乒乓球游戲模擬設計課程設計

1、<p><b>　　電子線路綜合設計</b></p><p><b>　　乒乓球游戲模擬設計</b></p><p><b>　　班級： 組別：3</b></p><p><b>　　2012年 12月</b></p><p><b>

2、　　摘 要</b></p><p>　　兵兵球比賽現(xiàn)場激烈緊張，為了讓兵兵球裁判員更加專注于觀察比賽情況，和做到和做到兵兵球比賽評分規(guī)范化，公平化，而避免由于過于投入觀察而發(fā)生忘記計分的情況，需要設計一個智能機器來完成專門針對于兵兵球比賽的模擬系統(tǒng)和計分器來協(xié)助裁判對雙方隊員計分，那樣裁判就可以將注意力全部集中在現(xiàn)場的比賽中，而無需要因為計分而耽擱賽事，做到賽事組織科學化，減少由于誤差而造成的賽

3、后紛爭，或者提供比賽判決證據(jù)。</p><p>　　兵兵球游戲模擬機器，同時可作為啟蒙兒童的教育工具?？梢允褂迷摫蚰M機器來為兒童演示和講解兵兵球比賽的計分規(guī)則和犯規(guī)條件，同時也可以激發(fā)學前班兒童對簡單電子小制作的興趣，為他們講解和介紹一些電子元器件能夠增長他們的見識和開發(fā)智商。</p><p>　　本設計采用雙向移位寄存器方法實現(xiàn)球跡移動電路，由發(fā)光二極管作光點模擬乒乓球移動的軌跡。

4、采用雙D觸發(fā)器及邏輯門電路構成按鍵組成驅(qū)動控制電路，通過此電路來控制并且實現(xiàn)球臺燈的左右移位即實現(xiàn)乒乓球的運動。使用十進制的計數(shù)器、邏輯門和集成的4管腳的數(shù)碼管來組成計分電路。</p><p>　　關鍵詞：74LS90 雙向移位寄存器 多諧振蕩器 D觸發(fā)器</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>

5、;　　1 設計目的1</b></p><p><b>　　2 設計任務1</b></p><p>　　2.1 設計指標1</p><p>　　2.2 設計要求1</p><p><b>　　3 方案選擇2</b></p><p>　　3.1 方案選擇一

6、2</p><p>　　3.2 方案選擇二2</p><p>　　3.3 方案的選擇3</p><p>　　4 兵兵球模擬計分器的設計4</p><p>　　4.1 電路的總方案圖4</p><p>　　4.2電路實現(xiàn)的原理4</p><p>　　4.3 單元電路解說4</p&

7、gt;<p>　　5 電路的裝配與調(diào)試過程8</p><p>　　5.1 電路的仿真8</p><p>　　5.2 電路焊接11</p><p>　　5.3 元件的布局11</p><p>　　5.4 電路的調(diào)試12</p><p>　　6 課程設計的結論、收獲、體會12</p>

8、<p><b>　　致 謝14</b></p><p>　　參 考 文 獻15</p><p><b>　　附 錄16</b></p><p>　　附錄1元器件清單16</p><p>　　附錄2 電路總圖17</p><p>　　圖2 電路

9、總圖17</p><p>　　附錄3 芯片引腳圖18</p><p><b>　　1 設計目的</b></p><p>　　(1) 加深對模擬電子技術數(shù)字電子技術對模擬電子技術知識的理解，拓寬知識面，鞏固電子工藝實習的成果。學會查找資料，學會如何學習，如何發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。</p><p>　　(2) 了解一件電子

10、產(chǎn)品從構思設計到造出成品的大概流程。</p><p>　　(3) 認識了仿真軟件仿真和實際之間的差別，感性認知用電子產(chǎn)品模擬顯示生活場景。</p><p>　　(4) 提高作為工科生的我們所必須的實踐動手能力。</p><p><b>　　2 設計任務</b></p><p><b>　　2.1 設計指標<

