數(shù)字電子技術基礎課程設計——拔河機計數(shù)器

1、<p><b>　　第1章 引言</b></p><p>　　現(xiàn)今科學技術日新月異，信息是一個高度發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，而數(shù)字技術是信息的基礎，數(shù)字技術是目前發(fā)展最快的領域之一，數(shù)字電子技術已經(jīng)廣泛地應用于計算機，自動控制，電子測量儀表，電視、雷達，通信等各個領域。開發(fā)數(shù)字電路來實現(xiàn)更多的功能，是我們學習數(shù)字技術的職責?，F(xiàn)在人們越來越感覺到科技帶來的實惠方便和娛樂。所以我們更應把所學知識

2、應用到生活當中去，使它給我們添加更多的歡樂和方便。拔河比賽游戲機就是一個結構比較簡單但綜合性和趣味性的試驗，就是設計一個由數(shù)字電路構成和顯示的游戲機，甲乙雙方各持一個按鍵，迅速地、不斷地按動產(chǎn)生脈沖，誰按得快，亮點向誰方向移動，每按一次，亮點移動一次，移到任一方終端指示燈點亮，這一方就獲勝。</p><p>　　第2章 總體設計方案</p><p><b>　　2.1設計思路&l

3、t;/b></p><p>　　(1)比賽開始時，由裁判下達命令后，甲乙雙方才能輸入信號，否則，由于電路具有自鎖功能，使輸入信號無效。</p><p>　　(2) 拔河游戲機由15個電平指示燈排列成一行，裁判下達“比賽開始”的命令后，只有中間一個電平指示燈亮，以此作為拔河的中心線，甲乙雙方各持一個按鍵，迅速地、不斷地按動產(chǎn)生脈沖，誰按得快，亮點向誰方向移動，每按一次，亮點移動一次。移

4、到任一方終端指示燈點亮，這一方就獲勝，此時雙方按鍵均無作用，輸出保持，只有經(jīng)裁判復位后才使亮點恢復到中心線當一局比賽結束后,由點亮該終點燈的信號使電路封鎖加減脈沖信號的作用.即實現(xiàn)電路自鎖,使加家減脈沖無效。同時，使計分電路自動加分。</p><p>　　(3)控制電路部分應能控制由振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進入計數(shù)器的加減脈沖的輸入端，其進入方向則由參賽雙方的按鍵信號決定。</p><p>　

5、　2.2 電路設計原理</p><p>　　拔河游戲機用15個電平指示燈排列成一行，開機后只有中間一個點亮，有以此作為拔河的中心線，游戲雙方各持一個按鍵，迅速地、不斷地按動產(chǎn)生脈沖，誰按得快，亮點向誰方向移動，每按一次，亮點移動一次。移到任一方終端指示燈點亮，這一方就得勝，此時雙方按鍵均無作用，輸出保持，只有經(jīng)復位后才使亮點恢復到中心線。最后，顯示器顯示勝者的盤數(shù)。</p><p><

6、;b>　　方案一</b></p><p>　　采用編碼電路、整形電路、譯碼電路、控制電路、勝負顯示 各原理和電路圖第三章中。</p><p><b>　　方案二</b></p><p>　　本課題，可以用兩片74LS192代替74LS193，先將兩片74LS192連接成100進制的可逆，然后將其改成十六進制的計數(shù)器。用一全加器

7、將兩片74LS192的輸出信號八位轉化成四位，再接給CC4514的輸入端。</p><p>　　控制電路也可由異或門74LS86和與非門74LS00構成。將雙方終端指示燈的正接至異或門的2個輸入端，當獲勝一方為“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計數(shù)器的置數(shù)端的非LD，于是計數(shù)器停止計數(shù)，處于預置狀態(tài)，此時，同樣將各自計數(shù)器數(shù)據(jù)端D0、D1、D2、D3和

8、輸出Q0、Q1、Q2、Q3對應相連，則輸入也就是輸出，從而使計數(shù)器對脈沖不起作用，電路的其他部分不變。</p><p>　　兩個方案的對比：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，但當沒有74LS193芯片時，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。</p><p>　　2.3 設計方案論

