武 漢 工 程 大 學數字電子課程設計-電子拔河機報告書 專業班級：12屆電氣工程及其自動化01班 姓名： 學號： 指導老師： 電氣信息學院數字電子課程設計任務書設計名稱 電子拔河機學生姓名 指導老師 起止時間 2014年5月20日至2014年6月12日1、 課程設計目的 1、 掌握四數計數器 CC4518，CC4514 的原理及使用，顯示電路原理。 2、熟悉與與門、與非門、異或門的使用。 3、掌握實驗電路的工作原理。 4、培養獨立分析故障及排除故障的能力。二、課程設計任務和基本要求設計任務1、設計一個能進行拔河游戲的電路。 2、 電路使用 15 個發光二極管，開機后只有中間一個發亮，此即拔河的 中心點。 3、游戲雙方各持一個按鈕，迅速地、不斷地按動，產生脈沖，誰按得快， 亮點就向誰的方向移動，每按一次，亮點移動一次。4、亮點移到任一方終端二極管時，這一方就獲勝，此時雙方按鈕均無作 用，輸出保持，只有復位后才使亮點恢復到中心。5、用數碼管顯示獲勝者的盤數。三、基本要求： 1、 能夠實現設計任務的基本功能；2、 要求依據電子拔河游戲機的任務要求，運用數字電子技術的理論設計、 制定實驗方案，并撰寫課程設計論文要求符合模板的相關要求，字數要 求 3000 字以上。電氣信息學院數字電子課程設計 指導教師評價表學院電氣院年級專業12級電氣自動化1班學生姓名學生學號題目電子課程設計電子拔河機1、 指導老師評語 指導老師簽名： 年 月 日2、 成績評定 指導老師簽名： 年 月 日目 錄摘要.6 Abstract.6第一章 緒論.71.1 電子拔河機簡介.71.2 課程設計目的.7第二章 方案設計與分析.82.1 方案分析.82.2 電子拔河機工作原理框圖.82.3 電路模擬圖.9 第三章 電路各部分設計.103.1整形電路設計.103.2 編碼電路.113.3 譯碼電路.123.4 控制電路.133.5 計數器電路（勝負顯示).133.6 復位控制.14第4章 安裝與調試.154.1安裝.154.2拔河機實物圖.164.3 調試過程.17第五章 元件清單和芯片引腳圖.185.1元件清單.185.2芯片引腳圖.19第六章 總結與致謝.226.1課程設計總結.226.2致謝.23第七章 參考文獻.24思考題.25 摘要隨著電子技術的發展，電子游戲成為了日常生活中重要的娛樂方式。電子拔河機是我們設計的一種類似實際拔河的電子游戲。電子拔河機的具體游戲設計思路如下：用7個發光二極管代替繩子，一開始僅有正中間的二極管發光。比賽雙方通過快速按動A B兩個輕觸按鈕產生脈沖，發光點會朝著按動的快的一方移動。直到光點到達任意一端端點，到達端點后，繼續按動按鈕無效，計數器記錄分數，通過復位可以重復上過程，在規定的次數內，哪一方分數高就哪一方獲勝。通過計數器清零，可進入下一次游戲。關鍵詞：電子拔河機 發光二極管 設計思路 產生脈沖 計數器AbstractElectronic entertainment in people occupy an increasingly important role.So we designed electronic tug of war machine the electronic game.Following our design ideas, with 7 light-emitting diodes to replace the rope, only the beginning of the intermediate light-emitting diodes.Game player by pressing the A, B two buttons to control the light.Window will move towards the side push fast.When the window to any one endpoint, button not work, at the same time counter counts. Through the reset can repeat the process.Within the prescribed number of times, whoever high score wins.Through the counter reset, reset the game.Key Words: Electronic tug of war machines Light-emitting diodes Design ideas pulse counter .第一章 緒論1.1電子拔河機簡介 電子拔河機是一款利用數字電子技術設計的代替實際拔河的游戲，具有操作簡單，趣味性強的游戲設備。電子拔河機利用7個發光2級管代替繩子，以兩個可以產生脈沖的按鈕代替參賽選手，通過按動按鈕產生脈沖，脈沖產生快慢，代表拔河力度大小。一方獲勝后計數器會記錄分數，規定比賽次數內哪方獲勝。