11、;/b></p><p>　　(1) 裁判有一個按鈕，是系統(tǒng)初始化，比賽開始。</p><p>　　(2) 一方發(fā)球后，球以固定速度向另一方運動（發(fā)光二極管依次點亮）。</p><p>　　(3) 當球達到對方最后一個發(fā)光二極管時，對方擊球（按下按鈕），球?qū)⑾蛳喾捶较蜻\動。</p><p>　　(4) 在其他時候擊球視為犯規(guī)，給對方加1

12、分；都犯規(guī)，各自加1分。</p><p>　　(5) 甲、乙各有一個2位數(shù)碼管計分；一方先到達11分，該局比賽結束。</p><p><b>　　2.2 設計要求</b></p><p>　　(1) 查找資料，進行小組討論，確定最終的設計方案。</p><p>　　(2) 根據(jù)選定方案實現(xiàn)設計要求的基本電路和擴展電路，畫

13、出各電路的邏輯電路原理圖，畫出各器件的功能表和引腳圖。</p><p>　　(3) 根據(jù)經(jīng)濟原則選擇元器件及參數(shù)。</p><p>　　(4) 小組進行電路焊接、調(diào)試、測試電路性能，撰寫整理設計說明書。</p><p><b>　　3 方案選擇</b></p><p><b>　　3.1 方案選擇一</b

14、></p><p>　　3.1.1 系統(tǒng)方案</p><p>　　圖5 計數(shù)電路原理圖</p><p>　　3.1.2 系統(tǒng)模塊</p><p>　　1. 頻率基準模塊：環(huán)路多諧振蕩器。優(yōu)點：結構簡單。缺點：振蕩周期短，振蕩頻率高而且不可調(diào)。</p><p>　　2. 球臺電路：用8個D觸發(fā)器級聯(lián)來實現(xiàn)左移和右移

15、的移位功能，采用4片74LS74。缺點：選用芯片較多，制作成本高及電路復雜。</p><p>　　3. 驅(qū)動控制電路：直接由按鍵控制D觸發(fā)器的高低電平，使得模擬乒乓球左右移動。</p><p><b>　　3.2 方案選擇二</b></p><p>　　3.2.1 工作原理 </p><p>　　1. 頻率基準模塊：石英

16、晶體多諧振蕩器。優(yōu)點：輸出波形穩(wěn)定性高。缺點：原件較多，成本稍高，一般用于對頻率穩(wěn)定性要求較高的場合。</p><p>　　2. 球臺電路：球跡移動電路可采用雙向移位寄存器方法實現(xiàn)，由發(fā)光二極管作光點模擬乒乓球移動的軌跡。</p><p>　　3. 驅(qū)動控制電路：由雙D觸發(fā)器及邏輯門電路構成按鍵組成的，通過此電路來控制并且實現(xiàn)球臺燈的左右移位即實現(xiàn)乒乓球的運動。</p>&l

17、t;p>　　4. 計分電路：使用十進制的計數(shù)器、邏輯門和集成的4管腳的數(shù)碼管來組成計分電路。</p><p>　　3.2.2 工作框圖</p><p>　　球臺電路 計分電路</p><p><b>　　圖2 方案二框圖</b></p><p>　　如上圖所示，該電路主要

18、由時鐘信號源、按鍵電路、球臺驅(qū)動電路，控制電路，計數(shù)器，顯示譯碼器和LED數(shù)碼管等組成。途中標出的各種信號的含義分別為：CP表示球臺驅(qū)動電路和計數(shù)器的時鐘信號；S表示燈（乒乓球）移動的信號；L表示發(fā)光二極管驅(qū)動信號，由L1~L8組成；CNT表示計數(shù)器的計數(shù)脈沖信號，由CNT1,CNT2組成；KA,KB表示開關控制的外輸入發(fā)球、擊球信號。</p><p><b>　　3.3 方案的選擇</b>

