Hebei Normal University of Science & Technology 专业： 电气自动化技术 学号： 0426120105 电子技术课程设计题 目： 拔河游戏机 院（系、部）： 机电工程学院 学 生 姓 名： 董舒凡 指 导 教 师： 刘金华 郭秀梅 2013年12月30日至2014年1月10日拔河游戏机摘要 拔河游戏机是一种用数字信号模拟拔河比赛的实验装置比赛双方通过控制指示灯的移动方向来模拟绳子被拉向哪一方，当指示灯先到达某一方的终点时，则判该方取胜 本课程设计的内容就是采用74LS00、74LS193、4线－16线译码器CC4514、74LS02、CC 4518设计的一个电子拔河游戏机，该游戏机具有整形、计数、译码、控制、复位等功能，设计原理简单易懂，所设计的游戏机的游戏规则和真的拔河比赛规则相类似拔河游戏机共有9个发光二级管，开机后只有中间一个发亮，以此作为拔河的中心线，游戏双方各持一个按键，迅速地，不断地按动以产生脉冲，谁按的快，亮点向谁方向移动，每按一次，亮点移动一次，移到任一方终端二极管发亮，这一方就得胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经复位后才使亮点恢复到中心线。
本实验使我们进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力关键字： 数字信号 计数器 译码器 目录 1 设计任务及要求 1 1.1 设计任务及技术指标 1 1.2设计要求 12 方案论证及工作原理 1 2.1方案论证 1 2.2整体电路的工作原理 1 2.2.1电路设计思路 2 2.2.2电路工作原理 33 单元电路设计 2 3.1编码电路 2 3.2整形电路 2 3.2.1整形电路原理 2 3.2.2整形电路电路图 3 3.3计数电路 5 3.3.1计数电路原理 2 3.3.2计数电路电路图 3 3.4译码电路 5 3.4.1译码电路原理 2 3.4.2译码电路电路图 3 3.5控制电路 54 电路原理图及元器件明细 9 4.1电路原理图 9 4.2元器件明细 105 总结与体会 11 5.1设计总结 9 5.2体验心得 106 参考文献： 12附录： A1 设计任务及要求1.1 设计任务及技术指标拔河游戏机用9个发光二极管排成一行，开机后只有中间一个点亮，以此作为拔河的中心线，游戏双方各持一个按键，迅速地、不断地按动产生脉冲，谁按得快，亮点向谁的方向移动，每按一次，亮点移动一次。
移到任一方终端二极管点亮，这一方就得胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经复位后才使亮点恢复到中心线 用译码器、可逆计数器、十进制计数器、与门、异或门等组成电路1.2设计要求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6． 根据设计要求合理选择方案2 方案论证及电路原理2.1方案论证该控制系统由输入、输出和控制器模块构成输入模块完成裁判启动命令和两个按钮信号的输入，其逻辑关系由门电路实现；控制器模块完成对输入脉冲信号的统计，由可预置加／减计数器构成,其预置数为0100，作为加／减计数的起点，加／减计数的脉冲源分别取自两个按钮信号，计数器输出状态变量进入输出模块；输出模块完成计数器统计信号的翻译与显示(可由发光二极管完成)并给出一个此次比赛结束信号。
2.2整体电路的工作原理2.2.1电路设计思路 1．该设计的主要任务是控制“电子绳”发亮的LED管由中点向速度快的一方移动，而阻止向另一方移动用可预制的加/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LED发亮当向计数器输入“加脉冲”时，使其作加运算而发亮的LED向增大的一方移动，相反，当输入“减脉冲”时，发亮的LED向相反的方向移动 2．当一局比赛结束，即发亮的LED移动某一方的终点时，由点亮该终点灯的信号使电路封锁加/减脉冲信号的作用，既实现电路的自锁，使加/减脉冲无效同时，使电路自动加分 3．控制电路部分应能够控制由振荡器产生的脉冲信号进入计数器的加/减脉冲输入端，其进入方向由参赛双方输入的按键信号决定 2.2.2电路设计原理拔河游戏机用15个电平指示灯排列成一行，开机后只有中间一个点亮，有以此作为拔河的中心线，游戏双方各持一个按键，迅速地、不断地按动产生脉冲，谁按得快，亮点向谁方向移动，每按一次，亮点移动一次移到任一方终端指示灯点亮，这一方就得胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经复位后才使亮点恢复到中心线图1电子拔河游戏机原理框图 图2 拔河游戏机的电路框图 可逆计数器74LS193原始状态输出4位二进制数0000，经译码器输出使中间的一只电平指示灯点亮。
