課程設計——拔河游戲控制電路

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　題目 拔河游戲控制電路</p><p>　　主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：</p><p><b>　　主要內(nèi)容</b></p><p>　　1．閱讀相關科技文獻。</p><p>　　2．學習p

2、rotel軟件的使用。</p><p>　　3．學會整理和總結(jié)設計文檔報告。</p><p>　　4．學習如何查找器件手冊及相關參數(shù)。</p><p><b>　　技術要求</b></p><p>　　要求電路使用9個發(fā)光二極管顯示拔河過程，開機后只有中間一個發(fā)光二極管發(fā)光，即為拔河中心；</p><

3、p>　　游戲雙方各持一個按鈕，按鈕每按下一次，亮點向本方移動一次，拔河過程中有且只有一個發(fā)光二極管發(fā)光；</p><p>　　亮點移動到任意一段的終端二極管時，此方獲勝，并且此時雙方按鈕均無作用，輸出狀態(tài)保持，復位后亮點回到中心點。</p><p><b>　　主要參考資料</b></p><p>　　1．何小艇，電子系統(tǒng)設計，浙江大學出

4、版社，2001年6月；</p><p>　　2．姚福安，電子電路設計與實踐，山東科學技術出版社，2001年10月；</p><p>　　3．王澄非，電路與數(shù)字邏輯設計實踐，東南大學出版社，1999年10月；</p><p>　　4．李銀華，電子線路設計指導，北京航空航天大學出版社，2005年6月；</p><p>　　5．康華光，電子技術基礎

5、，高教出版社，2003。</p><p>　　完 成 期 限： 2011年6月28日 </p><p>　　指導教師簽章： </p><p>　　專業(yè)負責人簽章： </p><p>　　2011年6月27日</p><p>&l

6、t;b>　　摘要</b></p><p>　　本課題的主要任務是讓拔河游戲控制電路的電平指示燈由中點向己方延伸，而阻止其向?qū)Ψ窖由??？梢栽O想用可預置的加/減計數(shù)器作主要器件，用計數(shù)器的輸出狀態(tài)通過譯碼器控制電平指示燈的顯示狀態(tài)。如當計數(shù)器進行加法計數(shù)時，發(fā)亮的電平指示燈向甲方延伸，相反，進行減法計數(shù)時，發(fā)亮的電平指示燈向相反方向延伸。當延伸到一方的終點就就把電路鎖定，此時雙方按鍵均無作用，只有裁

7、判員按了復位按鍵雙方才能繼續(xù)下一盤的比賽。</p><p>　　此電路可分為脈沖發(fā)生器電路和計數(shù)/譯碼器電路兩大部分。脈沖發(fā)生器電路部分采用兩個與非門組成的基本RS觸發(fā)器構成的去抖電路以及有與門、與非門構成的整形電路，可以將按鈕A、B產(chǎn)生的脈沖整形成占空比較高的信號。計數(shù)器電路部分以74LS/HC193為主體，譯碼器采用由集成芯片74HC138擴展的4線-16線譯碼器。芯片74LS/HC193根據(jù)UP端和DOWN

8、端的狀態(tài)來判斷進行加計數(shù)還是減計數(shù)，然后將計數(shù)結(jié)果輸出到由74HC138構成的譯碼器，譯碼器將結(jié)果輸出到發(fā)光二極管。由于74HC138輸出端為低電平，所以當雙方終端二極管對應的輸出端有一個為低時即表示游戲結(jié)束，雙方按鍵失效。此功能實現(xiàn)可將74LS193的輸出置數(shù)至輸入端，使譯碼器的輸出保持，將雙方的端二極管對應的輸出進行與運算，如果有一個為低則輸出為低，再接低電平有效的置數(shù)端，實現(xiàn)游戲結(jié)束時按鍵無作用。</p><p

9、>　　關鍵字：去抖電路 74LS138 反饋置數(shù)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要 …………………………………………………… 2</p><p>　　方案設計 ……………………………………… ５</p><p>　　總體設計

10、……………………………………… ５</p><p>　　一 電路原理框圖 ……………………………………… ５</p><p>　　第二節(jié) 各部分電路設計 ………………………………… ６</p><p>　　一 脈沖發(fā)生器電路設計 ……………………………… ６</p><p>　?。ㄒ唬┰韴D及仿真電路　

