數(shù)字兵兵球-課程設(shè)計(jì)報(bào)告終極版

1、.1華 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)電子線路綜合設(shè)計(jì)乒乓球游戲模擬設(shè)計(jì)班級： 組別：3指導(dǎo)教師： 霞2021年 12月摘 要兵兵球比賽現(xiàn)場劇烈緊，為了讓兵兵球裁判員更加專注于觀察比賽情況，和做到和做到兵兵球比賽評分規(guī)化，公平化，而防止由于過于投入觀察而發(fā)生忘記計(jì)分的情況，需要設(shè)計(jì)一個智能機(jī)器來完成專門針對于兵兵球比賽的模擬系統(tǒng)和計(jì)分器來協(xié)助裁判對雙方隊(duì)員計(jì)分，那樣裁判就可以將注意力全部集中在現(xiàn)場的比賽中，而無需要因?yàn)橛?jì)分而耽誤賽事，做到賽事組織科學(xué)化，減少由于誤差而造成的賽后紛爭，或者提供比賽判決證據(jù)。兵兵球游戲模擬機(jī)器，同時可作為啟蒙兒童的教育工具?？梢允褂迷摫蚰M機(jī)器來為兒童演示和講解兵兵球比賽

2、的計(jì)分規(guī)則和犯規(guī)條件，同時也可以激發(fā)學(xué)前班兒童對簡單電子小制作的興趣，為他們講解和介紹一些電子元器件能夠增長他們的見識和開發(fā)智商。本設(shè)計(jì)采用雙向移位存放器方法實(shí)現(xiàn)球跡移動電路，由發(fā)光二極管作光點(diǎn)模擬乒乓球移動的軌跡。采用雙D觸發(fā)器及邏輯門電路構(gòu)成按鍵組成驅(qū)動控制電路，通過此電路來控制并且實(shí)現(xiàn)球臺燈的左右移位即實(shí)現(xiàn)乒乓球的運(yùn)動。使用十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、邏輯門和集成的4管腳的數(shù)碼管來組成計(jì)分電路。關(guān)鍵詞：74LS90 雙向移位存放器 多諧振蕩器 D觸發(fā)器目 錄 TOC o 1-3 h z t 引用,1,標(biāo)題1,1 HYPERLINK l _Toc3444775151 設(shè)計(jì)目的 PAGEREF _Toc

3、344477515 h 1HYPERLINK l _Toc3444775162 設(shè)計(jì)任務(wù) PAGEREF _Toc344477516 h 1HYPERLINK l _Toc3444775172.1 設(shè)計(jì)指標(biāo) PAGEREF _Toc344477517 h 1HYPERLINK l _Toc3444775182.2 設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc344477518 h 1HYPERLINK l _Toc3444775193 方案選擇 PAGEREF _Toc344477519 h 2HYPERLINK l _Toc3444775203.1 方案選擇一 PAGEREF _Toc34447752

4、0 h 2HYPERLINK l _Toc3444775213.2 方案選擇二 PAGEREF _Toc344477521 h 2HYPERLINK l _Toc3444775223.3 方案的選擇 PAGEREF _Toc344477522 h 3HYPERLINK l _Toc3444775234 兵兵球模擬計(jì)分器的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc344477523 h 4HYPERLINK l _Toc3444775244.1 電路的總方案圖 PAGEREF _Toc344477524 h 4HYPERLINK l _Toc3444775254.2電路實(shí)現(xiàn)的原理 PAGEREF _Toc3

5、44477525 h 4HYPERLINK l _Toc3444775264.3 單元電路講解 PAGEREF _Toc344477526 h 4HYPERLINK l _Toc3444775275 電路的裝配與調(diào)試過程 PAGEREF _Toc344477527 h 8HYPERLINK l _Toc3444775285.1 電路的仿真 PAGEREF _Toc344477528 h 8HYPERLINK l _Toc3444775295.2 電路焊接 PAGEREF _Toc344477529 h 11HYPERLINK l _Toc3444775305.3 元件的布局 PAGEREF _