19、</p><p>　　由于方案一選用單片機STC89C51簡化代替了數(shù)字芯片的功能，單片機本身的穩(wěn)定性能受單片機的晶振時鐘電路影響很大，而晶振時鐘電路的設計和布局對于我們本科生而言依然是一個難題，為了增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和減少系統(tǒng)的誤差，我們選擇方案二。用穩(wěn)定的數(shù)字芯片來代替單片機的工作量。同時，也試著從硬件的角度去思考和解決問題，代替編寫和下載程序的過程，也能夠做到降低成本，所以我們選擇方案二來實現(xiàn)我們的兵兵球模擬

20、游戲機器。的對于方案二使用純硬件數(shù)字芯片更加簡單，輸出準確，穩(wěn)定性高。由于增強布線難度，也提高了做板本身的趣味性，而方案二需要到電路所用的的芯片以及部分電路已經(jīng)在我們平時的實驗的時候接觸過，而且接觸得比較多，較為熟練，我們都覺得方案二相對而言設計更為簡單，實現(xiàn)的可能性更高，因此我們選用了方案二。</p><p>　　4 兵兵球模擬計分器的設計</p><p>　　4.1 電路的總方案圖&l

21、t;/p><p><b>　　見附錄圖2</b></p><p>　　4.2電路實現(xiàn)的原理</p><p>　　(1).用兩個74LS194四位雙向移位寄存器來模擬乒乓球臺，其中第一個74LS194的DL輸出端QD接第二個的右移串行輸入端SR，這樣當乒乓球往右準備移出第一個寄存器的時候就會在時鐘脈沖的作用下被移入第二個寄存器。同樣道理，第二個74L

22、S194的AR輸出端接第一個的左移串行輸入端。</p><p>　　(2).用雙D觸發(fā)器74LS74及邏輯門電路構成驅(qū)動控制電路</p><p>　　(3).用十進制計數(shù)器74LS160D、邏輯門電路和集成的4管腳的數(shù)碼管組成計分電路</p><p>　　4.3 單元電路解說</p><p>　　4.3.1球臺電路設計</p>

23、<p>　?。?） 74LS194功能介紹</p><p>　　表1 74LS194功能表</p><p><b>　　功能說明： </b></p><p>　　(1)當S1 = S0 =1 時，不管各輸入端原來是什么狀態(tài)，在下一個時脈沖到來時，其輸出分別是預先輸入到并行輸入端的 abcd ，這種方式叫送數(shù)。</p>

24、<p>　　(2)當 S 1 =0 ，S 0 =1 時，其工作方式叫右移，這時，每來一個時鐘脈沖，輸出端的數(shù)各向右移一位，而 Q A 端的輸出則由加到 R 端的數(shù)來補充。</p><p>　　(3)當 S 1 =1 ，S 0 =0 時，其工作方式叫左移，情況正好與右移相反； Q D 端的輸出由加到 L 端的數(shù)來補充。 </p><p>　　(4)當 S 1 = S 0 =0 時，

25、不管是否有 CP 脈沖作用，輸出保持不變，這叫保持方式。 CP=0 時也是保持方式。</p><p><b>　　電路原理圖</b></p><p>　　圖3 球臺模塊電路原理圖</p><p>　　4.3.2 驅(qū)動電路設計</p><p>　　驅(qū)動控制電路設計如下圖4所示</p><p>　　圖

26、4 驅(qū)動電路原理圖</p><p><b>　　(2)電路原理</b></p><p>　　圖中74LS74為上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，~PR為置1端（低有效），~CLR為置0端（低有效）。當J1=0時，兩片D觸發(fā)器輸出端均為1即S1=S0=1，通過接入74LS194，此時實現(xiàn)的是并行輸入功能。當J1=1時，L1=J2=1，J3=L8=0,通過各門電路可知U2A,U4A,