11、　……………………… ６</p><p>　?。ǘ┕ぷ髟怼　　　　　　?６</p><p>　　二 加減計數(shù)器的設計 ……………………………… ７</p><p>　　（一）原理圖及仿真電路　　……………………… ７</p><p>　?。ǘ┕ぷ髟怼　　　　　　?８&l

12、t;/p><p>　　三 譯碼器及二極管組、反饋的設計 ……………… ９</p><p>　?。ㄒ唬┰韴D及仿真電路　　……………………… ９</p><p>　　（二）工作原理　　　　　　……………………… 　10</p><p>　?。ㄈ┯?4HC138構成的譯碼器功能表　　………　　10</p>&l

13、t;p>　　第二章 元器件簡介　　…………………………………………　?。保?lt;/p><p>　　第一節(jié) 74HC193 ……………………………………… 1１</p><p>　　一　簡要說明　　………………………………………　　１１</p><p>　　二　管腳圖　　…………………………………………　　１２</p><p

14、>　　三　功能表　…………………………………………　　?。保?lt;/p><p>　　第二節(jié) 74HC138 ……………………………………… 1３</p><p>　　一　簡要說明　　……………………………………　　?。保?lt;/p><p>　　二　管腳圖　　…………………………………………　　　１３</p><p>　　三

15、　功能表　…………………………………………　　　?。保?lt;/p><p>　　第三節(jié) 74LS00和74LS08 ……………………………… 13</p><p>　　一　簡要說明　　………………………………………</p><p>　　二　管腳圖　　…………………………………………</p><p>　　三　功能表　………………………

16、…………………</p><p>　　第四節(jié) 電阻器 ……………………………………… 16</p><p>　　一　金屬膜電阻　……………………………………</p><p>　　二　　金屬氧化膜電阻　　……………………………………</p><p>　　三　　碳膜電阻　　……………………………………………</p>

17、<p>　　四　　合成膜電位器　　……………………………………</p><p>　　第三章 設計總結(jié) ……………………………………… 16</p><p>　　參考文獻 …………………………………………………… </p><p><b>　　附錄１元件清單</b></p><

18、p>　　附錄２拔河游戲控制電路原理圖</p><p><b>　　第一章 方案設計</b></p><p><b>　　第一節(jié) 總體設計</b></p><p>　　一 電路原理框圖</p><p>　　圖 1 電路原理框圖</p><p><b>　　

19、圖2為仿真電路</b></p><p>　　電路是利用Multisim 11.0進行仿真的</p><p>　　第二節(jié) 各單元電路設計</p><p>　　一 脈沖發(fā)生器電路設計

20、 </p><p>　　由與門74LS08和與非門74LS00構成去抖電路和整形電路。</p><p>　　（一） 原理圖及仿真電路</p><p><b>　　如圖3、圖4所示：</b></p><p>　　圖3 脈沖發(fā)生器電路&

21、lt;/p><p>　　圖4脈沖發(fā)生器電路仿真</p><p><b>　?。ǘ┕ぷ髟?lt;/b></p><p><b>　　1.去抖電路</b></p><p>　　機械開關接通時，由于振動開關會使電壓或電流波形產(chǎn)生“毛刺”，利用基本RS觸發(fā)器的記憶作用可以消除上述開關振動所產(chǎn)生的影響，設單刀雙擲開

22、關原來與B點接通，這時觸發(fā)器的狀態(tài)為0。當開關由B撥向A時，其中有一短暫的浮空時間，這時觸發(fā)器的R﹑S均為1，Q仍為0。中間觸點與A接觸時，A點的電位由于振動而產(chǎn)生“毛刺”。但是，首先是B點已經(jīng)為高電平，A點一旦出現(xiàn)低電平，觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為1，即使A點再出現(xiàn)高電平，也不會再改變觸發(fā)器的狀態(tài)，所以Q端的電壓波形不會出現(xiàn)“毛刺”現(xiàn)象。</p><p>　　基本RS觸發(fā)器功能表 </p><

