第1章引言现今科学技术日新月异， 信息是一个高度发展的产业， 而数字技术是信息的基础， 数字技术是目前发展最快的领域之一，数字电子技术已经广泛地应用于计算机，自动 控制，电子测量仪表，电视、雷达，通信等各个领域。

开发数字电路来实现更多的功 能， 是我们学习数字技术的职责。

现在人们越来越感觉到科技带来的实惠方便和娱乐。

所以我们更应把所学知识应用到生活当中去，使它给我们添加更多的欢乐和方便。

拔 河比赛游戏机就是一个结构比较简单但综合性和趣味性的试验， 就是设计一个由数字 电路构成和显示的游戏机，甲乙双方各持一个按键，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，这一方就获胜。

1第 2 章 总体设计方案2.1 设计思路(1)比赛开始时，由裁判下达命令后，甲乙双方才能输入信号，否则，由于电路 具有自锁功能，使输入信号无效。

(2) 拔河游戏机由 15 个电平指示灯排列成一行，裁判下达“比赛开始”的命令 后，只有中间一个电平指示灯亮，以此作为拔河的中心线，甲乙双方各持一个按键， 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，这一方就获胜，此时双方按键均无作用，输出保 持，只有经裁判复位后才使亮点恢复到中心线当一局比赛结束后,由点亮该终点灯的 信号使电路封锁加减脉冲信号的作用.即实现电路自锁,使加家减脉冲无效。

同时，使 计分电路自动加分。

(3)控制电路部分应能控制由振荡器产生的脉冲信号进入计数器的加减脉冲的输入端，其进入方向则由参赛双方的按键信号决定。

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。

最后，显示器显示胜者的盘数。

方案一采用编码电路、整形电路、译码电路、控制电路、胜负显示 各原理和电路图第三 章中。

方案二 本课题， 可以用两片 74LS192 代替 74LS193， 先将两片 74LS192 连接成 100 进制的可逆，然后将其改成十六进制的计数器。

用一全加器将两片 74LS192 的输出 信号八位转化成四位，再接给 CC4514 的输入端。

控制电路也可由异或门 74LS86 和与非门 74LS00 构成。

将双方终端指示灯的 正接至异或门的 2 个输入端，当获胜一方为“1” ，而另一方则为“0” ，异或门输出 为“1” ，经与非门产生低电平“0” ，再送到两 74LS192 计数器的置数端的非 LD， 于是计数器停止计数，处于预置状态，此时，同样将各自计数器数据端 D0、D1、2D2、D3 和输出 Q0、Q1、Q2、Q3 对应相连，则输入也就是输出，从而使计数器对脉冲不起作用，电路的其他部分不变。

两个方案的对比：两方案对比，明显方案一优于方案二，方案二要多加一块计数 器和一块全加器，这样无疑增加了电路的成本，且方案一的连接较为简单，但当没有 74LS193 芯片时，我们可以用方案二代替方案一。

所以在方案的选择上一般选择方案 一。

2.3 设计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。

2.4 整体框图按钮 A,B控 制 电路复位整形 电路选择 开关可 逆 计 数 器译 码 器取胜锁 存中 心 显 示线图 1.1 电子拔河比赛游戏机总体设计方框图3第3章3.1 编码电路的设计单元电路设计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。

通过编码器来控制电平指示灯的显示，加计数时向右移动，进行 减计数时，向相反方向移动。

电路图如下：图 3.1 双时钟二进制同步可逆计数器 74LS193 仿真电路图VCC 5VVCC 0 2 0 7 8 0VCC J1 J2 5VVCCVCC 5VVCCKey = A1Key = B J3Key = C14 11 9 10 1 15 4 5VCC U1 74LS193N J40CLR ~LOADDOWN UPD C B AU25VVCC~CO ~BO 12 137 6 2 3QD QC QB QADCD_HEX_BLUEKey = D65 431234图 3.23.2 整形电路设计由与门 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4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。

