数字兵兵球课程设计终极版2.docx
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数字兵兵球课程设计终极版2
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
1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
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L1~L8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2
4.2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74LS194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174LS194功能表
D
S1S0
工作状态
0
1
1
1
1
××
00
01
10
11
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,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S1=0,S0=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QA端的输出则由加到R端的数来补充。
(3)当S1=1,S0=0时,其工作方式叫左移,情况正好与右移相反;QD端的输出由加到L端的数来补充。
(4)当S1=S0=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
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:
ResetInputs复位输入
输出
R0
(1)
R0
(2)
R9
(1)
R9
(2)
QD
QC
QB
QA
H
H
L
X
L
L
L
L
H
H
X
L
L
L
L
L
X
X
H
H
H
L
L
H
X
L
X
L
COUNT
COUNT
COUNT
COUNT
L
X
L
X
L
X
X
L
X
L
L
X
(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一下几点:
(1)在保证电性能合理的原则下,元器件应相互平行或垂直排列,在整个板面上应分匀、疏密一致。
在元件布局的时候,我们首先是直接画在了一张跟板大小一样的纸上,从而减少了在焊电路的时候的麻烦。
(2)元器件不要布满整个板面,注意板边四周要留有一定余量。
余量的大小要根据印的面积和固定方式来确定,位于印制电路板边上的元器件,距离印制板的边缘至少应该2mm。
电子仪器内的印制板四周,一般每边都留有5~10mm空间。
(3)元器件的布设不能上下交叉。
相邻的两个元器件之间要保持一定的间距。
间距不小,避兔相互碰接。
如果相邻元器件的电位差较高,则应当保持安全距离,如图4所安全间隙一般不应小于0.5mm。
一般环境中的间隙安全电压是200V/mm。
(4)通常情况下,不论单面板还是双面板,所有元器件应该布设在印制板的一面,并且每个元器件的引出脚要单独占用一个焊盘。
(5)元器件的安装高度要尽量低,一般元件体和引线离开板面不要超过5mm,过高则承受振动和冲击的稳定性变差,容易倒伏或与相邻元器件碰接。
(6)根据印制板在整机中的安装位置及状态,确定元件的轴线方向。
规则排列的元器件,应该使体积较大的元件的轴线方向在整机中处于竖立状态,可提高元器件在板上固定的稳定性。
(7)元件两端焊盘的跨距应该稍大于元件体的轴向尺寸。
引线不要齐根弯折,弯脚时应该留出一定的距离(至少2mm),以免损坏元件。
(8)有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。
5.4电路的调试
电路的调试分为局部调试和总体调试。
首先是对电路局部的调试,我们每焊接完一个单元电路都要对电路进行功能调试。
调试的内容有:
接线的导通情况、个接点电压大小、功能实现情况等。
当总体电路焊接出来以后就要进行总体调试了,这就对电路是否实现实现原定的功能进行调试了,这一步是通过电路显示数据来分析解决的。
6课程设计的结论、收获、体会
(1)我们小组的数字兵兵球模拟游戏系统可以通过球台模拟电路,驱动控制电路,,计数电路,寄存电路,译码显示电路,实现了精确计分评判,和大比分显示功能。