当按动A、B两个按键时，分别产生两个脉冲信号，经整形后分别加到可逆计数器上，可逆计数器输出的代码经译码器译码后驱动电平指示灯点亮并产生位移，当亮点移到任何一方终端后，由于控制电路的作用，使这一状态被锁定，而对输入脉冲不起作用如按动复位键，亮点又回到中点位置，比赛又可重新开始将双方终端指示灯的正端分别经两个与非门后接到2个十进制计数器CC4518的使能端EN，当任一方取胜，该方终端指示灯点亮，产生1个下降沿使其对应的计数器计数这样，计数器的输出即显示了胜者取胜的盘数3 单元电路的设计与参数计算3.1编码电路由双时钟二进制同步可逆计数器74LS193构成，它有2个输入端，4个输出端，能进行加／减计数3.2整形电路3.2.1整形电路的设计由与门74LS08和与非门74LS00构成因74LS193是可逆计数器，控制加减的CP脉冲分别加至5脚和4脚，此时当电路要求进行加法计数时，减法输入端CPD必须接高电平；进行减法计数时，加法输入端CPU也必须接高电平，若直接由A、B键产生的脉冲加到5脚或4脚，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，使A、B二键出来的脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲，这就减少了进行某一计数时另一计数输入为低电平的可能性，从而使每按一次键都有可能进行有效的计数图3为整形电路图 图33.2.2整形电路电路图3.3计数电路3.3.1计数电路的设计74LS193是双时钟4位二进制同步可逆计数器 74LS193的特点是有两个时钟脉冲（计数脉冲）输入端CPU和CPD在RD=0、LD＝1的条件下，作加计数时,令CPD＝1,计数脉冲从CPU输入；作减计数时，令CPU＝1，计数脉冲从CPD输入此外，74LS193还具有异步清零和异步预置数的功能当清零信号RD＝1时，不管时钟脉冲的状态如何,计数器的输出将被直接置零；当RD＝0,LD＝0时，不管时钟脉冲的状态如何，将立即把预置数数据输入端A、B、C、D的状态置入计数器的QA、QB、QC、QD端，称为异步预置数3.3.2计数电路电路图3.4译码电路3.4.1译码电路的设计由4线－16线译码器CC4514构成译码器的输出Y0～Y15中选出15个接电平指示灯，电平指示灯的负端接地，而正端接译码器；这样，当输出为高电平时电平指示灯点亮。
比赛准备，译码器输入为0000，Y0输出为1，中心处指示灯首先点亮，当编码器进行加法计数时，亮点向右移，进行减法计数时，亮点向左移3.4.2译码电路电路图3.5控制电路由或非门74LS02构成，其作用是指示出谁胜谁负当亮点移到任何一方的终端时，判该方为胜，此时双方的按键均宣告无效将双方终端指示灯的正接至或非门的2个输入端，当获胜一方为“1”，而另一方则为“0”，或非门输出为“0”，再送到74LS193计数器的置数端 ，于是计数器停止计数，处于预置状态，由于计数器数据端D0、D1、D2、D3和输出Q0、Q1、Q2、Q3对应相连，输入也就是输出，从而使计数器对脉冲不起作用4 电路图及元器件明细4.1主电路图（1）将开关C、D先置高 ，即通过74LS193的清零端CR和CC4518的清零端RD使中心发光二极管发光和胜负显示器为02）将开关C、D先置低 ，即使74LS193的清零端CR和CC4518的清零端RD为低，使74LS193 和CC4518进入工作状态，此时甲乙双方分别快速按动键A、B，使74LS193计数器进行加减运算，可以看到发光二极管左右移动，上图中为甲方获胜的情形，下图为乙方获胜的情形。
