数电课程设计数字竞猜游戏报告.pdf

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1、 数字电子技术课程设计报告 指导老师：吴学军指导老师：吴学军 班班 级：电子级：电子 15131513 姓姓 名：农柳吉（名：农柳吉（20151113202015111320） 崔兴国（崔兴国（20151113062015111306） 陈新臣（陈新臣（20151113052015111305） 组组 号：号：1 1 数字竞猜游戏 2 目 录 第第 1 1 章章 概述概述.2 2 第第 2 2 章章 课程设计的课程设计的目的与目的与基本要求基本要求. . . .2 2 第第 3 3 章章 设计的具体步骤设计的具体步骤. . .3 3 3 3.1.1 总体方案的选择总体方案的选择. . .3.3

2、 3 3.2 .2 电路的设计电路的设计. . . .3.3 3 3.2.1 .2.1 电路实现的原理图电路实现的原理图及方框图及方框图. . .4 4 3 3.2.2 .2.2 电路实现的原理仿真电路实现的原理仿真. .6 6 3 3.2.3 .2.3 电路实现的电路实现的 PCBPCB 图图. .7 7 3 3.2.4 .2.4 各单元电路的详细设计介绍各单元电路的详细设计介绍. .8.8 3 3.2.5 .2.5 元器件清单元器件清单. . .12.12 第第 4 4 章章 电路的功能测试与调试电路的功能测试与调试.1313 第第 5 5 章章 电路最终作品图电路最终作品图.1.14 4

3、 第第 6 6 章章 结果分析与总结结果分析与总结.1515 参考文献参考文献. .1 17 7 附附 录录. .1 18 8 3 第第1 1章章 概述概述 当前，重视实验与实践教育是各国高等教育界的发展浪潮，我国与国外当前，重视实验与实践教育是各国高等教育界的发展浪潮，我国与国外教学工作的差距也主要表现在实践教学环节上。面对新的形式和新的挑战，教学工作的差距也主要表现在实践教学环节上。面对新的形式和新的挑战，完善实践与实践教育体系成为一种必然。完善实践与实践教育体系成为一种必然。实验与实践性教学相辅相成，缺一实验与实践性教学相辅相成，缺一不可，我们在学习课本知识的同时也要应该注意提高自己的实

4、践动手能力，不可，我们在学习课本知识的同时也要应该注意提高自己的实践动手能力，这一次的课程设计就是一次很好的机会，让我们提高实践动手能力，让我们这一次的课程设计就是一次很好的机会，让我们提高实践动手能力，让我们将课本学到的理论知识转到实际运用。将课本学到的理论知识转到实际运用。 这次我们小组抽选到的题目是 “数字竞猜游戏” 这个题目属于不算很难，这次我们小组抽选到的题目是 “数字竞猜游戏” 这个题目属于不算很难，但也有很大的几率会失败，我相信我们最后能成功但也有很大的几率会失败，我相信我们最后能成功的的。 第第 2 2 章章 课程设计的课程设计的目的与要求目的与要求 用中小规模集成电路设计猜数

5、游戏逻辑电路，具体要求如下：用中小规模集成电路设计猜数游戏逻辑电路，具体要求如下： （1 1） 随机产生一个一位十进制数字；随机产生一个一位十进制数字； （2 2） 有三次猜数的机会，猜错一次，记录并显示一次；有三次猜数的机会，猜错一次，记录并显示一次； （3 3） 猜对后显示出答案。猜对后显示出答案。 所谓的所谓的猜数游戏猜数游戏，就是指用户对数字进行竞猜，而数字是随机给出的，就是指用户对数字进行竞猜，而数字是随机给出的，用户猜对数字，电路会给出相关的反馈，同样，猜错系统也会给出不同用户猜对数字，电路会给出相关的反馈，同样，猜错系统也会给出不同的反馈的反馈。由此看来，电路的实现需要一位裁判，