(2)通过这次课程设计,我们对制作一个电子产品的流程有了深刻的认识,例如说,本次实验,一个很实用的兵兵球模拟计分器。
虽然说这个实验肯定很难在运动行业上得到很重要的利用,但是,他简明的描述了一个兵兵球比赛计分的原理。
在课本上学到的理论也得到了充分的展示,在实践中深化自己的理论中,不断的利用自己学到的知识去指导、去完成这次实验。
(3)收获:
通过这次课程设计,我们之前学到的理论知识得到到了充分的展示,同时也加深了对理论知识的认识。
此外,我们的自学能力也得到了很大的提高,而且我们处理问题的能力又不断地变强了,例如,在测试电路板的时候,以前只要有某一部分功能失效就会感到徒劳无助,通过这次课程设计,我们学会了模块话测试方法,并且在调试时候首先保证所有芯片的正负极测试显示正常。
因为我们需要不断的寻找资料学习,例如仿真软件proteus,我们之前都没有接触过,都是边学边用。
同时我们也培养了耐心,细心,严谨的作风,学会了团队合作,共同完成任务,为以后的学习工作打下坚实的基础。
(4)体会:
在实习过程中我们遇到了许多没有预料到的困难。
首先在课程设计的学习动员大会上面,我们知道了要做到飞线尽量少,布局合理科学客观是要花很多心思下去设计的,所以我们小组非常重视布线过程,希望能通过减少芯片使用来减少飞线的使用。
我们有想过用pcb来制作本兵兵球模拟机器,但是我们更希望能自己努力地去思考,用万用板来焊接我们的电路,因为我们认为逻辑思考能力很重要,能够在万用板上焊出一块完整的板子是我们的目标。
我们也想通过这次课程设计来锻炼我们的焊接技术,我们在学习理论知识,仿真和画板软件的同时,也要加强自己的焊接能力。
本着要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的心态,我们在连接进行焊接的时候,首先在一张纸上画出了电路板的结构,然后方便我们以后在焊接的时候直接对着那张纸进行焊接,那样就可以减少产生错误的可能性。
而且,我们进行焊接的同学很认真谨慎,很少出现问题,所以,我们电路检查的很少,或者说,就出现了一个小小的错误,其他的错误都是因为以前是实验上没预见到的困难,因此,我们认为在焊接电路之前,先在一张纸上画出电路是很有必要的。
致谢
这次课程设计能够顺利完成,离不开大家的帮助。
感谢本次课程设计的指导老师张霞老师和殷老师在动员大会上给我们详细地讲解了各个主题的难点及实验过程中的指导。
对于这一次的作品设计考试,我要感谢的是学校,学校给我们提供这样一个发挥的平台,使我们在这一次的作品设计中学到更多平时学不到的知识。
在此,感谢学院、老师、同学们的支持与帮助,让我能顺利的完成这次作品设计考试,让我从中学到了很多,谢谢你们!
参考文献
[1]康华光电子技术基础数字部分(第五版)[M].北京:
高等教育出版社.2006,60-423
[2]康华光电子技术基础模拟部分(第五版)[M].北京:
高等教育出版社.2006,54-244
[3]吴慎山数字电子技术实验与实践[M].北京:
电子工业出版社.2011.4
[4]邓元庆,贾鹏数字电路与系统设计.西安:
西安电子科技大学出版社.2003
[5]梁延贵现代集成电路实用手册(编码器、译码器、数据选择器、电子开关、电源分册).北京:
科学技术文献出版社.2002
[6]朱清慧,张风蕊Proteus教程[M].北京:
清华大学出版社.2008.9
[7]沈小丰电子线路实验[M].北京:
清华大学出版社.2007.10
[8]电工电子教研室电子技术实验.广州:
华南农业大学工程学院.2011.4
[9]电工电子教研室电子工艺实习指导书(第三版).广州华南农业大学工程学院.2012
附录
附录1元器件清单
表2元件清单表
器件名称规格
数量
备注
74LS90
6
14脚
CD4511
6
16脚
2位共阴数码管
3
IC座24脚
74LS04(六反相器)
1
14脚
74LS08(2输入端四与门)
4
14脚
74LS74(带置位复位正触发双D触发器)
2
14脚
74LS00(四组2输入端与非门(正逻辑))
4
14脚
CD4060(14级二进制串行计数/分频器)
1
16脚
74LS194(4位双向移位寄存器)
2
16脚
74LS32(为四组2输入端或门(正逻辑))
1
14脚
晶振32768Hz
1
IC座14脚
7
IC座16脚
7
IC座24脚
2
插数码管2位
按钮开关(常开、常闭)
2
电阻
10K*2,10M*1,200*48
附录2电路总图
图2电路总图
附录3芯片引脚图
74LS90CD4511
74LS0474LS194
CD40106
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