6、Toc344477530 h 11HYPERLINK l _Toc3444775315.4 電路的調(diào)試 PAGEREF _Toc344477531 h 12HYPERLINK l _Toc3444775326 課程設(shè)計(jì)的結(jié)論、收獲、體會 PAGEREF _Toc344477532 h 12HYPERLINK l _Toc344477533致 PAGEREF _Toc344477533 h 14HYPERLINK l _Toc344477534參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc344477534 h 15HYPERLINK l _Toc344477535附錄 PAGEREF _Toc344477

7、535 h 16HYPERLINK l _Toc344477536附錄1元器件清單 PAGEREF _Toc344477536 h 16HYPERLINK l _Toc344477537附錄2 電路總圖 PAGEREF _Toc344477537 h 17HYPERLINK l _Toc344477538圖2 電路總圖 PAGEREF _Toc344477538 h 17HYPERLINK l _Toc344477539附錄3 芯片引腳圖 PAGEREF _Toc344477539 h 18.11 設(shè)計(jì)目的(1) 加深對模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)對模擬電子技術(shù)知識的理解，拓寬知識面，穩(wěn)固電子工藝

8、實(shí)習(xí)的成果。學(xué)會查找資料，學(xué)會如何學(xué)習(xí)，如何發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。(2) 了解一件電子產(chǎn)品從構(gòu)思設(shè)計(jì)到造出成品的大概流程。(3) 認(rèn)識了仿真軟件仿真和實(shí)際之間的差異，感性認(rèn)知用電子產(chǎn)品模擬顯示生活場景。(4) 提高作為工科生的我們所必須的實(shí)踐動手能力。2 設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)(1) 裁判有一個按鈕，是系統(tǒng)初始化，比賽開場。(2) 一方發(fā)球后，球以固定速度向另一方運(yùn)動發(fā)光二極管依次點(diǎn)亮。(3) 當(dāng)球到達(dá)對方最后一個發(fā)光二極管時，對方擊球按下按鈕，球?qū)⑾蛳喾捶较蜻\(yùn)動。(4) 在其他時候擊球視為犯規(guī)，給對方加1分；都犯規(guī)，各自加1分。(5) 甲、乙各有一個2位數(shù)碼管計(jì)分；一方先到達(dá)11分，該局比賽

9、完畢。2.2 設(shè)計(jì)要求(1) 查找資料，進(jìn)展小組討論，確定最終的設(shè)計(jì)方案。(2) 根據(jù)選定方案實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的根本電路和擴(kuò)展電路，畫出各電路的邏輯電路原理圖，畫出各器件的功能表和引腳圖。(3) 根據(jù)經(jīng)濟(jì)原則選擇元器件及參數(shù)。(4) 小組進(jìn)展電路焊接、調(diào)試、測試電路性能，撰寫整理設(shè)計(jì)說明書。3 方案選擇3.1 方案選擇一3.1.1 系統(tǒng)方案圖5 計(jì)數(shù)電路原理圖3.1.2 系統(tǒng)模塊1. 頻率基準(zhǔn)模塊：環(huán)路多諧振蕩器。優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單。缺點(diǎn)：振蕩周期短，振蕩頻率高而且不可調(diào)。2. 球臺電路：用8個D觸發(fā)器級聯(lián)來實(shí)現(xiàn)左移和右移的移位功能，采用4片74LS74。缺點(diǎn)：選用芯片較多，制作本錢高及電路復(fù)雜。3.

