課程設計--剪刀石頭布電子游戲

1、<p>　　數字電子技術基礎電子</p><p><b>　　課程設計</b></p><p>　　設計題目 石頭剪刀布游戲機 </p><p>　　系 別 理學院 </p><p>　　班 級 11信科2班 </p><p>　　

2、姓 名 </p><p>　　指導老師 </p><p>　　二0一三年十二月八日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一 設計內容及要求................1 </p><p>　　

3、第二 總體框圖......................1 </p><p>　　第三 選擇器件......................2</p><p>　　第四 功能模塊......................9</p><p>　　第五 總體設計電路圖............... 14</p><p>　　第六 課

4、程設計心得體會............. 16</p><p>　　一、課程設計內容與要求</p><p>　　設計一個兩人剪刀石頭布游戲機，開關S1、S2分別代表甲、乙兩人，摁下S1、S2后，燈1、2、3和4、5、6循環(huán)閃亮，表明二者開始游戲。松開控制按鈕S1、S2，表明二者已經做好抉擇，此時1~3和4~6中只有一盞燈仍點亮，而每盞燈代表不同的意思，藍色代表剪刀，綠色代表石頭，紅色代表布

5、。燈7~9只有一盞燈亮，藍色代表甲勝，綠色代表和，紅色代表乙勝。</p><p>　　要求：寫出具體的分析思路和方案、利用Multisim設計的具體過程，繪制電路原理圖，利用Mulitisim仿真、驗證電路功能。</p><p><b>　　二、總體框圖</b></p><p>　　“剪刀石頭布”電子游戲電路有振蕩電路、控制器、譯碼電路、顯示電

6、路四部分組成。總體框圖如圖1。</p><p>　　圖 1 “剪刀石頭布”電子游戲原理圖</p><p>　　⑴振蕩電路：把直流電能轉換成具有一定振幅和一定頻率的交流信號。本設計由555定時器構成多諧振蕩器。</p><p>　?、瓶刂破鳎簩⒄袷庪娐份敵龅男盘栠M行記數。本設計由開關和74LS290組成。</p><p>　　⑶譯碼電路：

7、對控制器的計數進行譯碼。本設計由74LS138組成。</p><p>　?、蕊@示電路：對譯碼結果進行顯示。本設計由藍、綠、紅三盞燈及非門、與門和或門組成。</p><p><b>　　三、選擇器件</b></p><p><b>　　555定時器</b></p><p>　　555定時器是一種多用途

8、的數字—模擬混合集成電路，利用它能極方便地構成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。本課程設計中利用它構成多諧振蕩器，即將Vi1和Vi2連在一起接成施密特觸發(fā)器，然后再將Vo經RC積分電路接回輸入端就可以了，為了減輕門G4的負載，在電容C的容量較大時不宜直接由G4提供電容的充、放電流。為此，在下圖中將TD與R1接成一個反相器，它的輸出V`O與VO在高、低電平狀態(tài)上完全相同。由此接成多諧振蕩器，如圖2所示。</p><

9、;p>　　圖 2 多諧振蕩器</p><p>　　555的真值表如表1。</p><p>　　表 1 定時器555真值表</p><p>　　555定時器的引腳圖及內部電路圖如圖3和圖4。</p><p>　　圖 3 555定時器引腳圖</p><p>　　圖 4 555定時器電路圖<

10、/p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　接通電源后，Vcc通過R1、R2對C充電，uc上升。開始時Uc<Vcc，即復位控制端TH<Vcc，置位控制端<Vcc，定時置位器，Q=1，=0，放電管截止。</p><p>　　隨后，當UcVcc時，復位控制端TH>Vcc,置位控制端>Vcc,定時器復位，

11、Q=0，=1，放電管飽和導通，C通過R2經V放電，Uc下降。</p><p>　　當Uc<Vcc，又回到復位控制端TH<Vcc，置位控制端<Vcc，定時置位器，Q=1，=0，放電管截止。C停止放電而重新充電。如此反復，形成振蕩波形如圖5所示。</p><p><b>　　圖5 振蕩波形</b></p><p>　　由上圖中V

12、C的波形求得電容C的充電時間T1和放電時間T2各為</p><p>　　T10.7(R1+R2)C</p><p><b>　　T20.7R2C</b></p><p>　　周期T=T1+T20.7(R1+R2)C+0.7R2C=0.7(R1+2R2)C</p><p>　　2. 74LS290計數器</p>

13、<p>　　74LS290是異步十進制計數器。其邏輯圖和外引線排列圖如圖6所示。它由一個一位二進制計數器和一個異步五進制計數器組成。如果計數脈沖由端CP0輸入，輸出由端引出，即得二進制計數器；如果計數脈沖由CP1端輸入，輸出由引出，即是五進制計數器；如果將與CP1相連，計數脈沖由CP0輸入，輸出由引出，即得8421碼十進制計數器。因此，又稱此電路為二-五-十進制計數器。 下表是74LS290的功能表。由表可以看出，

14、當復位輸入R0(1)=R0(2)=1，且置位輸入S9(1)·S9(2)=0時，74LS290的輸出被直接置零；只要置位輸入S9(1)·S9(2)=1，則74LS290的輸出將被直接置9，即=1001；只有同時滿足R0(1)·R0(2)=0和S9(1)·S9(2)=0時，才能在計數脈沖(下降沿)作用下實現二-五-十進制加法計數。</p><p>　　表2是74LS290型計數

