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Hebei Normal University of Science & Technology 专业： 电气自动化技术 学号： 0426120105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I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 (1)2 方案论证及电路原理 (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 (1)2.2.2电路设计原理 (2)3 单元电路的设计与参数计算 (3)3.1编码电路 (3)3.2整形电路 (3)3.2.1整形电路的设计 (3)3.2.2整形电路电路图 (4)3.3计数电路 (4)3.3.1计数电路的设计 (4)3.3.2计数电路电路图 (4)3.4译码电路 (5)3.4.1译码电路的设计 (5)3.4.2译码电路电路图 (5)3.5控制电路 (5)4 电路图及元器件明细 (6)4.1主电路图 (6)4.2元器件清单 (9)5 设计总结与心得体验 (11)5.1设计总结 (11)5.2心得体验 (11)附录：各逻辑门的引脚图 ....................................................................................................... AII1 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甲方队员乙方队员脉冲产生器可逆计数器译码器数码管显示电路乙方赢的盘数甲方赢的盘数控制器复位图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CP D必须接高电平；进行减法计数时，加法输入端CP U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J1Key = AJ2Key = BR11.0kR21.0kR31.0kR41.0kVCC5VU1A74LS00DU1B74LS00DU1C74LS00DU1D74LS00DU2A74LS00DU2B74LS00DU2C74LS00DU2D74LS00DU3A74LS00DU3B74LS00DVCC143652X12.5 V71112813109X22.5 V143.3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U174LS193NA 15B 1C 10D 9U P5Q A3Q B 2Q C 6Q D 7D O W N 4~L O A D 11~B O13~C O 12C L R 14VCC5VVCC5VJ1Key = AJ2Key = B1VCC 0VCC 02U2DCD_HE X_BLUE 1234VCC5VVCC5VJ3Key = CJ4Key = DVCC76543VCC83.4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Y 0～Y 15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，Y 0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U 54514BD _5VO 011O 19O 210O 38O 47O 56O 65O 74A 02A 13A 221E L 1~E 23A 322O 818O 917O 1020O 1119O 1214O 1313O 1416O 1515VC C5V VC C5VVC C5VVC C5VVC C5VX12.5 VX22.5 V X32.5 V X42.5 V X52.5 V X62.5 V X72.5 V X82.5 V X92.5 V X102.5 V X112.5 V X122.5 V X132.5 V X142.5 V X152.5 V J1Key = AJ2Key = BJ3Key = CJ4Key = D38VCC 37VCC 36VCC 35VCC 3433323130292827262524232221200VCC3.5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 LD ，于是计数器停止计数，处于预置状态，由于计数器数据端D 0、D 1、D 2、D 3和输出Q 0、Q 1、Q 2、Q 3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R11.0k R21.0kR31.0k R41.0kVCC5VVCCJ1Key = AJ2Key = BU1A74LS00DU1B74LS00DU1C74LS00DU1D74LS00DU2A74LS00DU2B74LS00DU2C74LS00DU2D74LS00DU3A74LS00DU3B74LS00D146231012789U474LS193DA15B 1C 10D 9U P5Q A3Q B 2Q C 6Q D 7D O W N 4~L O A D11~B O13~C O 12C L R 14111314VCC5VJ3Key = C15VCCU54514BD_5VO 011O 19O 210O 38O 47O 56O 65O 74A 02A 13A 221E L1~E 23A 322O 818O 917O 1020O 1119O 1214O 1313O 1416O 151516171819VCC5VVCCX12.5 VX22.5 V X32.5 V 2122X42.5 V 23X52.5 V 24X62.5 VX72.5 V X82.5 V 27X92.5 V28X102.5 V 29X112.5 V 30X122.5 V 31X132.5 V 32X142.5 V 33X152.5 V U6A 74LS02D35U7A4518BD_5V1A 31B 41C 51D6EN12MR17CP11U7B4518BD_5V1A31B 41C 51D 6EN12MR17CP113420VCC5VJ4Key = D44VCC52526U10DCD_HEX_BLUE1234U8DCD_HEX_BLUE1234VCC5VVCC5VVCCVCC4041424336373839（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0。