10、 驅(qū)動控制電路：直接由按鍵控制D觸發(fā)器的上下電平，使得模擬乒乓球左右移動。3.2 方案選擇二3.2.1 工作原理 1. 頻率基準(zhǔn)模塊：石英晶體多諧振蕩器。優(yōu)點(diǎn)：輸出波形穩(wěn)定性高。缺點(diǎn)：原件較多，本錢稍高，一般用于對頻率穩(wěn)定性要求較高的場合。2. 球臺電路：球跡移動電路可采用雙向移位存放器方法實(shí)現(xiàn)，由發(fā)光二極管作光點(diǎn)模擬乒乓球移動的軌跡。3. 驅(qū)動控制電路：由雙D觸發(fā)器及邏輯門電路構(gòu)成按鍵組成的，通過此電路來控制并且實(shí)現(xiàn)球臺燈的左右移位即實(shí)現(xiàn)乒乓球的運(yùn)動。4. 計(jì)分電路：使用十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、邏輯門和集成的4管腳的數(shù)碼管來組成計(jì)分電路。3.2.2 工作框圖時鐘信號源按鍵電路發(fā)光二極管球臺驅(qū)動電路控

11、制電路LED數(shù)碼管1顯示譯碼器1計(jì)數(shù)器1LED數(shù)碼管2顯示譯碼器2計(jì)數(shù)器2 球臺電路 計(jì)分電路圖2 方案二框圖如上圖所示，該電路主要由時鐘信號源、按鍵電路、球臺驅(qū)動電路，控制電路，計(jì)數(shù)器，顯示譯碼器和LED數(shù)碼管等組成。途中標(biāo)出的各種信號的含義分別為：CP表示球臺驅(qū)動電路和計(jì)數(shù)器的時鐘信號；S表示燈乒乓球移動的信號；L表示發(fā)光二極管驅(qū)動信號，由L1L8組成；T表示計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖信號，由T1,T2組成；KA,KB表示開關(guān)控制的外輸入發(fā)球、擊球信號。3.3 方案的選擇由于方案一選用單片機(jī)STC89C51簡化代替了數(shù)字芯片的功能，單片機(jī)本身的穩(wěn)定性能受單片機(jī)的晶振時鐘電路影響很大，而晶振時鐘電路的

12、設(shè)計(jì)和布局對于我們本科生而言依然是一個難題，為了增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和減少系統(tǒng)的誤差，我們選擇方案二。用穩(wěn)定的數(shù)字芯片來代替單片機(jī)的工作量。同時，也試著從硬件的角度去思考和解決問題，代替編寫和下載程序的過程，也能夠做到降低本錢，所以我們選擇方案二來實(shí)現(xiàn)我們的兵兵球模擬游戲機(jī)器。的對于方案二使用純硬件數(shù)字芯片更加簡單，輸出準(zhǔn)確，穩(wěn)定性高。由于增強(qiáng)布線難度，也提高了做板本身的趣味性，而方案二需要到電路所用的的芯片以及局部電路已經(jīng)在我們平時的實(shí)驗(yàn)的時候接觸過，而且接觸得比較多，較為熟練，我們都覺得方案二相對而言設(shè)計(jì)更為簡單，實(shí)現(xiàn)的可能性更高，因此我們選用了方案二。4 兵兵球模擬計(jì)分器的設(shè)計(jì)4.1 電路的

13、總方案圖見附錄圖24.2電路實(shí)現(xiàn)的原理(1).用兩個74LS194四位雙向移位存放器來模擬乒乓球臺，其中第一個74LS194的DL輸出端QD接第二個的右移串行輸入端SR，這樣當(dāng)乒乓球往右準(zhǔn)備移出第一個存放器的時候就會在時鐘脈沖的作用下被移入第二個存放器。同樣道理，第二個74LS194的AR輸出端接第一個的左移串行輸入端。(2).用雙D觸發(fā)器74LS74及邏輯門電路構(gòu)成驅(qū)動控制電路(3).用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160D、邏輯門電路和集成的4管腳的數(shù)碼管組成計(jì)分電路4.3 單元電路講解4.3.1球臺電路設(shè)計(jì)1 74LS194功能介紹表1 74LS194功能表DS1 S0工作狀態(tài)011110 00