15、器的功能表。</p><p>　　表2 74LS290型計數器的功能表</p><p>　　圖6 74LS290的邏輯圖和外腳線排列圖</p><p>　　74LS138 譯碼器</p><p>　　74LS138 為3 線－8 線譯碼器，共有 54/74S138和 54/74LS138 兩種線路結構型式，74LS138的內部電路如圖7，工

16、作原理如下： 當一個選通端（G1）為高電平，另兩個選通端/(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>　　74LS138的作用</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。 若將選通端中的一個作為數據

17、輸入端時，74LS138還可作數據分配器</p><p>　　圖7 74LS138譯碼器內部電路 </p><p>　　3線-8線譯碼器74LS138的功能表如表3。</p><p>　　表 3 74LS138功能表</p><p>　　無論從邏輯圖還是功能表我們都可以看到74LS138的八個輸出管腳，任何時刻要么全為高電平1—芯

18、片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個為低電平0，其余7個輸出管腳全為高電平1。如果出現兩個輸出管腳在同一個時間為0的情況，說明該芯片已經損壞。</p><p>　　當附加控制門的輸出為高電平（S＝1）時，由邏輯圖寫出</p><p>　　由以上公式可以看出，在同一個時間又是這三個變量的全部最小項的譯碼輸出，所以也把這種譯碼器叫做最小項譯碼器。</p><p>　　71LS

19、138有三個附加的控制端。當/(G2A)和/(G2B)）為低電平時，輸出為高電平（S＝1），譯碼器處于工作狀態(tài)。否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平。</p><p><b>　　功能模塊</b></p><p><b>　　振蕩電路</b></p><p><b>　　振蕩電路圖如圖8。</b&

20、gt;</p><p><b>　　圖8 振蕩電路</b></p><p>　　振蕩電路振蕩工作,其振蕩頻率為500Hz。</p><p><b>　　計算式：</b></p><p>　　T0.7(R1+2R2)C1=0.7*3KHz*1uF=0.0021s</p><p&

21、gt;　　f=1/T500Hz</p><p><b>　　控制器</b></p><p><b>　　控制器電路圖如圖9</b></p><p>　　圖9 控制器</p><p>　　本設計中的LS290是將QB與INB連接，計數脈沖CP由INA輸入，這樣即組成了標準的8421碼十進制

22、計數器，因為輸出端只連接QA、QB，又與R01、R02通過一個與門相連，當輸出為11時，置零，所以輸出為循環(huán)進行的000110。</p><p><b>　　3.譯碼電路</b></p><p>　　譯碼電路圖如圖10。</p><p>　　圖10 譯碼電路</p><p>　　74LS138有三個附加的控制

23、端。當/(G2A)和/(G2B)）為低電平時，輸出為高電平（G1＝1），譯碼器處于工作狀態(tài)。本設計中74LS138和非門實現功能如下表4。</p><p><b>　　表4 功能表</b></p><p><b>　　4.顯示電路</b></p><p>　　顯示電路圖如圖11。</p><p>

24、;　　圖11 顯示電路</p><p>　　當游戲的甲乙雙方同時按下控制按紐S1,S2時,74LS290和74LS138開始對500Hz的振蕩信號進行計數,其Y0端~Y3端依次輪流輸出高電平,使代表”石頭”,”剪刀”,”布”的燈1、2、3和4、5、6不停地循環(huán)閃亮,隨后甲,乙雙方同時松開控制按紐S1和S2,此時1~3、4~6和7~9中各有一個發(fā)光二級管仍點亮。</p><p>&

25、lt;b>　　五、總體設計電路圖</b></p><p>　　總體設計電路圖如圖12。</p><p>　　圖12 總設計電路圖</p><p>　　功能描述：振蕩電路振蕩工作,其振蕩頻率為500Hz.當游戲的甲乙雙方同時按下控制按紐S1,S2時,74LS290和74LS138開始對500Hz的振蕩信號進行計數,74LS138 Y0

26、端~Y3端依次輪流輸出高電平,使代表”石頭”,”剪刀”,”布”的燈1、2、3和4、5、6不停地循環(huán)閃亮,隨后甲,乙雙方同時松開控制按紐S1和S2,此時1~3和4~6中各有一盞燈仍點亮,通過觀察燈7、8、9中亮著的燈來分出勝負。</p><p>　　總體電路的硬件檢測結果如表5。</p><p>　　甲輸出的情況用燈1、2、3（剪刀、石頭、布）來表示</p><p>

27、　　乙輸出的情況用燈4、5、6（剪刀、石頭、布）來表示</p><p>　　燈7、8、9表示甲勝、和、乙勝</p><p>　　表5 硬件檢測結果</p><p><b>　　元器清單：</b></p><p><b>　　555定時器：1個</b></p><p>

28、<b>　　開關：2個</b></p><p>　　74LS290計數器：2個</p><p>　　74LS138譯碼器：2個</p><p>　　與門7408：11個</p><p>　　非門74LS04：6個</p><p><b>　　或門4075：3個</b><

29、/p><p><b>　　課程設計心得體會</b></p><p>　　通過此次課程設計，使我了解到了數字電路在實際生活中的具體及廣泛的應用，使我對數字電路的學習星期更加濃厚。我終于明白了學習數字電路不能只停留在理論知識上面，要結合實際操作才能更好的學好數字電路。在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在

30、這方面的知識欠缺和經驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。此次設計也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時請教或上網查詢，只要認真鉆研，動腦思考，動手實踐，就沒有弄不懂的知識，收獲頗豐。</p><p>　　過而能改，善莫大焉。在課程設計過程中，我們不斷發(fā)現錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲取。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在老師的指導下，終于游