數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)——拔河機(jī)計(jì)數(shù)器

1、1第 1 章 引言 現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)日新月異，信息是一個(gè)高度發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，而數(shù)字技術(shù)是信息的基礎(chǔ)，數(shù)字技術(shù)是目前發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制，電子測量儀表，電視、雷達(dá)，通信等各個(gè)領(lǐng)域。開發(fā)數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)更多的功能，是我們學(xué)習(xí)數(shù)字技術(shù)的職責(zé)。現(xiàn)在人們越來越感覺到科技帶來的實(shí)惠方便和娛樂。所以我們更應(yīng)把所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到生活當(dāng)中去，使它給我們添加更多的歡樂和方便。拔河比賽游戲機(jī)就是一個(gè)結(jié)構(gòu)比較簡單但綜合性和趣味性的試驗(yàn)，就是設(shè)計(jì)一個(gè)由數(shù)字電路構(gòu)成和顯示的游戲機(jī)，甲乙雙方各持一個(gè)按鍵，迅速地、不斷地按動(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，移到任一方

2、終端指示燈點(diǎn)亮，這一方就獲勝。 2第 2 章 總體設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)思路(1)比賽開始時(shí)，由裁判下達(dá)命令后，甲乙雙方才能輸入信號(hào)，否則，由于電路具有自鎖功能，使輸入信號(hào)無效。(2) 拔河游戲機(jī)由15個(gè)電平指示燈排列成一行，裁判下達(dá)“比賽開始”的命令后，只有中間一個(gè)電平指示燈亮，以此作為拔河的中心線，甲乙雙方各持一個(gè)按鍵，迅速地、不斷地按動(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。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

3、家減脈沖無效。同時(shí)，使計(jì)分電路自動(dòng)加分。(3)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。2.2 電路設(shè)計(jì)原理拔河游戲機(jī)用 15 個(gè)電平指示燈排列成一行，開機(jī)后只有中間一個(gè)點(diǎn)亮，有以此作為拔河的中心線，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，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，這一方就得勝，此時(shí)雙方按鍵均無作用，輸出保持，只有經(jīng)復(fù)位后才使亮點(diǎn)恢復(fù)到中心線。最后，顯示器顯示勝者的盤數(shù)。方案一采用編碼電路、整形電路、譯碼電路、控制電路、勝負(fù)顯示 各原理和電路圖第三章中。方案二本課題

4、，可以用兩片74LS192代替74LS193，先將兩片74LS192連接成100進(jìn)制的可逆，然后將其改成十六進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。用一全加器將兩片74LS192的輸出信號(hào)八位轉(zhuǎn)化成四位，再接給CC4514的輸入端?？刂齐娐芬部捎僧惢蜷T74LS86和與非門74LS00構(gòu)成。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” ，再送到兩74LS192計(jì)數(shù)器的置數(shù)端的非 LD，于是計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，處于預(yù)置狀態(tài)，此時(shí)，同樣將各自計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)端3D0、D1、D2、D3和輸出Q0、Q1、Q2、Q3對應(yīng)相連，則輸入也就是輸出，從而使計(jì)

5、數(shù)器對脈沖不起作用，電路的其他部分不變。兩個(gè)方案的對比：兩方案對比，明顯方案一優(yōu)于方案二，方案二要多加一塊計(jì)數(shù)器和一塊全加器，這樣無疑增加了電路的成本，且方案一的連接較為簡單，但當(dāng)沒有 74LS193 芯片時(shí)，我們可以用方案二代替方案一。所以在方案的選擇上一般選擇方案一。2.3 設(shè)計(jì)方案論證 該控制系統(tǒng)由輸入、輸出和控制器模塊構(gòu)成。輸入模塊完成裁判啟動(dòng)命令和兩個(gè)按鈕信號(hào)的輸入，其邏輯關(guān)系由門電路實(shí)現(xiàn)制器模塊完成對輸入脈沖信號(hào)的統(tǒng)計(jì)，由可預(yù)置加減計(jì)數(shù)器構(gòu)成,其預(yù)置數(shù)為0100，作為加/減計(jì)數(shù)的起點(diǎn)，加/減計(jì)數(shù)的脈沖源分別取自兩個(gè)按鈕信號(hào)，計(jì)數(shù)器輸出狀態(tài)變量進(jìn)入輸出模塊；輸出模塊完成計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)信號(hào)

