數(shù)電課程設(shè)計基于multisim的乒乓球游戲機(jī)控制電路設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計（論文）</b></p><p>　　課程名稱：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) </p><p>　　題 目：基于Multisim的乒乓球游戲機(jī)控制電路設(shè)計 </p><p>　　院 （系）： </p><p>　

2、　專業(yè)班級： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p

3、><p><b>　　任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計題目：基于Multisim乒乓球游戲機(jī)的控制設(shè)計電路</p><p><b>　　課題目的：</b></p><p>　　該乒乓球游戲機(jī)電路主要由3塊組成：球臺驅(qū)動電路，控制電路和計分電路組成。其中球臺電路主要實現(xiàn)游戲者擊球完畢后球的左右移動

4、顯示位置功能；控制電路實現(xiàn)游戲者A和B擊球，裁判對系統(tǒng)初始化的功能；計分電路具有當(dāng)A或B擊球有效時加分和當(dāng)游戲者的分?jǐn)?shù)累計超過10時報警通知裁判對系統(tǒng)初始化以便重新開始比賽計分功能。</p><p>　　課題主要內(nèi)容與要求：</p><p>　　內(nèi)容：本課題設(shè)計一個以8個二極管的依次被點(diǎn)亮代表球的移動位置雙向選擇開關(guān)J2，J3控制發(fā)球，擊球信號，在Multisim軟件上測試結(jié)果。</

5、p><p>　　要求：1、熟悉Multisim軟件</p><p>　　2、用8個發(fā)光二極管表示球，用倆個按鈕分別表示AB倆個球員的球拍；</p><p>　　3、A,B各有一個數(shù)碼管計分。</p><p>　　4、裁判有一個按鈕，用來對系統(tǒng)初始化，每次得分后按下一次。</p><p><b>　　摘 要<

6、/b></p><p>　　乒乓球游戲機(jī)通過十分巧妙地設(shè)計采用數(shù)字芯片實現(xiàn)乒乓球左右移動，選手擊球得分，累計得分超10報警燈功能。該設(shè)計三個雙向開關(guān)J1，J2，J3分別作為裁判和游戲者A,B，且選手可以譯碼顯示器上直接讀出自己的得分，具有操作簡單，結(jié)構(gòu)清晰的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　對與模電課題的研究離不開電路圖，不過現(xiàn)在都在實行電子化，所以需要借助電子產(chǎn)品。Multisim軟件就

7、是一款畫電路圖的電子軟件，在此對不太熟悉或未接觸過Multisim軟件的朋友簡短的介紹下：</p><p>　　Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。同時具備可以根據(jù)自己的需求制造出真正屬于自己的儀器；所有的虛擬信號都可以通過計算機(jī)輸出到實際的硬件

8、電路上；所有硬件電路產(chǎn)生的結(jié)果都可以輸回到計算機(jī)中進(jìn)行處理和分析等特點(diǎn)。該乒乓球游戲機(jī)電路主要有3塊電路：臺球驅(qū)動電路，控制電路和計分電路組成。其中臺球驅(qū)動電路主要實現(xiàn)游戲者擊球完畢后球的左右移動顯示位置功能；控制電路實現(xiàn)游戲者A和B擊球，裁判對系統(tǒng)初始化的功能；積分電路具有當(dāng)A和B擊球有效時加分和當(dāng)游戲者的分?jǐn)?shù)累計超過10分時報警通知裁判對系統(tǒng)進(jìn)行初始化以便重新開始比賽積分的功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：

9、游戲機(jī) 控制電路 系統(tǒng)初始化</p><p>　　目 錄</p><p>　　1緒論…………………………………………………………第1頁</p><p>　　2設(shè)計任務(wù)……………………………………………………第2頁</p><p>　　3設(shè)計電路……………………………………………………第2頁</p><p&g

10、t;　　4結(jié)論總結(jié)……………………………………………………第7頁</p><p>　　5收獲心得……………………………………………………第9頁</p><p>　　6參考文獻(xiàn)………………………………………………… 第10頁</p><p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　課題思路<

11、/b></p><p>　　數(shù)字技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展最快的學(xué)科之一。隨著集成電路工藝的發(fā)展，數(shù)字集成器件已經(jīng)從小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路到大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路的發(fā)展過程。數(shù)字技術(shù)是一項與電子計算機(jī)相伴生的科學(xué)技術(shù)，由于在預(yù)算、存儲等環(huán)節(jié)需要對計算機(jī)內(nèi)信息進(jìn)行處理。數(shù)字電子技術(shù)主要研究各種邏輯電路、集成器件的功能及其應(yīng)用，邏輯電路組合和時序電路的分析和設(shè)計、集成芯片各腳功能。隨著計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)突飛

