和與非門74LS00D構(gòu)成。因74LS192D是可逆計(jì)數(shù)器， 控制加減的CP脈沖分別加至5腳和4腳，此時(shí)當(dāng)電路要求進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時(shí)，減法輸入端CPD必須接高電平；進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時(shí)，加法輸入端CPU也必須接高電平，若直接由A、B鍵產(chǎn)生的脈沖加到5腳或4腳，就有很多時(shí)機(jī)在進(jìn)行計(jì)數(shù)輸入時(shí)另一計(jì)數(shù)輸入端為低電平，使計(jì)數(shù)器不能計(jì)數(shù)，雙方按鍵均失去作用，拔河比賽不能正常進(jìn)行。加一整形電路，使A、B二鍵出來的脈沖經(jīng)整形后變?yōu)橐粋€(gè)占空比很大的脈沖，這就減少了進(jìn)行某一計(jì)數(shù)時(shí)另一計(jì)數(shù)輸入為低電平的可能性，從而使每按一次鍵都有可能進(jìn)行有效的計(jì)數(shù)。電路圖如下圖所示： 3.譯碼電路： 由4線－16線譯碼器4514BD構(gòu)成。譯碼器的輸出Y0～Y15中選15個(gè)接電平指示燈，電平指示燈的正端接譯碼器；這樣，當(dāng)輸出為高電平時(shí)電平指示燈點(diǎn)亮。 比賽準(zhǔn)備，譯碼器輸入為0000，Y0輸出為1，中心處指示燈首先點(diǎn)亮，當(dāng)編碼器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時(shí)，亮點(diǎn)向右移，進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時(shí)，亮點(diǎn)向左移。電路圖如下圖所示： 4.控制電路： LD 由74LS32和74LS05構(gòu)成，其作用是指示出誰勝誰負(fù)。當(dāng)亮點(diǎn)移到任何一方的終端時(shí)，判該方為勝，此時(shí)雙方的按鍵均宣告無效。將雙方終端指示燈的正接至異或門的2個(gè)輸入端，當(dāng)獲勝一方為“1”，而另一方則為“0”，異或門輸 出為“1”， 經(jīng)與非門產(chǎn)生低電平“0”，再送到74LS192D計(jì)數(shù)器的置數(shù)端,于是計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，處于預(yù)置狀態(tài)，由于計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)端D0、D1、D2、D3和輸出Q0、Q1、Q2、Q3對(duì)應(yīng)相連，輸入也就是輸出，從而使計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖不起作用。電路圖如下圖所示： 5.勝負(fù)顯示： 由計(jì)數(shù)器CC4518和譯碼顯示器構(gòu)成。將雙方終端指示燈正極經(jīng)與非門輸出后分別接到2個(gè)CC4518計(jì)數(shù)器的EN端，CC4518的兩組4位BCD碼分別接到實(shí)驗(yàn)箱中的兩組譯碼顯示器的8、4、2、1插孔上。當(dāng)一方取勝時(shí)，該方終端指示燈發(fā)亮，產(chǎn)生一個(gè)上升沿，使相應(yīng)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行加一計(jì)數(shù)，于是就得到了雙方取勝次數(shù)的顯示，若1位數(shù)不夠，則進(jìn)行2位數(shù)的級(jí)連。電路圖如下： 6.復(fù)位控制： 74LS193D的清零端CR接一個(gè)電平開關(guān)，作為一個(gè)開關(guān)控制，進(jìn)行多次比賽而需要的復(fù)位操作，使亮點(diǎn)返回中心點(diǎn)。 4518BD的清零端RD也接一個(gè)電平開關(guān)，作為勝負(fù)顯示器的復(fù)位來控制勝負(fù)計(jì)數(shù)器使其重新計(jì)數(shù)。其中CC4518功能表下表所示： 輸 入 輸出功能 時(shí)鐘 CP 清零 RD 使能 EN 1 全部為0 ↑ 0 1 加計(jì)數(shù) 0 0 ↓ ↓ 0 保持 0 ↑ ↑ 0 0 1 0 ↓ 五、總體設(shè)計(jì)電路圖 工作原理及部分的連接方式：A,B兩人通過開關(guān)產(chǎn)生脈沖，經(jīng)過整形電路后接74LS192D同步二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，經(jīng)74LS192D同步二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器對(duì)信號(hào)進(jìn)行加減后接譯碼電路，譯碼電路譯碼后顯示到電平顯示器上。再把勝負(fù)電路接到兩頭最邊的電平顯示燈上，勝負(fù)電路收到勝負(fù)信號(hào)后顯示勝負(fù)次數(shù)。當(dāng)比賽結(jié)束后由復(fù)位控制對(duì)顯示勝負(fù)裝置和電平顯示燈回復(fù)到初始狀態(tài)。這樣就達(dá)到了設(shè)計(jì)目的和要求。 總體電路原理圖 六、結(jié)論與心得 本次課程設(shè)計(jì)后我對(duì)數(shù)字電子技術(shù)，模擬電子技術(shù)有了更進(jìn)一步的熟悉，實(shí)際操作和課本上的知識(shí)有很大聯(lián)系，但又高于課本，一個(gè)看似很簡(jiǎn)單的電路，要?jiǎng)邮职阉O(shè)計(jì)出來就比較困難了，同時(shí)通過本次電路的設(shè)計(jì)，不但鞏固了所學(xué)知識(shí)，也使我們把理論與實(shí)踐從真正意義上結(jié)合起來，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的興趣，考驗(yàn)了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜集、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，和組織材料的綜合能力。通過設(shè)計(jì)拔河游戲機(jī)控制電路，讓我對(duì)電子器件的認(rèn)識(shí)也不再停留在字面上，實(shí)現(xiàn)了從理論到實(shí)踐的飛躍。我了解到理論和實(shí)踐是分不開的。只有理論不行，當(dāng)你面對(duì)一堆元?dú)饧r(shí)，你會(huì)茫然不知所措；可只懂實(shí)踐也不行，當(dāng)別人問你為什么會(huì)這樣，怎么樣才算正確，你如果說憑感覺是不足以服人的。學(xué)習(xí)的目的就是去應(yīng)用，只有實(shí)踐才能將書本知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)用的技能。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多專業(yè)知識(shí)問題，最后在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的共同努力下，終于游逆而解。此次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨(dú)立思考解決問題，出現(xiàn)差錯(cuò)的隨機(jī)應(yīng)變，和與人合作共同提高，都受益非淺。