27、U2B輸出端分別為0，1，1，則D觸發(fā)器輸出端分別為0，1即S1=0,S0=1。相反情況時，當J1=1時，L1=J2=0，J3=L8=1，D觸發(fā)器輸出端分別為1，0即S1=1,S0=0。通過此電路來控制并且實現(xiàn)球臺燈的左右移位即實現(xiàn)乒乓球的運動。</p><p>　　4.3.3計分電路設計</p><p>　　(1)74LS90功能介紹</p><p>　　原理說明

28、：本電路是由4 個主從觸發(fā)器和用作除2 計數(shù)器及計數(shù)周期長度為除5 的3 位2 進制計數(shù)器所用的附加選通所組成。有選通的零復位和置9 輸入。為了利用本計數(shù)器的最大計數(shù)長度（十進制），可將B 輸入同QA輸出連接，輸入計數(shù)脈沖可加到輸入A 上，此時輸出就如相應的功能表上所要求的那樣。</p><p><b>　　真值表：</b></p><p>　　(2)計數(shù)電路連接圖&

29、lt;/p><p>　　圖5計數(shù)電路的原理圖</p><p>　　4.3.4譯碼顯示電路</p><p>　　(1)譯碼顯示電路的原理</p><p>　　譯碼顯示電路是輸出的8421BCD碼譯成數(shù)碼管顯示所需要的高低電平，我們采用共陰極七段數(shù)碼管。74LS194輸出的二進制數(shù)輸入到CD4511中，CD4511把輸入的8421編碼的二進制數(shù)譯成七

30、段輸出a、b、c、d、e、f、g，用以驅(qū)動數(shù)碼管，以顯示比賽分值。</p><p>　　(2 )電路管腳連接圖</p><p>　　圖6 譯碼電路原理圖</p><p>　　5 電路的裝配與調(diào)試過程</p><p><b>　　5.1 電路的仿真</b></p><p>　　圖7 球臺仿真電路圖&

31、lt;/p><p>　　發(fā)光二極管模擬乒乓球運動軌跡，由74LS194實現(xiàn)球的雙向移動。</p><p>　　圖 8 按鍵去抖仿真電路圖</p><p>　　采用鎖存器硬件結構延遲去抖動，保證用戶擊球瞬間沒有誤差導致的計分</p><p>　　圖 9 控制驅(qū)動仿真電路圖</p><p>　　由與或門構成的乒乓球位置判斷，當

32、到達最后一個燈時，確定當前移動軌跡，模擬是否成功擊球。</p><p>　　圖 10 計數(shù)仿真電路圖</p><p>　　74LS90十進制計數(shù)器計數(shù)比賽分值，當?shù)竭_11分時分值自動清零。</p><p><b>　　5.2 電路焊接</b></p><p>　　焊接時主要布線和焊點要合理分布，盡量做到美觀。在實際焊接過

33、程中，要保證焊接筆不要碰到已經(jīng)焊好的線，否則焊好的線很容易脫落。每焊接完一部分電路，就立即進行調(diào)試，測試無誤后方可進行下一階段的焊接。</p><p>　　在焊接過程中有走線的位置焊接較密，容易出現(xiàn)短路現(xiàn)象，本小組在焊接過程中有兩條走線被一段很小的錫絲連接造成短路，由于錫絲很小很難被發(fā)現(xiàn)，在檢查了后才找出原因，因此在焊接過程中要時刻注意不要造成短路，兩焊點間要注意留有空隙。</p><p>

34、;　　在焊接過程中一定要仔細、認真，有一點小差錯都可能使電路不能正常工作，在焊接后也要仔細檢查確保沒有短路等不安全因素再接通電路。</p><p><b>　　5.3 元件的布局</b></p><p>　　元器件布局的原則是美觀，我們遵循的布局原則有一下幾點：</p><p>　　（1）在保證電性能合理的原則下，元器件應相互平行或垂直排列，在