14、11 01 1置零保持右移左移并行輸入功能說明： (1)當(dāng)S1 = S0 =1 時，不管各輸入端原來是什么狀態(tài)，在下一個時脈沖到來時，其輸出分別是預(yù)先輸入到并行輸入端的 abcd ，這種方式叫送數(shù)。(2)當(dāng) S 1 =0 ，S 0 =1 時，其工作方式叫右移，這時，每來一個時鐘脈沖，輸出端的數(shù)各向右移一位，而 Q A 端的輸出則由加到 R 端的數(shù)來補(bǔ)充。(3)當(dāng) S 1 =1 ，S 0 =0 時，其工作方式叫左移，情況正好與右移相反； Q D 端的輸出由加到 L 端的數(shù)來補(bǔ)充。 (4)當(dāng) S 1 = S 0 =0 時，不管是否有 CP 脈沖作用，輸出保持不變，這叫保持方式。 CP=0 時也是保

15、持方式。電路原理圖圖3 球臺模塊電路原理圖4.3.2 驅(qū)動電路設(shè)計(jì)驅(qū)動控制電路設(shè)計(jì)如以下圖4所示圖4 驅(qū)動電路原理圖(2)電路原理圖中74LS74為上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，PR為置1端低有效，CLR為置0端低有效。當(dāng)J1=0時，兩片D觸發(fā)器輸出端均為1即S1=S0=1，通過接入74LS194，此時實(shí)現(xiàn)的是并行輸入功能。當(dāng)J1=1時，L1=J2=1，J3=L8=0,通過各門電路可知U2A,U4A,U2B輸出端分別為0，1，1，則D觸發(fā)器輸出端分別為0，1即S1=0,S0=1。相反情況時，當(dāng)J1=1時，L1=J2=0，J3=L8=1，D觸發(fā)器輸出端分別為1，0即S1=1,S0=0。通過此電路來控制并

16、且實(shí)現(xiàn)球臺燈的左右移位即實(shí)現(xiàn)乒乓球的運(yùn)動。4.3.3計(jì)分電路設(shè)計(jì)(1)74LS90功能介紹原理說明：本電路是由4 個主從觸發(fā)器和用作除2 計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)周期長度為除5 的3 位2 進(jìn)制計(jì)數(shù)器所用的附加選通所組成。有選通的零復(fù)位和置9 輸入。為了利用本計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)長度十進(jìn)制，可將B 輸入同QA輸出連接，輸入計(jì)數(shù)脈沖可加到輸入A 上，此時輸出就如相應(yīng)的功能表上所要求的那樣。真值表：Reset Inputs復(fù)位輸入輸出R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)QDQCQBQAHHL*LLLLHH*LLLLL*HHHLLH*L*LCOUNTCOUNTCOUNTCOUNTL*L*L*L*LL*(2)計(jì)數(shù)

17、電路連接圖圖5計(jì)數(shù)電路的原理圖4.3.4譯碼顯示電路(1)譯碼顯示電路的原理譯碼顯示電路是輸出的8421BCD碼譯成數(shù)碼管顯示所需要的上下電平，我們采用共陰極七段數(shù)碼管。74LS194輸出的二進(jìn)制數(shù)輸入到CD4511中，CD4511把輸入的8421編碼的二進(jìn)制數(shù)譯成七段輸出a、b、c、d、e、f、g，用以驅(qū)動數(shù)碼管，以顯示比賽分值。(2 )電路管腳連接圖圖6 譯碼電路原理圖5 電路的裝配與調(diào)試過程5.1 電路的仿真圖7 球臺仿真電路圖發(fā)光二極管模擬乒乓球運(yùn)動軌跡，由74LS194實(shí)現(xiàn)球的雙向移動。圖 8 按鍵去抖仿真電路圖采用鎖存器硬件構(gòu)造延遲去抖動，保證用戶擊球瞬間沒有誤差導(dǎo)致的計(jì)分圖 9

