数字电子技术基础课程
设计报告
设计题目乒乓球比赛游戏机
班级10级自动化3班
姓名李鹏超
学号201015470315
指导教师许金钢
时间2012.6.18——2012.6.27 地点电工电子实验中心
课程设计内容
一、设计要求
○1设计一个甲、乙双方参赛，裁判参与的乒乓球比赛游戏模拟机。
○2用8个发光二极管排成一条直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中点亮的发光二极管代表“乒乓球”的当前位置，点亮的发光二极管依次由左向右或由右向左移动。
○3当球运动到某一方的最后一位时，参赛者应立即按下自己一方的按钮，即表示击球，若击中，则“球”向相反方向运动，若未击中，则对方得1分。
○4设置自动计分电路，双方各用二位数码管来显示计分，每局11分。
到达11分时产生报警信号。
二、设计原理
以二极管的发光位置代替现实中球的位置，并按照一定的规则进行对垒比赛。
甲乙双方击球动作用开关表示。
当球向前运当球运动到某方的最后一位时，其参赛者应立即按下自己一方的按钮，即表示击中球，球（既发光二极管的位置）向反方向移动，比赛继续。
若未击中则表示对方得分，利用计数器连接成十一进制计数器记分每局十一分。
当二者任意一方得分为十一分时发生警信号。
三、实验元器件
元器件数量
74LS194 （双向移位寄存器）两片
74LS08(与门) 两片
74LS160 （十进制加法计数器）四片
7473（2JK触发器）一片
OR2 一片
74LS00（与非门）四片
74LS04（非门）四片
蜂鸣器两个
四、实验说明
1、 74LS194的功能
74LS194为四位双向移位寄存器，它具有左移、右移、保持、串行和并行输入等多种功能。
它的管脚排列见附录。
表1是它的功能表。
功能说明：
（1）S1=S0=0时，不管是否有CP脉冲作用，输出保持不变，这叫保持方式。
CP=0时也是保持方式。
（2）当S1=0，S0=1时，其工作方式叫右移，这时，每来一个时钟脉冲，输出端的数各向右移一位，而QA端的输出则由加到R端的数来补充。
（3）当S1=1，S0=0时，其工作方式叫左移，情况正好与右移相反；QD端的输出由加到L端的数来补充。
（4）当S1=S0=1时，不管各输入端原来是什么状态，在下一个时钟脉冲到来时，其输出分别是预先输入到并行输入端的abcd，这种方式叫送数。
表1
功能
输入输出
清
除
模式时
钟
串行并行
QA QB QC QD S1 S0 L R A B C D
清除L ××××××××× L L L L 保持H ××L ×××××× QA QB QC QD 送数H H H ×× a b c d a b c d
右移H L
L H
H
×
×
H
L
××××
××××
H QA QB QC
L QA QB QC
左移H H
H L
L
H
L
×
×
××××
××××
QB QC QD H
QB QC QD L
保持H L L ××××××× QA QB QC QD 将74LS194接成如图所示实验电路时，可以检验其各种功能。
2．乒乓球游戏机
（1）以八个指示灯作为球的运行路线，其中点亮一个指示灯作为乒乓球运行的当前位置。
（2）以两个开关作为球拍，由游戏者（甲、乙）各控制一个，按下开关表示击球。
甲乙双方各有一个记分牌，由一个数码管显示双方的得分，胜一球累加一分，11分为一局。
（3）球的运行速度需在赛前设置,可由调节输入时钟脉冲信号的频率控制。
（4）进行比赛的过程和记分规则可以用下图所示流程图描述。
逻辑开关0或1
A Q A
B Q B
C Q C
D Q D L
R S1 CLR S0 CK
显示
0或1 0或1
0或1 0或1
1
0或1
开始
甲（乙）发球
球向乙（甲）方移动
乙（甲）击球？
球到乙（甲）方最后位置？
是
球向甲（乙）方移动
甲（乙）击球？
球到甲（乙）方最后位置？
乙方加分
甲方加分
非
非
非
是
是
非
是
报警
设计过程
一、发光二极管驱动电路
（1）设计过程