35、整個板面上應分勻、疏密一致。在元件布局的時候，我們首先是直接畫在了一張跟板大小一樣的紙上，從而減少了在焊電路的時候的麻煩。</p><p>　?。?）元器件不要布滿整個板面，注意板邊四周要留有一定余量。余量的大小要根據(jù)印的面積和固定方式來確定，位于印制電路板邊上的元器件 ，距離印制板的邊緣至少應該2 mm。電子儀器內(nèi)的印制板四周，一般每邊都留有5～10 mm空間。</p><p>　　（3

36、）元器件的布設不能上下交叉。相鄰的兩個元器件之間要保持一定的間距。間距不小，避兔相互碰接。如果相鄰元器件的電位差較高，則應 當保持安全距離，如圖4所安全間隙一般不應小于0.5 mm。一般環(huán)境中的間隙安全電壓是200 V／mm。</p><p>　?。?）通常情況下，不論單面板還是雙面板，所有元器件應該布設在印制板的一面，并且每個元器件的引出腳要單獨占用一個焊盤。</p><p>　?。?）

37、元器件的安裝高度要盡量低，一般元件體和引線離開板面不要超過5 mm，過高則承受振動和沖擊的穩(wěn)定性變差，容易倒伏或 與相鄰元器件碰接。</p><p>　　（6）根據(jù)印制板在整機中的安裝位置及狀態(tài)，確定元件的軸線方向。規(guī)則排列的元器件，應該使體積較大的元件的軸線方向在整機中處于豎立 狀態(tài)，可提高元器件在板上固定的穩(wěn)定性。</p><p>　?。?）元件兩端焊盤的跨距應該稍大于元件體的軸向尺寸

38、。引線不要齊根彎折，彎腳時應該留出一定的距離(至少2 mm)，以免損壞元件。</p><p>　?。?）有極性的器件在以同一板上的極性標示方向盡量保持一致。</p><p><b>　　5.4 電路的調(diào)試</b></p><p>　　電路的調(diào)試分為局部調(diào)試和總體調(diào)試。首先是對電路局部的調(diào)試，我們每焊接完一個單元電路都要對電路進行功能調(diào)試。調(diào)試的

39、內(nèi)容有：接線的導通情況、個接點電壓大小、功能實現(xiàn)情況等。當總體電路焊接出來以后就要進行總體調(diào)試了，這就對電路是否實現(xiàn)實現(xiàn)原定的功能進行調(diào)試了，這一步是通過電路顯示數(shù)據(jù)來分析解決的。</p><p>　　6 課程設計的結論、收獲、體會</p><p>　?。?）我們小組的數(shù)字兵兵球模擬游戲系統(tǒng)可以通過球臺模擬電路，驅(qū)動控制電路，，計數(shù)電路，寄存電路，譯碼顯示電路，實現(xiàn)了精確計分評判，和大比分

40、顯示功能。</p><p>　　（2）通過這次課程設計，我們對制作一個電子產(chǎn)品的流程有了深刻的認識，例如說，本次實驗，一個很實用的兵兵球模擬計分器。雖然說這個實驗肯定很難在運動行業(yè)上得到很重要的利用，但是，他簡明的描述了一個兵兵球比賽計分的原理。在課本上學到的理論也得到了充分的展示，在實踐中深化自己的理論中，不斷的利用自己學到的知識去指導、去完成這次實驗。</p><p>　?。?）收獲：

41、通過這次課程設計，我們之前學到的理論知識得到到了充分的展示，同時也加深了對理論知識的認識。此外，我們的自學能力也得到了很大的提高，而且我們處理問題的能力又不斷地變強了，例如，在測試電路板的時候，以前只要有某一部分功能失效就會感到徒勞無助，通過這次課程設計，我們學會了模塊話測試方法，并且在調(diào)試時候首先保證所有芯片的正負極測試顯示正常。因為我們需要不斷的尋找資料學習，例如仿真軟件proteus，我們之前都沒有接觸過，都是邊學邊用。同時我們也