23、;p><b>　　基本SR引腳圖</b></p><p><b>　　2.整形電路</b></p><p>　　若直接由A、B鍵產(chǎn)生的脈沖加到5腳或4腳，那么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，前兩個與非門組成一個基本RS觸發(fā)器，在按鈕的作用下產(chǎn)生脈沖

24、，后一個與門和兩個與非門組成一個整形電路其作用是產(chǎn)生一個占空比很大的脈沖信號，這樣就減少某一方在計數(shù)時另一方輸出為低電平的概率，使甲乙雙方都能有效計數(shù)。</p><p>　　二 加/減計數(shù)器的設計</p><p>　　主要由74LS193構成，以及開關和電阻構成的復位電路。</p><p>　?。ㄒ唬?原理圖及仿真電路：</p><p>　

25、　圖5 加/減計數(shù)器</p><p><b>　　圖6 仿真電路</b></p><p><b>　　（二） 工作原理</b></p><p>　　當CPu和CPd為上升沿且另一個為高電平時，開始加或減計數(shù)。由于開始工作前有清零步驟所以所以輸出的初始狀態(tài)為0。當CPu為上升沿且CPd為高時，計數(shù)器開始加計數(shù)，輸出由000

26、0變?yōu)?001，當再次出現(xiàn)如此狀態(tài)時依次加計數(shù)；當CPd為上升沿且CPu為高時，計數(shù)器開始減計數(shù)，輸出由0000變?yōu)?111，當再次出現(xiàn)如此狀態(tài)時依次減計數(shù)。</p><p>　　三 譯碼器及二極管組、反饋的設計</p><p>　　（一） 原理圖及仿真電路，如圖7、8：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><

27、;p>　　圖 7 譯碼器及二極管組、反饋部分電路</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　圖 8 仿真電路</b></p><p><b>　?。ǘ?工作原理</b></p><p>　　電路使用的4線-16線譯碼器是由兩個3線-8線譯碼器7

28、4HC138進行擴展構成。用74HC138實現(xiàn)4線-16線譯碼器時，由于74HC138只有3個輸入端A、B、C所以可以用一個片選信號來擴展實現(xiàn)第四個輸入端設為D。當D為0時，U6工作，U5不工作；D=1時U5工作，U6不工作。因此D接U5的G1，~D接U6的G1，如此則需要再接一個反相器，又由于G2A,G2B與G1的輸入使能電平相反，因此接U6的D可以直接接G2A和G2B，則可實現(xiàn)D=0時U6工作，D=1時U5工作。</p>

29、<p>　　譯碼器接受上級的輸出信號將其譯碼并在相應的輸出端輸出，輸出的有效信號為低電平。在譯碼器的輸出級接一組發(fā)光二極管，并且接上限流電阻以保護二極管，二極管陰極接譯碼器輸出，陽極接保護電阻再接高電平即5V電源。如此，當譯碼器某輸出端輸出低電平時對應的發(fā)光二極管發(fā)光。</p><p>　　當比賽雙方的某一方的端二極管發(fā)光時比賽結(jié)束，此時兩個端二極管一個為低一個為高。根據(jù)設計要求此時雙方的按鈕應該失

30、去作用，所以將輸出狀態(tài)反饋至加/減計數(shù)器74HC193的置數(shù)端，并將74HC193的輸出接至輸入端，讓其循環(huán)置數(shù)。因此，端二極管的電平信號反饋到時須為低電平，將兩二極管的信號經(jīng)過與運算即可。</p><p><b>　　（三） 芯片資料</b></p><p>　　4線-16線譯碼器功能表</p><p>　　由74HC138構成的4線-16線

31、譯碼器功能表</p><p>　　將上述各各部分模塊組合在一起，就構成了拔河游戲控制電路原理圖，生成相應的PCB板圖，購買元器件就可以做出實物，簡易而實用。</p><p>　　第二章 元器件簡介</p><p>　　第一節(jié) 74HC193</p><p>　　一 74ＨＣ193簡介：</p><p>　　193

32、為可預置的十進制同步加/減計數(shù)器，共有54193/74193，54LS193/74LS193 兩種線路結(jié)構形式。其主要電特性的典型值如下： </p><p>　　型號 fc PD</p><p>　　54193/74193 32MHz 325mW </p><p>　　54LS193/74LS193