18、控制驅(qū)動仿真電路圖由與或門構(gòu)成的乒乓球位置判斷，當(dāng)?shù)竭_(dá)最后一個燈時，確定當(dāng)前移動軌跡，模擬是否成功擊球。圖 10 計(jì)數(shù)仿真電路圖74LS90十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)比賽分值，當(dāng)?shù)竭_(dá)11分時分值自動清零。5.2 電路焊接焊接時主要布線和焊點(diǎn)要合理分布，盡量做到美觀。在實(shí)際焊接過程中，要保證焊接筆不要碰到已經(jīng)焊好的線，否則焊好的線很容易脫落。每焊接完一局部電路，就立即進(jìn)展調(diào)試，測試無誤前方可進(jìn)展下一階段的焊接。在焊接過程中有走線的位置焊接較密，容易出現(xiàn)短路現(xiàn)象，本小組在焊接過程中有兩條走線被一段很小的錫絲連接造成短路，由于錫絲很小很難被發(fā)現(xiàn)，在檢查了后才找出原因，因此在焊接過程中要時刻注意不要造成短路，兩

19、焊點(diǎn)間要注意留有空隙。在焊接過程中一定要仔細(xì)、認(rèn)真，有一點(diǎn)小過失都可能使電路不能正常工作，在焊接后也要仔細(xì)檢查確保沒有短路等不平安因素再接通電路。5.3 元件的布局元器件布局的原則是美觀，我們遵循的布局原則有一下幾點(diǎn)：1在保證電性能合理的原則下，元器件應(yīng)相互平行或垂直排列，在整個板面上應(yīng)分勻、疏密一致。在元件布局的時候，我們首先是直接畫在了一跟板大小一樣的紙上，從而減少了在焊電路的時候的麻煩。2元器件不要布滿整個板面，注意板邊四周要留有一定余量。余量的大小要根據(jù)印的面積和固定方式來確定，位于印制電路板邊上的元器件 ，距離印制板的邊緣至少應(yīng)該2 mm。電子儀器的印制板四周，一般每邊都留有510

20、mm空間。3元器件的布設(shè)不能上下穿插。相鄰的兩個元器件之間要保持一定的間距。間距不小，避兔相互碰接。如果相鄰元器件的電位差較高，則應(yīng) 當(dāng)保持平安距離，如圖4所平安間隙一般不應(yīng)小于0.5 mm。一般環(huán)境中的間隙平安電壓是200 Vmm。4通常情況下，不管單面板還是雙面板，所有元器件應(yīng)該布設(shè)在印制板的一面，并且每個元器件的引出腳要單獨(dú)占用一個焊盤。5元器件的安裝高度要盡量低，一般元件體和引線離開板面不要超過5 mm，過高則承受振動和沖擊的穩(wěn)定性變差，容易倒伏或 與相鄰元器件碰接。6根據(jù)印制板在整機(jī)中的安裝位置及狀態(tài)，確定元件的軸線方向。規(guī)則排列的元器件，應(yīng)該使體積較大的元件的軸線方向在整機(jī)中處于豎

21、立 狀態(tài)，可提高元器件在板上固定的穩(wěn)定性。7元件兩端焊盤的跨距應(yīng)該稍大于元件體的軸向尺寸。引線不要齊根彎折，彎腳時應(yīng)該留出一定的距離(至少2 mm)，以免損壞元件。8有極性的器件在以同一板上的極性標(biāo)示方向盡量保持一致。5.4 電路的調(diào)試電路的調(diào)試分為局部調(diào)試和總體調(diào)試。首先是對電路局部的調(diào)試，我們每焊接完一個單元電路都要對電路進(jìn)展功能調(diào)試。調(diào)試的容有：接線的導(dǎo)通情況、個接點(diǎn)電壓大小、功能實(shí)現(xiàn)情況等。當(dāng)總體電路焊接出來以后就要進(jìn)展總體調(diào)試了，這就對電路是否實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)原定的功能進(jìn)展調(diào)試了，這一步是通過電路顯示數(shù)據(jù)來分析解決的。6 課程設(shè)計(jì)的結(jié)論、收獲、體會1我們小組的數(shù)字兵兵球模擬游戲系統(tǒng)可以通過球