9、證 </p><p>　　該控制系統(tǒng)由輸入、輸出和控制器模塊構成。輸入模塊完成裁判啟動命令和兩個按鈕信號的輸入，其邏輯關系由門電路實現(xiàn)制器模塊完成對輸入脈沖信號的統(tǒng)計，由可預置加／減計數(shù)器構成,其預置數(shù)為0100，作為加/減計數(shù)的起點，加/減計數(shù)的脈沖源分別取自兩個按鈕信號，計數(shù)器輸出狀態(tài)變量進入輸出模塊；輸出模塊完成計數(shù)器統(tǒng)計信號的翻譯與顯示(可由發(fā)光二極管完成)并給出一個此次比賽結束信號。</p>

10、<p><b>　　2.4 整體框圖</b></p><p>　　圖1.1　電子拔河比賽游戲機總體設計方框圖</p><p>　　第3章 單元電路設計</p><p>　　3.1編碼電路的設計</p><p>　　由雙時鐘二進制同步可逆計數(shù)器74LS193構成，它有2個輸入端，4個輸出端，能進行加／減計數(shù)

11、。通過編碼器來控制電平指示燈的顯示，加計數(shù)時向右移動，進行減計數(shù)時，向相反方向移動。電路圖如下：</p><p>　　圖3.1 雙時鐘二進制同步可逆計數(shù)器74LS193</p><p><b>　　仿真電路圖</b></p><p><b>　　圖 3.2</b></p><p>　　3.2 整形

12、電路設計</p><p>　　由與門74LS08和與非門74LS00構成。因74LS193是可逆計數(shù)器，控制加減的CP脈沖分別加至5腳和4腳，此時當電路要求進行加法計數(shù)時，減法輸入端CPD必須接高電平；進行減法計數(shù)時，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，就有很多時機在進行計數(shù)輸入時另一計數(shù)輸入端為低電平，使計數(shù)器不能計數(shù)，雙方按鍵均失去作用，拔河比賽不能正常進行。加一整形電路

13、，使A、B二鍵出來的脈沖經(jīng)整形后變?yōu)橐粋€占空比很大的脈沖，這就減少了進行某一計數(shù)時另一計數(shù)輸入為低電平的可能性，從而使每按一次鍵都有可能進行有效的計數(shù)。電路圖如下圖所示：</p><p>　　圖3.3 拔河機計數(shù)器邏輯圖</p><p><b>　　仿真電路圖</b></p><p><b>　　圖 2.4</b><

14、/p><p><b>　　3.3譯碼電路 </b></p><p>　　由4線－16線譯碼器CC4514構成。譯碼器的輸出Y0～Y15中選15個接電平指示燈，電平指示燈的負端接地，而正端接譯碼器；這樣，當輸出為高電平時電平指示燈點亮。</p><p>　　比賽準備，譯碼器輸入為0000，Y0輸出為1，中心處指示燈首先點亮，當編碼器進行加法計數(shù)時，亮

15、點向右移，進行減法計數(shù)時，亮點向左移。電路圖如下圖所示：</p><p>　　圖3.5 CC4514編制的譯碼電路</p><p><b>　　仿真電路圖</b></p><p><b>　　圖3.6</b></p><p><b>　　3.4 控制電路</b></p&

16、gt;<p>　　LD由異或門74LS86和與非門74LS00構成，其作用是指示出誰勝誰負。當亮點移到任何一方的終端時，判該方為勝，此時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個輸入端，當獲勝一方為“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計數(shù)器的置數(shù)端,于是計數(shù)器停止計數(shù)，處于預置狀態(tài)，由于計數(shù)器數(shù)據(jù)端D0、D1、D2、D3和輸出Q0、Q1、Q2、Q3對

17、應相連，輸入也就是輸出，從而使計數(shù)器對脈沖不起作用。電路圖如下圖所示： </p><p>　　圖3.7 74LS86和74LS00組成的控制電路</p><p><b>　　3.5勝負顯示電路</b></p><p>　　由計數(shù)器CC4518和譯碼顯示器構成。將雙方終端指示燈正極經(jīng)與非門輸出后分別接到2個CC4518計數(shù)器的EN端，CC4518