33、 32MHz 95mW </p><p>　　193 的清除端是異步的。當清除端（MR）為高電平時，不管時鐘端（CPd、CPu）狀態(tài)如何，即可完成清除功能。 </p><p>　　193 的預置是異步的。當置入控制端（LOAD）為低電平時，不管時鐘（CPd、CPu）的狀態(tài)如何，輸出端（QA－QD）即可預置成與數(shù)據(jù)輸入端（A－D）相一致的狀態(tài)。 </p><p&g

34、t;　　193 的計數(shù)是同步的，靠CPd、CPu同時加在 4個觸發(fā)器上而實現(xiàn)。在CPd、CPu上升沿作用下QA－QD同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。</p><p>　　當進行加計數(shù)或減計數(shù)時可分別利用CPd或CPu，此時另一個時鐘應為高電平。 </p><p>　　當計數(shù)上溢出時，進位輸出端（TCd）輸出一個低電平脈沖，其寬度為 CPu 低電平部分的低電平脈沖；當計數(shù)下溢

35、出時，錯位輸出端（TCu）輸出一個低電平脈沖，其寬度為 CPd低電平部分的低電平脈沖。 當把 TCu和 TCd 分別連接后一級的CPu、CPd，即可進行級聯(lián)。</p><p>　　二 74HC193引腳圖</p><p><b>　　注：引出端符號 </b></p><p>　　TCu 錯位輸出端（低電平有效） </p>

36、;<p>　　TCu 進位輸出端（低電平有效） </p><p>　　CPu 減計數(shù)時鐘輸入端（上升沿有效）</p><p>　　CPd 加計數(shù)時鐘輸入端（上升沿有效） </p><p>　　MR 異步清除端 </p><p>　　A－D

37、 并行數(shù)據(jù)輸入端 </p><p>　　PL 異步并行置入控制端（低電平有效）</p><p>　　QA－QD 輸出端</p><p>　　三 74HC193功能表：</p><p>　　第二節(jié) 74HC138</p><p><b>　　一 簡要說明： <

38、;/b></p><p>　　138 為3 線－8 線譯碼器，共有 54/74S138和 54/74LS138 兩種線路結(jié)構型式，其主要電特性的典型值如下： </p><p>　　型號 Tpd (ABC->Y)(3 級) PD </p><p>　　CT54S138/CT74S138 8ns 245mW &

39、lt;/p><p>　　CT54LS138/CT74LS138 22ns 32mW </p><p>　　該譯碼器有3位二進制輸入A2、A1、A0，他們共有8種狀態(tài)的組合，即可譯出8個輸出信號~Y0——~Y7，輸出為低電平有效。此外，還設置了G1、（/(G2A)和/(G2B)）3個使能輸入端，為電路功能的擴展提供了方便。當一個選通端（G1）為高電平，另兩個選通端（/

40、(G2A)和/(G2B)）為低電平時，可將地址端（A、B、C）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。 </p><p>　　利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可級聯(lián)擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。 </p><p>　　若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時，138 還可作數(shù)據(jù)分配器。</p><p><b>

41、　　二 管腳圖：</b></p><p><b>　　引出端符號： </b></p><p>　　A、B、C 譯碼地址輸入端 </p><p>　　G1 選通端 </p><p>　　/(G2A)、/(G2B)

42、 選通端（低電平有效） </p><p>　　Y0～Y7 譯碼輸出端（低電平有效）</p><p><b>　　三 功能表：</b></p><p>　　第三節(jié) 74LS08和74LS00</p><p><b>　　一 簡要說明： </b>&l

43、t;/p><p>　　74LS00 為四組 2 輸入端與非門 （正邏輯） ， 共有 54/7400、 54/74H00、 54/74S00、 54/74LS00四種線路結(jié)構形式，74LS08為四組 2 輸入端與門（正邏輯），共有 54/7408、54/74S08、54/74LS08 三種線路結(jié)構</p><p><b>　　二 管腳圖 </b></p>&

