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1、 华 南 农 业 大 学电子线路综合设计乒乓球游戏模拟设计班级： 组别：3指导教师： 张霞2012年 12月摘 要兵兵球比赛现场激烈紧张，为了让兵兵球裁判员更加专注于观察比赛情况，和做到和做到兵兵球比赛评分规范化，公平化，而避免由于过于投入观察而发生忘记计分的情况，需要设计一个智能机器来完成专门针对于兵兵球比赛的模拟系统和计分器来协助裁判对双方队员计分，那样裁判就可以将注意力全部集中在现场的比赛中，而无需要因为计分而耽搁赛事，做到赛事组织科学化，减少由于误差而造成的赛后纷争，或者提供比赛判决证据。兵兵球游戏模拟机器，同时可作为启蒙儿童的教育工具。可以使用该兵兵球模拟机器来为儿童演示和讲解兵兵球
2、比赛的计分规则和犯规条件，同时也可以激发学前班儿童对简单电子小制作的兴趣，为他们讲解和介绍一些电子元器件能够增长他们的见识和开发智商。本设计采用双向移位寄存器方法实现球迹移动电路，由发光二极管作光点模拟乒乓球移动的轨迹。采用双D触发器及逻辑门电路构成按键组成驱动控制电路，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。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。关键词：74LS90 双向移位寄存器 多谐振荡器 D触发器目 录1 设计目的12 设计任务12.1 设计指标12.2 设计要求13 方案选择23.1 方案选择一23.2 方案选择二23.3 方案的选择34
3、 兵兵球模拟计分器的设计44.1 电路的总方案图44.2电路实现的原理44.3 单元电路解说45 电路的装配与调试过程85.1 电路的仿真85.2 电路焊接115.3 元件的布局115.4 电路的调试126 课程设计的结论、收获、体会12致 谢14参 考 文 献15附 录16附录1元器件清单16附录2 电路总图17图2 电路总图17附录3 芯片引脚图181 设计目的(1) 加深对模拟电子技术数字电子技术对模拟电子技术知识的理解，拓宽知识面，巩固电子工艺实习的成果。学会查找资料，学会如何学习，如何发现问题，解决问题。(2) 了解一件电子产品从构思设计到造出成品的大概流程。(3) 认识了仿真软件仿
4、真和实际之间的差别，感性认知用电子产品模拟显示生活场景。(4) 提高作为工科生的我们所必须的实践动手能力。2 设计任务2.1 设计指标(1) 裁判有一个按钮，是系统初始化，比赛开始。(2) 一方发球后，球以固定速度向另一方运动（发光二极管依次点亮）。(3) 当球达到对方最后一个发光二极管时，对方击球（按下按钮），球将向相反方向运动。(4) 在其他时候击球视为犯规，给对方加1分；都犯规，各自加1分。(5) 甲、乙各有一个2位数码管计分；一方先到达11分，该局比赛结束。2.2 设计要求(1) 查找资料，进行小组讨论，确定最终的设计方案。(2) 根据选定方案实现设计要求的基本电路和扩展电路，画出各电
5、路的逻辑电路原理图，画出各器件的功能表和引脚图。(3) 根据经济原则选择元器件及参数。(4) 小组进行电路焊接、调试、测试电路性能，撰写整理设计说明书。3 方案选择3.1 方案选择一3.1.1 系统方案图5 计数电路原理图3.1.2 系统模块1. 频率基准模块：环路多谐振荡器。优点：结构简单。缺点：振荡周期短，振荡频率高而且不可调。2. 球台电路：用8个D触发器级联来实现左移和右移的移位功能，采用4片74LS74。缺点：选用芯片较多，制作成本高及电路复杂。3. 驱动控制电路：直接由按键控制D触发器的高低电平，使得模拟乒乓球左右移动。3.2 方案选择二3.2.1 工作原理 1. 频率基准模块：石
6、英晶体多谐振荡器。优点：输出波形稳定性高。缺点：原件较多，成本稍高，一般用于对频率稳定性要求较高的场合。2. 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。3. 驱动控制电路：由双D触发器及逻辑门电路构成按键组成的，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。4. 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。3.2.2 工作框图时钟信号源按键电路发光二极管球台驱动电路控制电路LED数码管1显示译码器1计数器1LED数码管2显示译码器2计数器2 球台电路 计分电路 图2 方案二框图如上图所示，该电路主要由