1.2課程設計目的鞏固和加深所學電子技術課程的基本知識，提高綜合運用所學知識的能力；培養學生根據課題需要選用參考書、查閱手冊、圖表和文獻資料的能力，提高學生獨立解決工程實際問題的能力通過設計方案的分析比較、設計計算、元件選繹及電路安裝調試等環節初步掌握單實用電路的工程設計方法 提高學生的動手能力掌握常用儀器設備的正確使用方法，學會對簡單實用電路的實驗調試和對整機指標的測試方法， 了解與課題有關的電路以及元器件的工程技術規范，能按課程設計任務書的要求編寫設計說明書，能正確反映設計和實驗成果，能正確繪制電路圖等第2章 方案設計與分析2.1 方案分析分析1） 本課程設計所設計電子拔河機，有7個發光二極管排成一行，開機后只有中間的二極管亮，作為游戲中線，雙方各持一按鍵，通過按鍵產生脈沖，誰按的快，亮點就向哪一方移動，到達任意端點，這是按鍵無效，只有經復位后才能是亮點回歸中點。2） 當一方獲勝后，電路實現自鎖，使得減脈沖無效，同時計數器自動增分。3） 控制電路應能控制從按鍵產生脈沖信號進入計數器的加減脈沖輸入端，進入方向由雙方按鍵信號決定。 2.2 電子拔河機工作原理圖 圖1 電子拔河機工作原理框圖2.3電路模擬圖由以上分析我們可以通過軟件Multisim來進行電路模擬，下面的圖2是電路仿真模擬圖。關于仿真圖各部分原理及其介紹第三章將具體介紹。圖2 電子拔河機模擬電路圖第三章 電路各部分設計3.1 整形電路設計 由與門 74LS08 和與非門 74LS00 構成。因 74LS193 是可逆計數器，當電路要進行加計數或減計數時，另一端口必須保持高電平才能正常計數。若直接由 A、B 鍵產生的脈沖加到 5 腳或 4 腳，就有很多時機在進行計數輸入時另一計數輸入端為低電平，使計數器不能計數，雙方按鍵均失去作用，拔河比賽不能正常進行。所以加一整形電路，使 A、B 兩鍵出來的脈沖經整形后變為一個占空比很大的脈沖，產生一個延遲，這樣就減少了進行某一計數時另一計數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。電路圖如下圖所示。圖3 整形電路3.2 編碼電路：由雙時鐘二進制可逆計數器74LS193構成，它有2個輸入端，4個輸出端，能進行加減法計數。下面是74SL193的引腳圖，引腳功能表以及真值表 圖4 74LS193芯片引腳圖圖5 74LS193引腳功能表注：H=高電平 L=低電平 X=不定（高或低電平） =由“低”“高”電平的躍變圖6 74LS193真值表3.3譯碼電路 由4線-16線譯碼器CC4514構成.譯碼器的輸出00到015中選出7個和發光二級管相連。發光二極管負極接地，正極接4514譯碼器：這樣，當輸出為高電平時，發光二極管發光。 準備，譯碼器輸入為0000，所以00端輸出為1，中間發光二極管發光，當譯碼器進行加減法計數時，亮點左右移動。 譯碼電路如下圖7所示 圖7 譯碼電路3.4控制電路： 由與門 74LS08 和與非門 74LS00 構成，其作用是鎖定電路。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與非門的 2 個輸入端，當獲勝一方為“1”，而另一方則為“0”，與非門輸出為“1”，經與非門產生低電平“0”，再送到 74LS192計數器的置數端，于是計數器停止計數，處于預置狀態，由于計數器數據端 D0、D1、D2、D3 和輸出Q0、Q1、Q2、Q3 對應相連，輸入也就是輸出，從而使計數器對脈沖不起作用3.5計數器電路（勝負顯示） 由計數器CC4518和譯碼顯示器構成。將雙方終端發光二極管正極經過與非門輸出后分別連接到兩個CC4518計數器的CP端，CC4518的兩組4為BCD碼分別連接到實驗板的兩個譯碼器的8 、4 、2、 1上。當一方獲勝后，該方終端的發光二極管發光，產生一個上升沿，使得相應計數器進行+1計數，于是就得到了雙方的取勝次數的顯示。圖8 計數器電路3.6復位控制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。 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器使其重新計數。其中 CC4518 功能表下表所示：圖9 CC4518功能表第4章 安裝與調試4.1 安裝 本次課程設計的安裝與調試進行了很多次，同組的同學都非常認真努力的去做了。下面就我們的安裝調試過程進行簡單的介紹。 安裝一共進行了兩次1）第一次安裝，由于經驗不足，導致元件布局不合理，也沒用利用不同顏色的導線來區分底線和其他線路。做出來的板子外觀不雅，布線混亂。 在6月3日去電氣樓實驗室進行調試，由于布線混亂，元件位置混亂等原因，無法進行整改，只能進行第二次安裝。2） 第二次安裝，我們吸取第一次失敗的經驗，在對模擬圖進行分析時，對比我們擁有的元件，用畫草圖的方法找到了一種較為明朗的元件布局，為了避免線路混亂，我們利用線的顏色區分不同線路，比如底線全部采用黑色的導線。