18、的兩組4位BCD碼分別接到實驗箱中的兩組譯碼顯示器的8、4、2、1插孔上。當一方取勝時，該方終端指示燈發(fā)亮，產(chǎn)生一個上升沿，使相應的計數(shù)器進行加一計數(shù)，于是就得到了雙方取勝次數(shù)的顯示，若1位數(shù)不夠，則進行2位數(shù)的級連。電路圖如下：</p><p>　　圖3.8 計數(shù)器CC4518</p><p><b>　　仿真電路圖</b></p><p>

19、<b>　　圖3.9</b></p><p><b>　　3.6復位控制電路</b></p><p>　　74LS193的清零端CR接一個電平開關，作為一個開關控制，進行多次比賽而需要的復位操作，使亮點返回中心點。</p><p>　　CC4518的清零端RD也接一個電平開關，作為勝負顯示器的復位來控制勝負計數(shù)器使其重新計

20、數(shù)。其中CC4518功能表下表所示：</p><p>　　圖3.10 CC4518功能表</p><p>　　第4章.總體設計及仿真結果</p><p>　　4.1整體電路工作原理</p><p>　　可逆計數(shù)器74LS193原始狀態(tài)輸出4位二進制數(shù)0000，經(jīng)譯碼器輸出使中間的一只電平指示燈Y0點亮。當按動A、B兩個按鍵時，分別產(chǎn)生兩個脈沖

21、信號，經(jīng)整形后分別加到可逆計數(shù)器上，可逆計數(shù)器輸出的代碼經(jīng)譯碼器譯碼后驅動電平指示燈點亮并產(chǎn)生位移，當亮點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。如按動復位鍵，亮點又回到中點位置，比賽又可重新開始。</p><p>　　將雙方終端指示燈的正端分別經(jīng)兩個與非門后接到2個十進制計數(shù)器CC4518的使能端EN，當任一方取勝，該方終端指示燈點亮，產(chǎn)生1個下降沿使其對應的計數(shù)器計數(shù)。

22、這樣，計數(shù)器的輸出即顯示了勝者取勝的盤數(shù)。</p><p><b>　　4.2整機邏輯圖</b></p><p>　　圖4. 1電子拔河機整體邏輯圖</p><p><b>　　4.3仿真結果</b></p><p><b>　　圖4.2 仿真結果</b></p>

23、<p>　　第5章 課程設計總結與體會</p><p>　　通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力. 在設計過程中，經(jīng)常會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，但實際一接上電路，總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。 做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限

24、，所以在這次課程設計過程中，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識。 平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設計，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，平時看課本，這次看了，下次就忘了，通過動手實踐讓我們對各個元件映象深刻。認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。所以這個課程設計對我們的作用是非常大的。</p><p>　　通

25、過這次課程設計讓我認識到團結協(xié)作是我們課程設計成功的一項非常重要的保證。而這次課程設計也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。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。同時也讓我認識到我們現(xiàn)在所學習的知識是遠遠不夠的，通過這次課程設計讓我明白了，學習的重要性，也讓我深刻的認識到以后學習任務有多么的

26、艱巨。有了這次的課程設計讓我從此以后會更努力的學習。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 郭照南.電子技術與EDA技術課程設計.中南大學出版社,2010.4.</p><p>　　[2]張永瑞 陳生潭 高建寧 .電路分析基礎.(第2版)電子工業(yè)出版社2010.8.   </p>&l

27、t;p>　　[3] 張克農(nóng) 寧改娣.數(shù)字電路技術基礎.（第2版）高等教育出版社, 2010.7.</p><p>　　[4] 胡宴如 耿蘇燕.模擬電子基礎技術.（第2版 ）高等教育出版社，2010.4.</p><p>　　[5] 江世明 黃同成. 單片機原理及應用.中國鐵道出版社，2010.12.</p><p><b>　　致謝</b>

28、;</p><p>　　這次課程設計讓我學到了很多東西，感謝老師的悉心指導，感謝同學對我的熱心幫助，感謝搭檔的配合，每當我遇到困難時能得以及時解決，從而把課程設計順利的完成。同時感謝學校能給我們這么好的學習機會來使我們對專業(yè)知識的更好的理解及應用。 </p><p><b>　　附錄:</b></p><p><b>　　1 原器件

29、清單</b></p><p>　　2 各元器件的引角圖：</p><p>　?。?）74LS00   四2輸入與非門    </p><p>　　（2）74LS08   四2輸入與門</p><p>　?。?）74LS193 同步二進制可逆計數(shù)器</p><p