球迹移动电路由双向移位寄存器方法实现，由发光二极管作光点模拟乒乓球的移动轨迹。
电路由74LS194和发光二极管构成，利用8个光点来表示乒乓球移动的轨迹。
74LS194为常用的四位移位寄存器，此选用两个74LS194来连接成8位双向寄存器这是只需要将一片的Q3连接至另一片的SR端，而将另一片的Q0端连至另一片的SL端，同时把两片的S0/S1和CLR分别并联就行。
（2）电路图如下图：
二、计数电路
（1）计分电路设计过程
因为需要连成两位的计数装置，所以应选用两片74LS160同步十进制计数器连接成一进制计数器。
首先需要将两片74LS160连成百进制的计数器。
然后将电路的十一的状态译码产生的LD’=0信号，同时加到两片74LS160上，在下一个脉冲到达时（第12个脉冲信号），将0000同时置入两片74LS160中，从而得到十一进制计数器。
进位信号用与非门连接，将输出连接至LD’端。
（2）电路图如下图：
三、控制电路设计过程
用两个74LS194四位双向移位寄存器模拟乒乓球台，其中第一个74LS194的DL输出端接第二个的右移串行输入端，这样当乒乓球往右准备移出第一个寄存器的时候就会在时钟脉冲的作用下被移入第二个寄存器。
同样道理，第二个74LS194的AR输出端接第一个的左移串行输入端。
由于台面只能有一个乒乓球，以及乒乓球到达球台末端就出界，所以第一个74LS194的右移串行输入端及第二个的左移串行输入端接低电平。
复位端操作原理如下：复位端reset通过非门接到两个D触发器的置1输入端，使两个D触发器的输出端Q均为高电平。
这时两个移位寄存器的控制端S0、S1均为高电平，移位寄存器处于并行输入状态。
由于乒乓球在发球的时候只能处于球台的两端，因此第一个寄存器的A输入端接setL发球控制开关，第二个寄存器的D输入端接setR发球控制开关，而两个寄存器的其它并行输入端都接低电平。
运动员击球原理如下：假设现在乒乓球在球台的左侧，AL输出端为高电平，这里运动员击球，hitL 为高电平，AL和hitL通过与门与非门给两个D触发器形成时钟脉冲，这时第一个D触发器的D输入端为低电平；由于DR为低电平，第二个D触发器的D输入端为高电平。
于是hitL产生脉冲的结果是Q1=0，Q2=1.这两个电平作用到移位寄存器上就是：S0=1，S1=0.这两个控制端电平使寄存器产生右移信号。
右边的运动员击球的情况类似。
四、设计图模拟控制操作：
空格(space)控制的开关在高电平位置时准备发球，空格（space）离开高电平位置即运动员A发球，当球（即发光二极管）移至最右端时，运动员B击球（即按键3），球移至最左端时运动员A（即按键Z）击球。
过程中运动员击中球，球反方向运动，未击中球对方得分。
任意一方分数到达十分时蜂鸣器发出一声警报提示局点，满十一分时蜂鸣器发出连续报警提示比赛结束。
五、报警电路设计
（1）报警电路是用一个蜂鸣器实现的。
将蜂鸣器的一端接非门接计数器的输出端另一端接地。
（2）电路图为：
（3）
调试完毕之后将各部分连到一起得到电路的整体电路图如下：.
实习收获
在第一次课设中，通过使用Multisim软件设计了乒乓球游戏机，比较圆满的实现了实验预期，能够正确判断与显示乒乓球的位置，并按照实验要求设计出了自动记分和报警的装置。
由于时间和知识水平的原因，系统功能实现的功能不够完善，有机会我一定会不断的改进和补充。
这次课程设计总的说来收获很大，刚开始的时候只有一些的凌乱的头绪，后来又提出了几个不同方案。
但在实际的过程中发现,设计的情况和实际中还是有些差异的，通过本组成员的头脑风暴得出最优方案。
此外对Multisim软件也有了一定的了解。
这次课程设计虽然短暂但却是书本上的内容第一次完完全全的综合运用。
在设计过程中。
遇到了书本中不曾学到的知识，经过请教同学，以及查阅相关的资料，勉强算是通过了。
感谢在课程设计中我的同组同学，我们积极的交流与探讨也使我受益非浅，希望在以后的学习道路中我们能够共同进步。
学生：
（手写签名）
年月日
成绩评定
优秀良好中等及格不及格
指导教师：年月日。