电路图如下图所示：图 3.3 拔河机计数器逻辑图 仿真电路图VCC 5V R1 1.0k J10 1X1 U1A U1B32.5 V U1C4U1D774LS00D2 674LS00D74LS00D74LS00DKey = AVCCU3AR2 1.0k574LS00D X2R3 1.0k J208U2AU2B102.5 V U2C11U2D1474LS00D974LS00D74LS00D74LS00DKey = B13U3BR4 1.0k1274LS00D图 2.43.3 译码电路由 4 线－16 线译码器 CC4514 构成。

译码器的输出 Y0～Y15 中选 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。

电路图如下图所示：5图 3.5 CC4514 编制的译码电路 仿真电路图VCC 5VVCC 0J1 J3VCC 5VVCC 0Key = A Key = C VCC 5VVCC 0J236 3735VCC 5V J4VCC 0Key = B VCC 5VVCC 0 38Key = D23 1 ~E ELA3 A2 A1 A022 21 3 227 34 28 29 30 252615 16 13 14 19 20 17 18 4 5 6 7 8 10 9 1124 33 23 31 32 20 21 22X15 X14 X13 X12X11X10O15 O14 O13 O12 O11 O10 O9 O8 O7 O6 O5 O4 O3 O2 O1 O0U5 4514BD_5VX9X8X7X6X5X4X3X2X12.5 V 2.5 V 2.5 V 2.5 V 2.5 V 2.5 V 2.5 V2.5 V 2.5 V 2.5 V2.5 V 2.5 V 2.5 V 2.5 V 2.5 V图 3.63.4 控制电路 LD 由异或门 74LS86 和与非门 74LS00 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 指示灯的正接至异或门的 2 个输入端，当获胜一方为“1”，而另一方则为“0”， 异或门输出为“1”，经与非门产生低电平“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6Q0、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。

电路图如下图所示：图 3.7 74LS86 和 74LS00 组成的控制电路3.5 胜负显示电路由计数器 CC4518 和译码显示器构成。

将双方终端指示灯正极经与非门输出后 分别接到 2 个 CC4518 计数器的 EN 端， CC4518 的两组 4 位 BCD 码分别接到实 验箱中的两组译码显示器的 8、4、2、1 插孔上。

当一方取胜时，该方终端指示灯发 亮，产生一个上升沿，使相应的计数器进行加一计数，于是就得到了双方取胜次数的 显示，若 1 位数不够，则进行 2 位数的级连。

电路图如下：图 3.8 计数器 CC4518 仿真电路图VCC 5VVCC 0VCC J2 J105VVCCU10 Key = A11U8Key = BDCD_HEX_BLUE VCC 5VVCCDCD_HEX_BLUE1VCC1 2 3 4 1 2 35 3 44U7A2 7 1 EN1 MR1 CP1 1A 1B 1C 1D 3 4 5 610 7 8 9 65V U7B6 5 4 3 1D 1C 1B 1A CP1 MR1 EN1 1 7 22 VCCVCC 5V J4VCC4518BD_5V Key = C04518BD_5V图 3.93.6 复位控制电路 74LS193 的清零端 CR 接一个电平开关，作为一个开关控制，进行多次比赛而需要的复位操作，使亮点返回中心点。

7CC4518 的清零端 R 也接一个电平开关，作为胜负显示器的复位来控制胜负计D数器使其重新计数。

其中 CC4518 功能表下表所示：输 入 时钟 清零 使能 CP RD EN × 1 × ↑ 0 1 0 0 ↓ ↓ 0 × × 0 ↑ ↑ 0 0 1 0 ↓输出功能 全部为 0 加计数保持图 3.10 CC4518 功能表8第 4 章.总体设计及仿真结果4.1 整体电路工作原理可逆计数器 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 Y 点亮。

当按动 A、B 两个按键时，分别产生两个脉冲信号，经0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。