数字逻辑课程设计--模拟乒乓球比赛.doc

计算机科学系 课程设计报告 2013～2014学年第一学期 课程 数字逻辑课程设计 课程设计名称 模拟兵乓球比赛 学生姓名 学号 专业班级 12网络工程（2）班 指导教师 1课题的内容和要求 3 2 电路组成和工作原理 5 3 单元电路的设计 6 3.1 球台电路的设计 6 3.2 驱动控制电路的设计 8 3.3 计分电路的设计 9 4 总体电路的设计 10 5 结果分析 11 6 总结 12 参考文献 13 附录A 仿真结果图 14 附录B 实验仪器及器件 15 1课题的内容和要求 独立完成一个乒乓球比赛游戏机的设计，采用仿真设计软件完成乒乓球比赛游戏机电路的设计及仿真调试。 课程设计具体内容如下：乒乓球比赛是由甲乙双方参赛，加上裁判的三人游戏（也可以不用裁判），乒乓球比赛模拟机是用发光二极管（LED）模拟乒乓球运动轨迹的电子游戏机。 设计要求： 1、基本部分 (1) 至少用8个LED排成直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中一个点亮的LED（乒乓球）依次从左到右，或从由到左移动，“球”的移动速度能由时钟电路调节。 (2) 当球（被点亮的那只LED）移动到某方的最后一位时，参赛者应该果断按下自己的按扭使“球”转向，即表示启动球拍击中，若行动迟缓或超前，表示未击中或违规，则对方得一分。 (3) 设计自动记分电路，甲乙双方各用一位数码管显示得分，每记满9分为一局。 方案选择 根据设计任务，可以分为三个模块进行设计： 1. 球台电路：球迹移动电路可采用双向移位寄存器方法实现，由发光二极管作光点模拟乒乓球移动的轨迹。 2. 驱动控制电路：由双D触发器及逻辑门电路构成，通过此电路来控制并且实现球台灯的左右移位即实现乒乓球的运动。 3. 计分电路：使用十进制的计数器、逻辑门和集成的4管脚的数码管来组成计分电路。 通过多次设计、画图及仿真实验，我们发现方案电路最简洁，原理简单易懂，操作也很方便，且实用性较强。故采用此方案进行设计。 电路组成和工作原理 （1）分析系统的逻辑功能，画出其框图如下 图1乒乓球比赛游戏机的原理框图 如上图2.1所示，该电路主要由时钟信号源、按键电路、球台驱动电路，控制电路，计数器，显示译码器和LED数码管等组成。途中标出的各种信号的含义分别为：CP表示球台驱动电路和计数器的时钟信号；S表示灯（乒乓球）移动的信号；L表示发光二极管驱动信号，由L1~L8组成；CNT表示计数器的计数脉冲信号，由CNT1,CNT2组成；KA,KB表示开关控制的外输入发球、击球信号。 （2）总体思路描述如下： 1.用两个74LS194四位双向移位寄存器来模拟乒乓球台，其中第一个74LS194的DL输出端QD接第二个的右移串行输入端SR，这样当乒乓球往右准备移出第一个寄存器的时候就会在时钟脉冲的作用下被移入第二个寄存器。同样道理，第二个74LS194的AR输出端接第一个的左移串行输入端。 2.用双D触发器74LS74及逻辑门电路构成驱动控制电路 3.用十进制计数器74LS160D、逻辑门电路和集成的4管脚的数码管组成计分电路 单元电路的设计 球台电路的设计 .球台电路如下图2设计所示： 图2球台电路 上图中，两片4位74LS194双向移位寄存器接成8位双向移位寄存器。74LS194功能表如表1所示： 表1 74LS194功能表 D S1 S0 工作状态 0 1 1 1 1 × × 0 0 0 1 1 0 1 1 置零 保持 右移 左移 并行输入 功能说明： (1)当S1 = S0 =1 时，不管各输入端原来是什么状态，在下一个时脉冲到来时，其输出分别是预先输入到并行输入端的 abcd ，这种方式叫送数。(2)当 S 1 =0 ，S 0 =1 时，其工作方式叫右移，这时，每来一个时钟脉冲，输出端的数各向右移一位，而 Q A 端的输出则由加到 R 端的数来补充。 (3)当 S 1 =1 S 0 =0 时，其工作方式叫左移，情况正好与右移相反； Q D 端的输出由加到 L 端的数来补充。 (4)当 S 1 = S 0 =0 时，不管是否有 CP 脉冲作用，输出保持不变，这叫保持方式。 CP=0 时也是保持方式。 图3 驱动控制电路 图中74LS74为上升沿触发的D触发器，~PR为置1端（低有效），~CLR为置0端（低有效）。当J1=0时，两片D触发器输出端均为1即S1=S0=1，通过接入74LS194，此时实现的是并行输入功能。当J1=1时，L1=J2=1，J3=L8=0,通过各门电路可知U2A,U4