7、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L1L8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。3.3 方案的选择由于方案一选用单片机STC89C51简化代替了数字芯片的功能，单片机本身的稳定性能受单片机的晶振时钟电路影响很大，而晶振时钟电路的设计和布局对于我们本科生而言依然是一个难题，为了增强系统的稳定性和减少系统的误差，我们选择方案二。用稳定的数字芯片来代
8、替单片机的工作量。同时，也试着从硬件的角度去思考和解决问题，代替编写和下载程序的过程，也能够做到降低成本，所以我们选择方案二来实现我们的兵兵球模拟游戏机器。的对于方案二使用纯硬件数字芯片更加简单，输出准确，稳定性高。由于增强布线难度，也提高了做板本身的趣味性，而方案二需要到电路所用的的芯片以及部分电路已经在我们平时的实验的时候接触过，而且接触得比较多，较为熟练，我们都觉得方案二相对而言设计更为简单，实现的可能性更高，因此我们选用了方案二。4 兵兵球模拟计分器的设计4.1 电路的总方案图见附录图24.2电路实现的原理(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74LS
9、194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4.3 单元电路解说4.3.1球台电路设计（1） 74LS194功能介绍表1 74LS194功能表DS1 S0工作状态01111 0 00 11 01 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，
10、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。(2) 电路原理图图3 球台模块电路原理图4.3.2 驱动电路设计（1） 驱动控制电路设计如下图4所示图
11、4 驱动电路原理图(2)电路原理图中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,U4A,U2B输出端分别为0，1，1，则D触发器输出端分别为0，1即S1=0,S0=1。相反情况时，当J1=1时，L1=J2=0，J3=L8=1，D触发器输出端分别为1，0即S1=1,S0=0。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。4.3.3计分电路设计(1)74LS90功能介绍
12、原理说明：本电路是由4 个主从触发器和用作除2 计数器及计数周期长度为除5 的3 位2 进制计数器所用的附加选通所组成。有选通的零复位和置9 输入。为了利用本计数器的最大计数长度（十进制），可将B 输入同QA输出连接，输入计数脉冲可加到输入A 上，此时输出就如相应的功能表上所要求的那样。真值表：Reset Inputs复位输入输出R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)QDQCQBQAHHLXLLLLHHXLLLLLXXHHHLLHXLXLCOUNTCOUNTCOUNTCOUNTLXLXLXXLXLLX(2)计数电路连接图图5计数电路的原理图4.3.4译码显示电路(1)译码显示电路的原理译码显
13、示电路是输出的8421BCD码译成数码管显示所需要的高低电平，我们采用共阴极七段数码管。74LS194输出的二进制数输入到CD4511中，CD4511把输入的8421编码的二进制数译成七段输出a、b、c、d、e、f、g，用以驱动数码管，以显示比赛分值。(2 )电路管脚连接图图6 译码电路原理图5 电路的装配与调试过程5.1 电路的仿真图7 球台仿真电路图发光二极管模拟乒乓球运动轨迹，由74LS194实现球的双向移动。图 8 按键去抖仿真电路图 采用锁存器硬件结构延迟去抖动，保证用户击球瞬间没有误差导致的计分图 9 控制驱动仿真电路图由与或门构成的乒乓球位置判断，当到达最后一个灯时，确定当前移动
14、轨迹，模拟是否成功击球。图 10 计数仿真电路图74LS90十进制计数器计数比赛分值，当到达11分时分值自动清零。5.2 电路焊接焊接时主要布线和焊点要合理分布，尽量做到美观。在实际焊接过程中，要保证焊接笔不要碰到已经焊好的线，否则焊好的线很容易脱落。每焊接完一部分电路，就立即进行调试，测试无误后方可进行下一阶段的焊接。在焊接过程中有走线的位置焊接较密，容易出现短路现象，本小组在焊接过程中有两条走线被一段很小的锡丝连接造成短路，由于锡丝很小很难被发现，在检查了后才找出原因，因此在焊接过程中要时刻注意不要造成短路，两焊点间要注意留有空隙。在焊接过程中一定要仔细、认真，有一点小差错都可能使电路不能正常工作，在焊接后也要仔细检查确保没有短路等不安全因素再接通电路。5.3 元件的布局元器件布局的原则是美观，我们遵循的布局原则有