12、地發(fā)展，用數(shù)字電路進(jìn)行信號處理的優(yōu)勢也更加突進(jìn)。為了充分發(fā)揮和利用數(shù)字電路處理上強(qiáng)大功能，我們可以先將模擬信號轉(zhuǎn)化成等比例的數(shù)字信號，然后送到數(shù)字電路進(jìn)行處理。</p><p>　　(2)Multisim介紹</p><p>　　對與模電課題的研究離不開電路圖，不過現(xiàn)在都在實行電子化，所以需要借助電子產(chǎn)品。Multisim軟件就是一款畫電路圖的電子軟件，在此對不太熟悉或未接觸過Multis

13、im軟件的朋友簡短的介紹下：</p><p>　　Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。同時具備可以根據(jù)自己的需求制造出真正屬于自己的儀器；所有的虛擬信號都可以通過計算機(jī)輸出到實際的硬件電路上；所有硬件電路產(chǎn)生的結(jié)果都可以輸回到計算機(jī)中進(jìn)行處理和分

14、析等特點(diǎn)。</p><p>　　工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。<

15、/p><p><b>　　2設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　1用8個發(fā)光二極管表示求，用倆個按鈕分別表示AB倆個球員的球拍；</p><p>　　2 一方發(fā)球后，球以固定的速度向另一方運(yùn)動（發(fā)光二極管依次點(diǎn)亮），當(dāng)球達(dá)到最后一個二級管的時，對方擊球（按下按鈕）球向相反方向運(yùn)動，在其他時候擊球視為犯規(guī)，給對方加一分；都犯規(guī)雙方各加一份；<

16、/p><p>　　3 A,B各有一個數(shù)碼管計分；</p><p>　　裁判有一個按鈕，用來對系統(tǒng)初始化，每次得分后按下</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　3設(shè)計電路</b></p><p>　　根據(jù)要求，該電路必須設(shè)計3塊短路完成球臺驅(qū)動，控制和

17、計分功能。當(dāng)裁判按下啟動按鈕時，游戲機(jī)電路開始運(yùn)作。系統(tǒng)以CP信號作為球臺驅(qū)動電路和計數(shù)器積分的時鐘信號，以8個二極管的依次點(diǎn)亮代表球的移動位置，雙向選擇開關(guān)J2，J3控制發(fā)球，擊球信號。電路設(shè)計原理圖如下圖1：</p><p>　　球臺電路 計分電路</p><p>　　圖1 電路設(shè)計原理圖</p><p><b

18、>　　1求臺電路設(shè)計</b></p><p>　　球臺電路通過兩個4位上相移位寄存器74LS194接成一個8位的移位寄存器。具體接法為：將第一片的左移串行輸入端SL接到第二片的Q0端，將第二片的右移串行輸入端接到第一片的Q3端，然后將第一片的D0端和第二片的D3端制1，同時將剩余的其他幾個輸入端制0。其功能表如下表1：</p><p>　　表1 移位寄存器功能表</

19、p><p><b>　　2功能說明：</b></p><p>　?。?）當(dāng)D =0，其他輸入端均為任意值，寄存器輸出Q0、Q1、Q2、Q3均為0。清除后，置D =1。此功能對應(yīng)于裁判員對系統(tǒng)進(jìn)行初始化。</p><p>　?。?）當(dāng)D =S1=S2=1時，送入任意的4位二進(jìn)制數(shù)，當(dāng)下一個上升沿到來時，將Q0、Q1、Q2、Q3置成相應(yīng)的狀態(tài)。<

20、;/p><p>　?。?）當(dāng)D =1、S1=0、S0=1時，由右移輸入端SR輸入二進(jìn)制碼1000，通過時鐘脈沖CP依次右移。此功能對應(yīng)于乒乓球右移。</p><p>　?。?）當(dāng)D =1、S1=1、S0=0時，由右移輸入端SR輸入二進(jìn)制碼0001，通過時鐘脈沖CP依次左移。此功能對應(yīng)于乒乓球左移。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計原理，使用multisim繪制并通過仿真的電

21、路圖如下：</p><p><b>　　圖2球臺電路電路圖</b></p><p><b>　　3驅(qū)動控制電路設(shè)計</b></p><p>　　該電路塊由兩片74LS74、兩個與門7409、兩個與非門7400構(gòu)成，74LS74為上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器， ~PR為置1端（低電平有效），~CLR為置0端（低電平有效）。當(dāng)J1=0

22、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(dāng)J1=1時，L1=J2=1，J3=L8=0,通過各門電路將1D置為0，將兩片74LS74的CLK信號置為1，則D觸發(fā)器輸出端Q1、Q2分別為0，1即S1=0,S0=1。相反情況時，當(dāng)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(yùn)動。<