42、培養(yǎng)了耐心，細心，嚴謹?shù)淖黠L，學會了團隊合作，共同完成任務，為以后的學習工作打下堅實的基礎。</p><p>　　（4）體會：在實習過程中我們遇到了許多沒有預料到的困難。首先在課程設計的學習動員大會上面，我們知道了要做到飛線盡量少，布局合理科學客觀是要花很多心思下去設計的，所以我們小組非常重視布線過程，希望能通過減少芯片使用來減少飛線的使用。我們有想過用pcb來制作本兵兵球模擬機器，但是我們更希望能自己努力地去思

43、考，用萬用板來焊接我們的電路，因為我們認為邏輯思考能力很重要，能夠在萬用板上焊出一塊完整的板子是我們的目標。我們也想通過這次課程設計來鍛煉我們的焊接技術，我們在學習理論知識，仿真和畫板軟件的同時，也要加強自己的焊接能力。本著要在焊接過程中一定要仔細認真，有一點小差錯都可能使電路不能正常工作的心態(tài)，我們在連接進行焊接的時候，首先在一張紙上畫出了電路板的結構，然后方便我們以后在焊接的時候直接對著那張紙進行焊接，那樣就可以減少產(chǎn)生錯誤的可能性

44、。而且，我們進行焊接的同學很認真謹慎，很少出現(xiàn)問題，所以，我們電路檢查的很少，或者說，就出現(xiàn)了一個小小的錯誤，其他的錯誤都是因為以前是實驗上沒預見到的困難，因此，我們認為在焊接電路之前，先在一張紙上畫出電路是很有必要的。 </p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　這次課程設計能夠順利完成，離不開大家的幫助。</p>

45、<p>　　感謝本次課程設計的指導老師xx老師在動員大會上給我們詳細地講解了各個主題的難點及實驗過程中的指導。</p><p>　　對于這一次的作品設計考試，我要感謝的是學校，學校給我們提供這樣一個發(fā)揮的平臺，使我們在這一次的作品設計中學到更多平時學不到的知識。在此，感謝學院、老師、同學們的支持與幫助，讓我能順利的完成這次作品設計考試，讓我從中學到了很多，謝謝你們！</p><p&g

46、t;<b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1]康華光 電子技術基礎數(shù)字部分(第五版)[M].北京:高等教育出版社. 2006,60-423[2]康華光 電子技術基礎模擬部分(第五版)[M].北京:高等教育出版社. 2006,54-244</p><p>　　[3]吳慎山 數(shù)字電子技術實驗與實踐[M].北京:電子工業(yè)出版社. 2011.4[

47、4]鄧元慶，賈鵬 數(shù)字電路與系統(tǒng)設計.西安：西安電子科技大學出版社. 2003[5]梁延貴 現(xiàn)代集成電路實用手冊（編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、電子開關、電源分冊）.北京：科學技術文獻出版社. 2002</p><p>　　[6]朱清慧，張風蕊 Proteus教程[M].北京:清華大學出版社. 2008.9</p><p>　　[7]沈小豐 電子線路實驗[M].北京:清華大學出

48、版社. 2007.10</p><p>　　[8]電工電子教研室 電子技術實驗.廣州：華南農(nóng)業(yè)大學工程學院.2011.4</p><p>　　[9]電工電子教研室 電子工藝實習指導書 （第三版）.廣州華南農(nóng)業(yè)大學工程學院.2012</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　

49、　附錄1元器件清單</b></p><p><b>　　表2 元件清單表</b></p><p><b>　　附錄2 電路總圖</b></p><p><b>　　圖2 電路總圖</b></p><p><b>　　附錄3 芯片引腳圖</b>&

50、lt;/p><p>　　74LS90 CD4511</p><p>　　74LS04 74LS194 </p><p>　　CD40106