在分工合作上，我們一人負責連線布局，一人負責將導線剪撐需要的長度，一人負責對照原理圖，盡量減少連線過程中的錯誤。由于調試時間接近尾期，我們終于在晚上兩點多將板子弄好了。4.2 電子拔河機實物圖下圖為本小組此次課程設計制作的電子拔河機實物圖圖9 電子拔河機實物圖4.3 調試過程 第一調試，于6月3日進行調試。接通電源后發現，一開始僅有正中間的發光二極管發光。按A鍵產生脈沖，光點向左移動，但是按B鍵，光點不移動。光點到達做端點是，計數器不記錄分數，且復位功能失效。由于第一次安裝的板子布局混亂，線路難以辨認，且發現問題很多，經過小組商量，決定與其調整，不如重新安裝。 第二次調試，在第一次調試之后，板子被拆卸重裝，這次吸取上一次失敗的教訓，且有室友教授一些小技巧，比如用顏色區分電路，連接的板子較上次美觀，布局更加科學。在調試接通電源之后，有且僅有中間發光二極管亮。當A鍵按動較快時，光點向右移動，B鍵按動較快時，光點向左移動。但是到達端點后，復位鍵失效。對照著原理圖和芯片引腳圖，檢查發現原因是40193的14號引腳接地是復位，但是我們借偏了一格，導致不能復位，糾正了這個錯誤，發現我們的拔河機能夠正常工作。 至此，第二次調試成功。第五章 元件清單和芯片引腳圖5.1 元件清單元件名稱個數CD40113CC40301CD40811CC401931CD45141CD45182CC45112數碼管21K電阻8200電阻18發光二極管LED7輕觸2面包板1導線若干5.2各芯片引腳圖 圖10 408引腳圖 圖11 4011真值表 圖12 4081引腳圖 圖13 74LS40193引腳圖 圖14 CC4514引腳圖 圖15 CC4518引腳圖圖16 4518功能表第六章 總結與致謝課程設計總結 課程設計是培養學生綜合運用所學知識，發現，提出，分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重 要環節，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程. 回顧起此次拔河游戲機課程設計，至今我仍 感慨頗多，的確，從構思到定稿，從理論到實踐，在這一個多星期的日子里，可以說得是苦多于甜， 很辛苦，很糾結，但是從中本人又對數電中的一些既有知識有了新的認識，悟出了很多新的東西，不 僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我 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，再通過上機動手仿真，才能提高實踐能力。在設計的過程中遇到的問 題，可以說是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣很困難的問題，在設計的過程中 發現了自己的很多的不足，自己知識的很多漏洞，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠 牢固，看到了自己基礎知識還是不夠扎實，實踐經驗還是比較缺乏，理論聯系實際的能力還待亟需提 高。在這個過程中，曾經為想不出解決方法失落過，也曾經為仿真成功而熱情高漲。生活就是這樣， 汗水預示著結果也見證著收獲。雖然這只是一次的較簡單的課程設計，可是也耗費了我們不少的心血。 無論如何，就當它是一次數電的再認識吧！ 通過這次的課程設計，不僅知識上有了許多收獲，精神上的豐收也更加可喜。這次課程設計讓我 知道了學無止境的道理。我們每一個人永遠不能滿足于現有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后 面還有更高的山峰在等待著我們去征服。挫折是一份財富，經歷是一份擁有。這次課程設計必將成為 我大學旅途上一個非常美好的回憶！致謝 首先要感謝我們的知道老師戴麗萍老師，在此次的課程設計之中。戴老師盡自己最大的努力幫助知道我們。在建立的學習交流群中，總是熱心的，毫不厭倦的解答我們提出的問題。鼓勵我們不要怕犯錯誤，要吃透原理。在調試過程，耐心幫助我們尋找錯誤，我們一些祖由于種種原因，錯過調試時間或者調試失敗的，戴老師抽出時間去實驗室單獨為我們輔導調試。 再要感謝的是同一個課程設計課題的同學們，在此次的課程設計過程中，一起做課程設計的同學幫了我們很多，在群里有問題的時候，總是很熱心的幫忙分析解答。 最后要感謝的是我們小組的成員，是他們和我們一起努力完成了這次的課程設計，一次一次的調試排查，甚至重新安裝。沒有放棄，一直努力著，謝謝你們，和我一起努力。第7章 參考文獻電子技術基礎（第五版） 康華光. 高教出版社，2006年電子技術課程設計指導 彭介華. 高教出版社，1997年電子線路設計、實驗與測試（第三版） 謝自美. 華中科技大學出版社，2006年電子技術實驗 汪學典. 華中科技大學出版社，20