23、/p><p>　　根據(jù)設(shè)計原理，使用multisim繪制并通過仿真的驅(qū)動控制電路電路圖如下：</p><p>　　圖3 驅(qū)動控制電路電路圖</p><p><b>　　4計分電路設(shè)計</b></p><p>　　計分電路以PlayerA 的計分電路為例進(jìn)行說明。本電路主要由一片74LS160十進(jìn)制計數(shù)器、一個7404非門、7

24、409與門構(gòu)成，得分真值表如下：</p><p>　　十進(jìn)制計數(shù)器、一個7404非門、7409與門構(gòu)成，得分真值表如下：</p><p>　　同步十進(jìn)制計數(shù)器74LS160的功能表如下：</p><p>　　由計數(shù)器74LS160的功能表可知，當(dāng)~RD=~LD=EP=ET=1時工作狀態(tài)為計數(shù)，此時~CLR=~LOAD=ENT=ENP=1。選用ENP、ENT作為74L

25、S160的計數(shù)控制端，當(dāng)ENT=ENP=1時計數(shù)，當(dāng)ENT=ENP=0時計分電路處于保持狀態(tài)。RCO為進(jìn)位輸出端，即當(dāng)選手計滿9分時給出報警信號。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計原理，使用multisim繪制并通過仿真的計分電路圖如下：</p><p>　　圖4 計分電路電路圖</p><p><b>　　5總體電路的設(shè)計</b></p&g

26、t;<p>　　根據(jù)上述三個模塊電路，將它們按一定的次序進(jìn)行組合并通過仿真，即可得到下面的總電路 </p><p><b>　　圖5 總電路電路圖</b></p><p><b>　　4結(jié)論總結(jié)</b></p><p>　　本電路的設(shè)計難點(diǎn)是咋樣把裁判員的初始化信號和倆位選手的擊球信號加到整個電路中去，來控制

27、總格電路系統(tǒng)。球臺控制電路的仿真無法用邏輯分析，經(jīng)過我們小組反復(fù)討論和分析，我們使用了倆片上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器74LS74，倆個與門7490，倆個非門7400構(gòu)成電路。將裁判的開關(guān)與74LS74芯片的CLR端相連，實現(xiàn)裁判對電路的可控性。當(dāng)CLR信號有效時，實現(xiàn)對電路的清零；當(dāng)CLR信號無效時即開關(guān)閉合時候，允許游戲者擊球。</p><p><b>　　5收獲與得</b></p>

28、<p>　　通過本次數(shù)電課程設(shè)計使我懂得數(shù)字電路的基本設(shè)計方法，對Multisim仿真軟件有了初步的了解和認(rèn)識。讓我懂得如何使用Mulsitim軟件對電路進(jìn)行設(shè)計和仿真，如何運(yùn)用里面提供的電路部件來設(shè)計和完成電路的功能，使我在以后的工作中會利用Mulsitim進(jìn)行電路設(shè)計完成工程功能的實現(xiàn)。</p><p>　　通過實驗使我提高了邏輯思維能力，使我在邏輯電路的分析與設(shè)計上有很大額進(jìn)步。加深了我們對組

29、合邏輯電路與時序邏輯電路的認(rèn)識，進(jìn)一步增進(jìn)了對一些常見邏輯器件的了解。</p><p>　　我認(rèn)識到一個完整的電路是有不同功能的單元組成，每個單元都有各自的功能和電路實現(xiàn)，每個單元相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)，設(shè)計每一個單元必須考慮到其他單元的參數(shù)等。實踐是加深理解知識原理的最好途徑，通過查閱書籍資料，設(shè)計電路，計算電路參數(shù)，動手畫電路圖等過程是我對電路知識有了進(jìn)一步理解。讓我還知道了在以后的學(xué)習(xí)中，要不斷的將理論與實際相

30、結(jié)合，在實踐中腳踏實地，彌補(bǔ)自己的薄弱點(diǎn)，不要因為怕錯而不敢去做，如果不做怎么就知道自己的一定的錯，也許自己還會是對的，就算錯了也只要做了才會知道自己錯哪了，才有改正錯誤的機(jī)會，否則一切都是白話與空談不存在價值。 還有，本次設(shè)計中用到的元件，各有各的特點(diǎn)，我們要留意這些元件，以便在以后的設(shè)計中使用。 </p><p>　　最后，衷心地感謝所有幫助我們解決問題克服困難的老師同學(xué)。</p&g

31、t;<p><b>　　6參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　【1】閻石，《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第五版》， 北京高等教育出版社：2006</p><p>　　【2】君蘭高仁景，《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)與設(shè)計》， 大連大連理工大學(xué)出版社：2004 </p><p>　　【3】吳友宇，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》，清華大學(xué)出版社：2008