22、臺模擬電路，驅(qū)動控制電路，計(jì)數(shù)電路，存放電路，譯碼顯示電路，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確計(jì)分評判，和大比分顯示功能。2通過這次課程設(shè)計(jì)，我們對制作一個電子產(chǎn)品的流程有了深刻的認(rèn)識，例如說，本次實(shí)驗(yàn)，一個很實(shí)用的兵兵球模擬計(jì)分器。雖然說這個實(shí)驗(yàn)肯定很難在運(yùn)動行業(yè)上得到很重要的利用，但是，他簡明的描述了一個兵兵球比賽計(jì)分的原理。在課本上學(xué)到的理論也得到了充分的展示，在實(shí)踐中深化自己的理論中，不斷的利用自己學(xué)到的知識去指導(dǎo)、去完成這次實(shí)驗(yàn)。3收獲：通過這次課程設(shè)計(jì)，我們之前學(xué)到的理論知識得到到了充分的展示，同時也加深了對理論知識的認(rèn)識。此外，我們的自學(xué)能力也得到了很大的提高，而且我們處理問題的能力又不斷地變強(qiáng)了，例如

23、，在測試電路板的時候，以前只要有*一局部功能失效就會感到徒勞無助，通過這次課程設(shè)計(jì)，我們學(xué)會了模塊話測試方法，并且在調(diào)試時候首先保證所有芯片的正負(fù)極測試顯示正常。因?yàn)槲覀冃枰粩嗟膶ふ屹Y料學(xué)習(xí)，例如仿真軟件proteus，我們之前都沒有接觸過，都是邊學(xué)邊用。同時我們也培養(yǎng)了耐心，細(xì)心，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，學(xué)會了團(tuán)隊(duì)合作，共同完成任務(wù)，為以后的學(xué)習(xí)工作打下堅(jiān)實(shí)的根底。4體會：在實(shí)習(xí)過程中我們遇到了許多沒有預(yù)料到的困難。首先在課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)發(fā)動大會上面，我們知道了要做到飛線盡量少，布局合理科學(xué)客觀是要花很多心思下去設(shè)計(jì)的，所以我們小組非常重視布線過程，希望能通過減少芯片使用來減少飛線的使用。我們有想過用p

24、cb來制作本兵兵球模擬機(jī)器，但是我們更希望能自己努力地去思考，用萬用板來焊接我們的電路，因?yàn)槲覀冋J(rèn)為邏輯思考能力很重要，能夠在萬用板上焊出一塊完整的板子是我們的目標(biāo)。我們也想通過這次課程設(shè)計(jì)來鍛煉我們的焊接技術(shù)，我們在學(xué)習(xí)理論知識，仿真和畫板軟件的同時，也要加強(qiáng)自己的焊接能力。本著要在焊接過程中一定要仔細(xì)認(rèn)真，有一點(diǎn)小過失都可能使電路不能正常工作的心態(tài)，我們在連接進(jìn)展焊接的時候，首先在一紙上畫出了電路板的構(gòu)造，然前方便我們以后在焊接的時候直接對著那紙進(jìn)展焊接，那樣就可以減少產(chǎn)生錯誤的可能性。而且，我們進(jìn)展焊接的同學(xué)很認(rèn)真慎重，很少出現(xiàn)問題，所以，我們電路檢查的很少，或者說，就出現(xiàn)了一個小小的錯誤，其他的錯誤都是因?yàn)橐郧笆菍?shí)驗(yàn)上沒預(yù)見到的困難，因此，我們認(rèn)為在焊接電路之前，先在一紙上畫出電路是很有必要的。 致 這次課程設(shè)計(jì)能夠順利完成，離不開大家的幫助。感本次課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)教師霞教師和殷教師在發(fā)