A. 數電課程設計"乒乓球比賽游戲機"
第一章 設計任務書
一、設計題目：乒乓球比賽游戲機
二、設計要求：
1. 設計一個甲、乙雙方參賽，裁判參與的乒乓球比賽游戲模擬機。
2. 用8個發光二極體排成一條直線，以中點為界，兩邊各代表參賽雙方的位置，其中點亮的發光二極體代表「乒乓球」的當前位置，點亮的發光二極體依次由左向右或由右向左移動。
3. 當球運動到某方的最後一位時，參賽者應立即按下自己一方的按鈕，即表示擊球，若擊中，則「球」向相反方向運動，若未擊中，則對方得1分。
4. 設置自動計分電路，雙方各用二位數碼管來顯示計分，每局10分。到達10分時產生報警信號。
第二章 電路組成和工作原理
一.分析系統的邏輯功能，畫出其框圖如下：
計分電路
球台電路
L
CP
S
KA,KB
CNT
圖1乒乓球比賽游戲機的原理框圖
如上圖1所示，該電路主要由球台驅動電路，控制電路，計數器，顯示解碼器和LED數碼管等組成。途中標出的各種信號的含義：CP表示球台驅動電路和計數器的時鍾信號；S表示燈（乒乓球）移動的信號；L表示發光二極體驅動信號，由L1~L8組成；CNT表示計數器的計數脈沖信號，由CNT1,CNT2組成；KA,KB表示開關控制的外輸入發球、擊球信號。
二、總體思路描述如下：
1.用兩個74LS194四位雙向移位寄存器模擬乒乓球台，其中第一個74LS194的DL輸出端接第二個的右移串列輸入端，這樣當乒乓球往右准備移出第一個寄存器的時候就會在時鍾脈沖的作用下被移入第二個寄存器。同樣道理，第二個74LS194的AR輸出端接第一個的左移串列輸入端。
2.用D觸發器及邏輯門電路構成驅動控制電路
3.用計數器、邏輯門電路和集成的4管腳的數碼管組成計分電路
第三章 設計步驟及方法
一、單元電路的設計
1.球台電路如下圖2設計所示：
圖2.球台電路
上圖中，兩片4位74LS194雙向移位寄存器接成8位雙向移位寄存器。74LS194功能表如下
D
S1 S0 工作狀態
0
1
1
1
1 × ×
0 0
0 1
1 0
1 1 置零
保持
右移
左移
並行輸入
功能說明：
(1)當S1 = S0 =1 時，不管各輸入端原來是什麼狀態，在下一個時脈沖到來時，其輸出分別是預先輸入到並行輸入端的 abcd ，這種方式叫送數。
(2)當 S 1 =0 ，S 0 =1 時，其工作方式叫右移，這時，每來一個時鍾脈沖，輸出端的數各向右移一位，而 Q A 端的輸出則由加到 R 端的數來補充。
(3)當 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 端的數來補充。
(4)當 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 時也是保持方式。
2.驅動控制電路設計如下圖3所示
圖3.驅動控制電路
圖中74LS74為上升沿觸發的D觸發器，~PR為置1端（低有效），~CLR為置0端（低有效）。當J1=0時，兩片D觸發器輸出端均為1即S1=S0=1，通過接入74LS194，此時實現的是並行輸入功能。當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觸發器輸出端分別為0，1即S1=0,S0=1。相反情況時，當J1=1時，L1=J2=0，J3=L8=1，D觸發器輸出端分別為1，0即S1=1,S0=0。通過此電路來控制並且實現球台燈的左右移位即實現乒乓球的運動。
3.計分電路的設計如下圖4所示：
圖4.計分電路
如上圖所示，計分電路由一個7404非門，7409與門和十進制的74LS160計數器構成。得分真值表如下
由上表可得上圖中非門和與門的接法。
L1 J2(A) L8 J3 Y(A) Y(B)
1 0 0 0 0 1
0 0 1 0 1 0
同步十進制計數器74LS160的功能表如下：
D
EP ET 工作狀態
×
×
×
0
1
1
1
1 ×
0
1
1
1 × ×
× ×
0 1
× 0
1 1 置零
預置數
保持
保持（但C=0）
計數
由74LS160的功能表可知，當~RD=~LD=EP=ET=1時工作狀態為計數，即圖4中的~CLR=~LOAD=ENT=
ENP=1時。選用ENP、ENT作為74LS160的計數控制端，當ENT=ENP=1時計數，當ENT=ENP=0時計分電路處於保持狀態。RCO為進位輸出端，即當選手計滿9分時給出報警信號。
二、總體電路的設計及模擬結果。
總體設計電路圖如下圖所示：
模擬結果圖如下：
用Multisim封裝後的結果如下圖所示：
繪制的PCB圖
課程設計收獲
通過此次課程設計，我們了解了模擬電路基本設計方法,對Multisim模擬軟體有了初步的了解和認識，使用Multisim模擬軟體，可以讓我們在虛擬的環境中進行實驗，不需要真實電路環境的介入，不必顧及儀器設備的短缺與時間環境的限制，能夠極大的提高實驗的效率。
這次數電課程設計,雖然短暫但是讓我得到多方面的提高：1、提高了我們的邏輯思維能力，使我們在邏輯電路的分析與設計上有了很大的進步。加深了我們對組合邏輯電路與時序邏輯電路的認識，進一步增進了對一些常見邏輯器件的了解。另外，我們還更加充分的認識到，數字電路這門課程在科學發展中的至關重要性2，查閱參考書的獨立思考的能力以及培養非常重要，我們在設計電路時，遇到很多不理解的東西，有的我們通過查閱參考書弄明白，有的通過網路查到，但由於時間和資料有限我們更多的還是獨立思考。3，相互討論共同研究也是很重要的，經常出現一些問題，比如電路設計中的控制器的設計，以及乒乓球游戲機怎樣計分等的分析。還使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。
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