6、的翻譯與顯示(可由發(fā)光二極管完成)并給出一個(gè)此次比賽結(jié)束信號(hào)。2.4 整體框圖圖 1.1電子拔河比賽游戲機(jī)總體設(shè)計(jì)方框圖控制 電路復(fù)位譯碼器整形電路選擇 開關(guān)可逆計(jì)數(shù)器取勝鎖存中心 顯示 線按鈕A,B4第 3 章 單元電路設(shè)計(jì)3.1 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74LS193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：圖 3.1 雙時(shí)鐘二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器 74LS193仿真電路圖U174LS193NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13C

7、O12CLR14VCC5VVCC5VJ1Key = AJ2Key = B1VCC0VCC02U2DCD_HEX_BLUE1234VCC5VVCC5VJ3Key = CJ4Key = DVCC076543VCC08 圖 3.23.2 整形電路設(shè)計(jì)由與門74LS08和與非門74LS00構(gòu)成。因74LS193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

8、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5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：圖 3.3 拔河機(jī)計(jì)數(shù)器邏輯圖仿真電路圖J1Key = AJ2Key = BR11.0kR21.0kR31.0kR41.0kVCC5V0U1A74LS00DU1B74LS00DU1C74LS00DU1D74LS00DU2A74LS00DU2B74LS00DU2C74LS00DU2D74LS00DU3A74LS00DU3B74LS00DVCC143652X12.5 V 701112813109X2

9、2.5 V 14圖 2.43.3 譯碼電路 由4線16線譯碼器CC4514構(gòu)成。譯碼器的輸出Y0Y15中選15個(gè)接電平指示燈，電平指示燈的負(fù)端接地，而正端接譯碼器；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：6圖 3.5 CC4514 編制的譯碼電路仿真電路圖U54514BD_5VO011O19O210O38O47O56O65O74A02A13A221EL1E23A322O818O917O1020O1119O1214O1313O1416O1515VCC

10、5VVCC5VVCC5VVCC5VVCC5VX12.5 V X22.5 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 = D380VCC370VCC360VCC350VCC3433323130292827262524232221200VCC 圖 3.63.4 控制電路LD由異或門74LS86和與非門74LS00構(gòu)成，其作用是指示出誰勝誰負(fù)。當(dāng)亮點(diǎn)移到任何

11、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74LS193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7D0、D1、D2、D3和輸出Q0、Q1、Q2、Q3對應(yīng)相連，輸入也就是輸出，從而使計(jì)數(shù)器對脈沖不起作用。電路圖如下圖所示： 圖 3.7 74LS86 和 74LS00 組成的控制電路3.5 勝負(fù)顯示電路由計(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

12、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：圖 3.8 計(jì)數(shù)器 CC4518仿真電路圖U7A4518BD_5V1A31B41C51D6EN12MR17CP11U7B4518BD_5V1A31B41C51D6EN12MR17CP11VCC5VVCC5VVCC5VJ4Key = CU10DCD_HEX_BLUE1234U8DCD_HEX_BLUE1234109876543VCCVCC0VCC2VCC5VVCC5VJ1K

