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

1、第1章 引言現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)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(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)用于計算機，自動控制，電子測量儀表，電視、雷達(dá)，通信等各個領(lǐng)域。開發(fā)數(shù)字電路來實現(xiàn)更多的功能，是我們學(xué)習(xí)數(shù)字技術(shù)的職責(zé)?，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(yīng)把所學(xué)知識應(yīng)用到生活當(dāng)中去，使它給我們添加更多的歡樂和方便。拔河比賽游戲機就是一個結(jié)構(gòu)比較簡單但綜合性和趣味性的試驗，就是設(shè)計一個由數(shù)字電路構(gòu)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

2、燈點亮，這一方就獲勝。第2章 總體設(shè)計方案2.1設(shè)計思路(1)比賽開始時，由裁判下達(dá)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。(2)拔河游戲機由15個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(fù)位后才使亮點恢復(fù)到中心線當(dāng)一局比賽結(jié)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，

3、使計分電路自動加分。(3)控制電路部分應(yīng)能控制由振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)入計數(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決定。2.2 電路設(shè)計原理拔河游戲機用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(fù)位后才使亮點恢復(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，可以用兩片74LS192

4、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)制的計數(shù)器。用一全加器將兩片74LS192的輸出信號八位轉(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(yù)置狀態(tài)，此時，同樣將各自計數(shù)器數(shù)據(jù)端D0、D1、D2、D3和輸出Q0、Q1、Q2、Q3對應(yīng)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

5、。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(dāng)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。2.3 設(shè)計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命令和兩個按鈕信號的輸入，其邏輯關(guān)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(yù)置加減計數(shù)器構(gòu)成,其預(yù)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(jìn)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

6、此次比賽結(jié)束信號。2.4整體框圖控制 電路復(fù)位譯碼器整形電路選擇 開關(guān)可逆計數(shù)器取勝鎖存中心 顯示 線按鈕A,B圖1.1電子拔河比賽游戲機總體設(shè)計方框圖第3章 單元電路設(shè)計3.1編碼電路的設(shè)計由雙時鐘二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器74LS193構(gòu)成，它有2個輸入端，4個輸出端，能進(jìn)行加減計數(shù)。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(jìn)行減計數(shù)時，向相反方向移動。電路圖如下：圖3.1 雙時鐘二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器74LS193仿真電路圖圖3.23.2整形電路設(shè)計由與門74LS08和與非門74LS00構(gòu)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(dāng)電路要求進(jìn)行加法計

7、數(shù)時，減法輸入端CPD必須接高電平；進(jìn)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(jìn)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(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€占空比很大的脈沖，這就減少了進(jìn)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(jìn)行有效的計數(shù)。電路圖如下圖所示：圖3.3 拔河機計數(shù)器邏輯圖仿真電路圖圖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個接電平指示燈，電平指示燈的負(fù)端接地，而正端接譯碼器；

8、這樣，當(dāng)輸出為高電平時電平指示燈點亮。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亮，當(dāng)編碼器進(jìn)行加法計數(shù)時，亮點向右移，進(jìn)行減法計數(shù)時，亮點向左移。電路圖如下圖所示：圖3.5 CC4514編制的譯碼電路仿真電路圖圖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(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計數(shù)器的置數(shù)端,于是計數(shù)器停止計數(shù)，處于預(yù)置狀態(tài)，由于

9、計數(shù)器數(shù)據(jù)端D0、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CC4518計數(shù)器的EN端，CC4518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(dāng)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(yīng)的計數(shù)器進(jìn)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(jìn)行2位數(shù)的級連。電路圖如下：圖3.8 計數(shù)器CC4518仿真電路圖圖3.

10、93.6復(fù)位控制電路74LS193的清零端CR接一個電平開關(guān)，作為一個開關(guān)控制，進(jìn)行多次比賽而需要的復(fù)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(guān)，作為勝負(fù)顯示器的復(fù)位來控制勝負(fù)計數(shù)器使其重新計數(shù)。其中CC4518功能表下表所示：輸   入輸出功能時鐘CP清零RD使能EN×1×全部為001加計數(shù)000×保持×00010圖3.10 CC4518功能表第4章.總體設(shè)計及仿真結(jié)果4.1整體電路工作原理可逆計數(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點亮。當(dāng)按動A、B兩個按

11、鍵時，分別產(chǎn)生兩個脈沖信號，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(qū)動電平指示燈點亮并產(chǎn)生位移，當(dāng)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(fù)位鍵，亮點又回到中點位置，比賽又可重新開始。將雙方終端指示燈的正端分別經(jīng)兩個與非門后接到2個十進(jìn)制計數(shù)器CC4518的使能端EN，當(dāng)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(yīng)的計數(shù)器計數(shù)。這樣，計數(shù)器的輸出即顯示了勝者取勝的盤數(shù)。4.2整機邏輯圖圖4. 1電子拔河機整體邏輯圖4.3仿真結(jié)果圖4.2 仿真結(jié)果第5章 課程設(shè)計總結(jié)與體會通過這次課程設(shè)計，加強了我們動手、思考

12、和解決問題的能力.在設(shè)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(shè)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(xué)習(xí)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，所以在這次課程設(shè)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(rèn)識。 平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)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(rèn)識來源于實踐，實踐是認(rèn)識的

13、動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個課程設(shè)計對我們的作用是非常大的。通過這次課程設(shè)計讓我認(rèn)識到團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們課程設(shè)計成功的一項非常重要的保證。而這次課程設(shè)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(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，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(rèn)識到我們現(xiàn)在所學(xué)習(xí)的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，通過這次課程設(shè)計讓我明白了，學(xué)習(xí)的重要性，也讓我深刻的認(rèn)識到以后學(xué)習(xí)任務(wù)有多么的艱巨。有了這次的課程設(shè)計讓我從此以后會更努力的學(xué)習(xí)。參考文獻(xiàn)1郭照南.電子技

14、術(shù)與EDA技術(shù)課程設(shè)計.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.單片機原理及應(yīng)用.中國鐵道出版社，2010.12.致謝這次課程設(shè)計讓我學(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)我遇到困難時能得以及時解決，從而把課程設(shè)計順利的完成。同時感謝學(xué)校能給我們這么好的學(xué)習(xí)機會來使我們對專業(yè)知識的更好的理解及應(yīng)用。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    雙同步十進(jìn)制計數(shù)器2片74LS193   同步二進(jìn)制可逆計數(shù)器1片74LS00    四2輸入與非門3片74LS08    四2輸入與門1片74LS86    四2輸入異或門1片電阻： &#