44、lt;p>　　74LS00管腳圖：</p><p>　　74LS08管腳圖：</p><p><b>　　三 功能表</b></p><p>　　74LS00功能表：</p><p>　　74LS08功能表：</p><p><b>　　第四節(jié) 電阻器</b><

45、/p><p>　　一 金屬膜電阻（型號：RJ）</p><p>　　在陶瓷骨架表面，經(jīng)真空高溫或燒滲工藝蒸發(fā)沉積一層金屬膜或合金膜。其特點是：精度高、穩(wěn)定性好、噪聲低、體積小、高頻特性好。且允許工作環(huán)境溫度范圍大（-55～+125℃）、溫度系數(shù)低（（50～100）×10-6/℃）。常用額定功率有1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W等，標稱阻值在10W～10MW之間。二 金屬

46、氧化膜電阻（型號：RY）</p><p>　　在玻璃、瓷器等材料上，通過高溫以化學反應形式生成以二氧化錫為主體的金屬氧化層。該電阻器由于氧化膜膜層比較厚，因而具有極好的脈沖、高頻和過負荷性能，且耐磨、耐腐蝕、化學性能穩(wěn)定。但阻值范圍窄，溫度系數(shù)比金屬膜電阻差。三 碳膜電阻（型號：RT）</p><p>　　在陶瓷骨架表面上，將碳氫化合物在真空中通過高溫蒸發(fā)分解沉積成碳結(jié)晶導電膜。碳膜電

47、阻價格低廉，阻值范圍寬（10W～10MW），溫度系數(shù)為負值。常用額定功率為1/8W～10W，精度等級為±5％、±10％、±20％，在一般電子產(chǎn)品中大量使用。</p><p><b>　　四 合成膜電位器</b></p><p>　　在絕緣基體上涂敷一層合成碳膜，經(jīng)加溫聚合后形成碳膜片，再與其他零件組合而成。這類電位器的阻值變化連續(xù)、分辨

48、率高、阻值范圍寬、成本低。但對溫度和濕度的適應性差，使用壽命短。常用合成膜電位器的性能指標見表</p><p>　　常用合成膜電位器的性能指標</p><p>　　第三章 設計總結(jié)</p><p>　　拔河游戲控制電路主要運用了數(shù)電中去抖電路、整形電路的知識以及數(shù)字集成電路74HC193和74HC138的外接和擴展，并且使用了反饋置數(shù)的方法。</p>

49、<p>　　在做本次課程設計的過程中，我感觸最深的就是查閱了大量的設計資料。為了使自己的設計更加完善，查閱這方面的設計資料是十分必要的。在設計的過程中，我再一次了解了集成芯片74HC193 ﹑74HC138﹑74LS00和74LS08功能特性，并且和課本上所學的集成芯片作比較，是自己對這一塊的知識認識的更為深刻。另外，通過畫Protel原理圖，學會了有關Protel的不少基礎知識。</p><p>

50、　　通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從實踐中得出結(jié)論，才能使自己真正理解所學的理論，能更正確地運用理論于實踐中，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。雖然在設計的過程中遇到了各種各樣的問題，但是在解決這些問題的過程無疑也是對自己自身專業(yè)素質(zhì)的一種提高。遇到不懂的問題時，利用網(wǎng)上和圖書館的資源，搜索查找得到需要的信息、和組員之間相互討論，明白了團隊

51、合作的重要性。小組人員的配合﹑相處，以及自身的動腦和努力，都是以后工作中需要的。此次設計不僅增強了自己在專業(yè)設計方面的信心，鼓舞了自己，更是一次興趣的培養(yǎng)。</p><p>　　這次課程設計，由于自己理論知識的不足，再加上平時沒有什么設計經(jīng)驗，設計方面還是存在一定的缺陷，還望老師批評指正</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p&

52、gt;　　1．何小艇，電子系統(tǒng)設計，浙江大學出版社，2001年6月；</p><p>　　2．姚福安，電子電路設計與實踐，山東科學技術出版社，2001年10月；</p><p>　　3．王澄非，電路與數(shù)字邏輯設計實踐，東南大學出版社，1999年10月；</p><p>　　4．李銀華，電子線路設計指導，北京航空航天大學出版社，2005年6月；</p>