6、裁判可以控制电路系统。由此看来，电路的实现需要一位裁判，裁判可以控制电路系统的复位与随机数的生成。的复位与随机数的生成。 4 第第 3 3 章章 设计的具体步骤设计的具体步骤 3.13.1 总体方案的选择总体方案的选择 数字竞猜游戏的原理比较简单，将计数器接入一个连续脉冲，设置一个数字竞猜游戏的原理比较简单，将计数器接入一个连续脉冲，设置一个电路能够随时关停脉冲，由此在计数器中产生一个一位的十进制随机数。之电路能够随时关停脉冲，由此在计数器中产生一个一位的十进制随机数。之后开始猜数字， 有三次机会， 猜错一次亮一次红灯， 答对数码管显示出答案。后开始猜数字， 有三次机会， 猜错一次亮一次红灯，

7、 答对数码管显示出答案。 猜数字部分由猜数字部分由 74LS14874LS148 优先编码器组成优先编码器组成。数字的产生可以采用。数字的产生可以采用 7474LSLS161161计数器实现， 先及时一段时间， 按计数器实现， 先及时一段时间， 按 P P 开关使示数保持， 之后输入所猜的数字，开关使示数保持， 之后输入所猜的数字，与产生数字进行比较。每输入一个数字，按下一次单脉冲，若答案不对，第与产生数字进行比较。每输入一个数字，按下一次单脉冲，若答案不对，第一个一个 7474LSLS194194 的位移寄存器向右位移，产生一个“的位移寄存器向右位移，产生一个“1 1” ，第一个灯泡点亮，若

8、” ，第一个灯泡点亮，若答对，第二个答对，第二个 7474LSLS194194 位移寄存器置入正确答案并输出，以此类推，可设定位移寄存器置入正确答案并输出，以此类推，可设定允许猜的次数。猜完一轮，可以再次猜下一轮。允许猜的次数。猜完一轮，可以再次猜下一轮。 3.23.2 电路的设计电路的设计 3.2.13.2.1 电路实现的原理图以及方框图电路实现的原理图以及方框图 （1 1）总体电路的方框图）总体电路的方框图 答案显示器 答案译码器 位移寄存器 随机数显示器 随机数译码器 计数器 脉冲信号 用户选择数字 编码器 数字比较器 5 （2 2）总体电路的原理图总体电路的原理图 由于线路比较复杂故采

9、用网络标号的方法接线由于线路比较复杂故采用网络标号的方法接线，使得原理图，使得原理图简单清晰明了，但是缺点在于容易出错，这要求我们在绘制原理简单清晰明了，但是缺点在于容易出错，这要求我们在绘制原理图的适合更需要专心与细心，任何一个微小的地方或许都会导致图的适合更需要专心与细心，任何一个微小的地方或许都会导致原理图的错误从而导致电路出错，无法实现其功能。这些看似很原理图的错误从而导致电路出错，无法实现其功能。这些看似很细小的问题造成的结果都是难以想象的，有可能导致电路重新绘细小的问题造成的结果都是难以想象的，有可能导致电路重新绘制。制。 6 3.2.23.2.2 电路的实现的原理仿真电路的实现的

10、原理仿真 （1 1）原理图的总体仿真）原理图的总体仿真 根据观察仿真结果发现，给电路借上电源标码器首先根据观察仿真结果发现，给电路借上电源标码器首先会输出会输出00000000，但是用户这时候没开始按键，比较器也会将，但是用户这时候没开始按键，比较器也会将 00000000 与随机与随机数向比较， 得出的答案也会使得灯亮， 就相当于用掉了一次机会，数向比较， 得出的答案也会使得灯亮， 就相当于用掉了一次机会，考虑下，再加入一个二极管，似的满足三次机会的要求。考虑下，再加入一个二极管，似的满足三次机会的要求。 图中的两个脉冲信号分别是一个图中的两个脉冲信号分别是一个 100100H Hz z 的