甲乙双方的得分为1:1 4.2元器件清单 CC4514 4线—16线译码器 CC4518 双同步十进制计数器 74LS193 同步二进制可逆计数器 74LS00 四2输入与非门 74LS08 四2输入与门 74LS86 四2输入异或门 5 设计总结与心得体验5.1设计总结 拔河游戏机共有9个发光二级管，开机后只有中间一个发亮，以此作为拔河的中心线，游戏双方各持一个按键，迅速地，不断地按动以产生脉冲，谁按的快，亮点就向谁的方向移动，每按一次，亮点移动一次，移到任一方终端二极管发亮，这一方就得胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经复位后才使亮点恢复到中心线, 用七段数码管显示胜者取胜的盘数通过设计多谐振荡器提供输入脉冲，用可逆计数器，译码器，将甲乙双方的输入转换为脉冲，再经过译码，显示译码器和七段数码管实现电路的记分功能用开关设计的裁判可以实现电路的记分和清零功能。
因74LS193是可逆计数器，控制加减的CP脉冲分别加至5脚和4脚，此时当电路要求进行加法计数时，减法输入端CPD必须接高电平；进行减法计数时，加法输入端CPU也必须接高电平，若直接由A、B键产生的脉冲加到5脚或4脚，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需加一整形电路，使A、B二键出来的脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲，这样就可减少了进行某一计数时另一计数输入为低电平的可能性，从而使每按一次键都有可能进行有效的计数整形电路由与非门和与门实现 5.2心得体验 通过设计拔河游戏机控制电路，让我对电子技术这门课有了更深刻的了解，对电子器件的认识也不再停留在字面上，实现了从理论到实践的飞跃我了解到理论和实践是分不开的只有理论不行，当你面对一堆元气件时，你会茫然不知所措；可只懂实践也不行，当别人问你为什么会这样，怎么样才算正确，你如果说凭感觉是不足以服人的学习的目的就是去应用，只有实践才能将书本知识转化为实用的技能6.参考文献： [1] 湖南大学 彭介华主编《电子技术课程设计指导》，高等教育出版社 [2] 李国丽 朱维勇 《电子技术实验指导书》 中国科技大学出版社 [3] 蔡惟铮主编：《数字电子线路基础》，哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，1988年 [4] 李士雄、丁康源主编：《数字集成电子技术教程》，高等教育出版社，1993年 [5] 方建中主编《电子线路实验》，浙江大学出版社，2001年 [6] 康华光主编《电子技术基础.数字部分（第四版）》，高等教育出版社16附录： 各逻辑门的引脚图1、74LS00的引脚图。
2、74LS02的引脚图74LS021234567141312111098VCC 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND74LS001234567141312111098VCC 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND3、74LS08的引脚图 4、74LS193的引脚图1.1.1.1.1.1.1.1 74LS19312345678161514131211109VCC D0 CR BO CO LD D2 D3D1 Q1 Q0 CPD CPU Q2 Q3 GND74LS081234567141312111098VCC 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND5、4线－16线译码器CC4514的引脚图1.1.1.2 CC451412345678VDD INH A3 A2 Y10 Y11 Y8 Y9 Y14 Y15 Y12 Y13LE A0 A1 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y1 Y2 Y0 VSS16151413121110917181920212223246、CC4518的引脚图。
1.1.1.2.1.1.1.1 CC451812345678161514131211109VDD 2RD 2Q3 2Q2 2Q1 2Q0 2EN 2CP1CP 1EN 1Q0 1Q1 1Q2 1Q3 1RD VSS。