13、ey = AJ2Key = BVCC01VCC011圖 3.93.6 復(fù)位控制電路74LS193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)。8CC4518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 入時(shí)鐘CP清零RD使能EN輸出功能1全部為 00100加計(jì)數(shù)000010保持圖 3.10 CC4518 功能表9第 4 章.總體設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果4.1 整體電路工作原理可逆計(jì)數(shù)器74LS193原始狀態(tài)輸出4位二進(jìn)制數(shù)0000，經(jīng)譯碼器輸出使中間的一只電平指示燈Y0點(diǎn)亮。當(dāng)按動(dòng)A、B

14、兩個(gè)按鍵時(shí)，分別產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào)，經(jīng)整形后分別加到可逆計(jì)數(shù)器上，可逆計(jì)數(shù)器輸出的代碼經(jīng)譯碼器譯碼后驅(qū)動(dòng)電平指示燈點(diǎn)亮并產(chǎn)生位移，當(dāng)亮點(diǎn)移到任何一方終端后，由于控制電路的作用，使這一狀態(tài)被鎖定，而對輸入脈沖不起作用。如按動(dòng)復(fù)位鍵，亮點(diǎn)又回到中點(diǎn)位置，比賽又可重新開始。將雙方終端指示燈的正端分別經(jīng)兩個(gè)與非門后接到2個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CC4518的使能端EN，當(dāng)任一方取勝，該方終端指示燈點(diǎn)亮，產(chǎn)生1個(gè)下降沿使其對應(yīng)的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。這樣，計(jì)數(shù)器的輸出即顯示了勝者取勝的盤數(shù)。104.2 整機(jī)邏輯圖 圖 4. 1 電子拔河機(jī)整體邏輯圖114.3 仿真結(jié)果圖 4.2 仿真結(jié)果12第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì)通過

15、這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力. 在設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，就是心里想著這樣的接法可以行得通，但實(shí)際一接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間用去很多。 做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。 平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時(shí)看課本，這次看了，下次就忘了，通過動(dòng)手實(shí)踐讓我們對各個(gè)元件映

16、象深刻。認(rèn)識(shí)來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個(gè)課程設(shè)計(jì)對我們的作用是非常大的。通過這次課程設(shè)計(jì)讓我認(rèn)識(shí)到團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們課程設(shè)計(jì)成功的一項(xiàng)非常重要的保證。而這次課程設(shè)計(jì)也正好鍛煉我們這一點(diǎn)，這也是非常寶貴的。使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。同時(shí)也讓我認(rèn)識(shí)到我們現(xiàn)在所學(xué)習(xí)的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，通過這次課程設(shè)計(jì)讓我明白了，學(xué)習(xí)的重要性，也讓我深刻的認(rèn)識(shí)到以后學(xué)習(xí)任務(wù)有多么的艱巨。有了這次的課程設(shè)計(jì)讓我從此以后會(huì)更

17、努力的學(xué)習(xí)。 13參考文獻(xiàn)1 郭照南.電子技術(shù)與 EDA 技術(shù)課程設(shè)計(jì).中南大學(xué)出版社,2010.4.2張永瑞 陳生潭 高建寧 .電路分析基礎(chǔ).(第2版)電子工業(yè)出版社2010.8. 3 張克農(nóng) 寧改娣.數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ).（第2版）高等教育出版社, 2010.7.4 胡宴如 耿蘇燕.模擬電子基礎(chǔ)技術(shù).（第2版 ）高等教育出版社，2010.4.5 江世明 黃同成. 單片機(jī)原理及應(yīng)用.中國鐵道出版社，2010.12.14致謝這次課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多東西，感謝老師的 悉心指導(dǎo)， 感謝同學(xué)對我的熱心幫助，感謝搭檔的配合，每當(dāng)我遇到困難時(shí)能得以及時(shí)解決，從而把課程設(shè)計(jì)順利的完成。同時(shí)感謝學(xué)校能給我們這么好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)來使我們對專業(yè)知識(shí)的更好的理解及應(yīng)用。 15附錄:1 原器件清單元器件數(shù)量CC4514 4 線16 線譯碼器1 片CC4518 雙同步