11、方波信号，用来启的方波信号，用来启动计时器产生随机数，另一个脉冲信号是动计时器产生随机数，另一个脉冲信号是 1 1HzHz 的单脉冲，用来判的单脉冲，用来判断用户输入的是否与随机数相符合，从来似的灯是否被点亮。断用户输入的是否与随机数相符合，从来似的灯是否被点亮。 在产生随机数的脉冲中放置一个开关，使得脉冲关闭，随机在产生随机数的脉冲中放置一个开关，使得脉冲关闭，随机数能显示，再次打开关闭，随机数会被再次重新输出。数能显示，再次打开关闭，随机数会被再次重新输出。 7 （2 2）脉冲信号的原理图仿真）脉冲信号的原理图仿真 因为手上的材料与电子元件有限，所以此处采用了多谐振荡因为手上的材料与电子元

12、件有限，所以此处采用了多谐振荡器的简单电路，实现了器的简单电路，实现了 100100HZHZ 方波脉冲的产生。方波脉冲的产生。 3.2.33.2.3 电路实现的电路实现的 PCBPCB 图图 由由于于译译码码电电路路与与脉脉冲冲电电8 路比较简单，所以此次了分模块进行制作，其余模块才用洞洞板路比较简单，所以此次了分模块进行制作，其余模块才用洞洞板制作。下面会详细介绍。制作。下面会详细介绍。 3 3.2.4 .2.4 各各主要主要单元电路的详细设计介绍单元电路的详细设计介绍 （1 1）键盘编码电路）键盘编码电路 键键盘盘编编码码电电路路是是由由两两片片7 74LS4LS148148 组成，组成，

13、74LS148 74LS148 是是 8 8 线线3 3 线线优先编码器优先编码器，0 07 7 编码输编码输入端入端( (低电平有效低电平有效) )，所以用开关控制低电平的输入可以使得实现，所以用开关控制低电平的输入可以使得实现编码功能编码功能， 74ls14874ls148 输入端优先级别的次序依次为输入端优先级别的次序依次为 I7,I6,I7,I6,I0 ,I0 。当某一输入端有低当某一输入端有低电平输入电平输入, ,且比优先级别高的输入端没有低电且比优先级别高的输入端没有低电平输入时，平输入时， 输出端才输出相应该输入端的代码。例如：输出端才输出相应该输入端的代码。例如： I5=0 I

14、5=0 且且 I6=I7=1(I6 I6=I7=1(I6 、 I7 I7 优先级别高于优先级别高于 I5)I5) 则此时输出代则此时输出代码码 010010 ( ( 为为 (5)10=(101)2 (5)10=(101)2 的反码的反码 ) ) 这就是优先编码器的工作这就是优先编码器的工作原理原理。 9 （2 2）脉冲电路）脉冲电路 在本设计中，采用的是精度不高的，由集成电路在本设计中，采用的是精度不高的，由集成电路 555555 与与 RCRC组成的多谐振荡器。其具体电路如组成的多谐振荡器。其具体电路如图图接通电源后，电容接通电源后，电容 C1C1 被充被充电，电，vCvC 上升，当上升，当

15、 vCvC 上升到大于上升到大于 2/3VCC2/3VCC 时，触发器被复位，放电时，触发器被复位，放电管管 T T 导通，此时导通，此时 v0v0 为低电平，电容为低电平，电容 C1C1 通过通过 R2R2 和和 T T 放电，使放电，使 vCvC下降。当下降。当 vCvC 下降到小于下降到小于 1/3VCC1/3VCC 时，触发器被置位，时，触发器被置位，v0v0 翻转为高翻转为高电平。电容器电平。电容器 C1C1 放电结束放电结束, ,所需的时间为所需的时间为 ： 当当 C1C1 放电结束时，放电结束时，T T 截止，截止，VCCVCC 将通过将通过 R1R1、R2R2 向电容器向电容器

16、 C1C1充电，图充电，图 2 vC2 vC 由由 1/3VCC1/3VCC 上升到上升到 2/3VCC2/3VCC 所需的时为：所需的时为： 当当 vCvC 上升到上升到 2/3VCC2/3VCC 时，触发器又被复位发生翻转，如时，触发器又被复位发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为 。 本设计中，由电路图和本设计中，由电路图和 f f 的公式可以算出，调的公式可以算出，调 R2R2 可以调占可以调占空比，调空比，调 R1R1 可以调频率，使其输出为频率为可以调频率，使其输出为频率为 f=f=100100HzHz

17、的方波。的方波。 vc 10 （3 3）译码显示电路译码显示电路 译码显示电路由七段共阴极数码管与译码芯片译码显示电路由七段共阴极数码管与译码芯片 CD4511CD4511 构成，构成，CD4511 CD4511 是一片是一片 CMOS BCDCMOS BCD锁存锁存/7 /7 段译码段译码/ /驱动器，用于驱动共驱动器，用于驱动共阴极阴极 LED LED （数码管）显示器的（数码管）显示器的 BCD BCD 码码- -七段码译码器。其中七段码译码器。其中 a b a b c d c d 为为 BCD BCD 码输入，码输入，a a 为最低位。为最低位。LTLT 为灯测试端，加高电平时，为灯测

18、试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”“8”，各，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BIBI 为消隐功能端，低为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1B1 端应加高电平。另端应加高电平。另外外 CD4511CD4511 有拒绝伪码的特点， 当输入数据越过十进制数有拒绝伪码的特点， 当输入数据越过十进制数 9(1001)9(1001)时，显示字形也自行消隐。时，显示字形也自行消隐。LELE 是锁存控制端，高电平时锁存，低是

19、锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。电平时传输数据。a ag g 是是 7 7 段输出，可驱动共阴段输出，可驱动共阴 LEDLED 数码管数码管。 11 （4 4） 错误显示电路错误显示电路 此电路由此电路由 74LS19474LS194 加上发光二极管实现加上发光二极管实现，74LS19474LS194 是一个是一个 4 4位双向位双向移位寄存器移位寄存器，最高，最高时钟脉冲时钟脉冲为为 36MHZ36MHZ，其中：，其中：D0D0D1D1 为并为并行输入端；行输入端；Q0Q0Q3Q3 为并行输出端；为并行输出端；SRSR-右移串引输入端；右移串引输入端；SLSL-左移串引输入端；左

20、移串引输入端；S1S1、S0S0- -操作模式控制端；操作模式控制端； - -为直接无条件清为直接无条件清零端；零端；CPCP- -为为时钟脉冲时钟脉冲输入端输入端。当用门电路控制。当用门电路控制 74LS19474LS194 的脉冲的脉冲端，当猜错时给一个脉冲，使得右移，灯亮。脉冲控制电路由下端，当猜错时给一个脉冲，使得右移，灯亮。脉冲控制电路由下图实现图实现 12 3.2.53.2.5 元器件清单元器件清单 元件元件 描述描述 标号标号 数数量量 价 格价 格（元）（元） 7474LS00LS00 4 4 二输入与非门二输入与非门 U3U3 2 2 0.520.52 7474LS04LS0

21、4 6 6 一输入非门一输入非门 U7U7 1 1 0.640.64 74LS0874LS08 4 4 二输入与门二输入与门 U8U8 1 1 0.640.64 74LS74LS8585 数值比较器数值比较器 U5U5 1 1 1.531.53 74LS174LS14848 8 8 线线3 3 线优先线优先编码器编码器 U1,U2U1,U2 2 2 1.091.09 74LS16174LS161 二进制同步计数二进制同步计数器器 U9U9 1 1 1.091.09 74LS19474LS194 4 4 位双向移位寄位双向移位寄存器存器 U4U4,U6,U6 2 2 1.141.14 轻触开关轻

22、触开关 1010 0.030.03 自锁开关自锁开关 2 2 0.100.10 七段数码管七段数码管 共阴共阴 LED1LED1,LED2,LED2 2 2 0.330.33 发光二极管发光二极管 LED3, LED3, LED4,LED5LED4,LED5 4 4 0.020.02 555555 定时器定时器 U10U10 1 1 0.10.1 13 独石电容独石电容 0.01uf0.01uf 1 1 0.020.02 点解电容点解电容 0.040.04 1 1 0.020.02 电阻电阻 680680，15k15k,10K,10K R1R1,R2,R3,R,R2,R3,R4,R5,R64,

23、R5,R6 8 8 0.010.01 USBUSB 母座母座 1 1 0.130.13 覆铜板覆铜板 1 1 1.21.2 洞洞板洞洞板 2 2 0.780.78 合计合计 13.8313.83 第第 4 4 章章 电路的功能测试与调试电路的功能测试与调试 对各各功能进行调试的过程中， 发现分模块的功能能实现应有的效果和现象，对各各功能进行调试的过程中， 发现分模块的功能能实现应有的效果和现象，但是把模块组合一起之后，却无法实现其功能。但是把模块组合一起之后，却无法实现其功能。 两个译码电路功能完好，两个译码电路功能完好，100HZ100HZ 方波发生器功能完好，方波发生器功能完好，0 0-

24、-9 9 循环计数器功能完循环计数器功能完好，但是将其连入主体电路中却无法实现其功能，检查电路接线完好无错，好，但是将其连入主体电路中却无法实现其功能，检查电路接线完好无错，跳线飞线完好无错。跳线飞线完好无错。 14 第第 5 5 章章 电路最终作品图电路最终作品图 （1 1）模块一：数码管译码电路）模块一：数码管译码电路 (2)100hz(2)100hz 方波信号发生电路方波信号发生电路 15 （3 3）0 0 到到 9 9 循环电路循环电路 （5 5） 主主体电路成品体电路成品 16 第第 6 6 章章 结果分析与总结结果分析与总结 数字电子技术是一门理论与实践密切相关的学科，如果光靠理论

25、，我们就会数字电子技术是一门理论与实践密切相关的学科，如果光靠理论，我们就会学的头疼，如果借助实验，效果就不一样了，特别是数字电子技术实验，能学的头疼，如果借助实验，效果就不一样了，特别是数字电子技术实验，能让我们自己去验证一下书上的理论，自己去设计，这有利于培养我们的实际让我们自己去验证一下书上的理论，自己去设计，这有利于培养我们的实际设计能力和动手能力。设计能力和动手能力。 通过数字电子技术实验通过数字电子技术实验, , 我们不仅我们不仅仅是做了几个实验仅是做了几个实验, ,不仅要学会实验技术不仅要学会实验技术, ,更应当掌握实验方法， 即用实验检验理论的方法更应当掌握实验方法， 即用实验

26、检验理论的方法, ,寻求物理量之间相互关系的寻求物理量之间相互关系的方法方法, ,寻求最佳方案的方法等等，掌握这些方法比做了几个实验更为重要。寻求最佳方案的方法等等，掌握这些方法比做了几个实验更为重要。 在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。很多。 我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于

27、课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。 平时看课本时， 有时问题老是弄不懂，于其在电路中的使用有了更多的认识。 平时看课本时， 有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了

28、，通过动手实践让我们些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。是非常大的。 17 参考文献参考文献 1 1 康华光康华光. . 数字电子技术基础数字电子技术基础( (第五第五版版). ).高等教育出版高等教育出版社社M,20M,200606 2 2 阎石阎石. .数字电子技术基础教程数字电子技术基础

29、教程. .清华清华大学出版社大学出版社M,2015M,2015 3 3 彭介华彭介华. .电子技术课程设计指导电子技术课程设计指导. .高等教育出版社高等教育出版社M,M,20102010 18 课程设计成绩评定表课程设计成绩评定表 专业 电子信息 班级 电子 1513 题 目 数字竞猜游戏 主 要 内 容 用中小规模集成电路设计猜数游戏逻辑电路， 具体要求如下： 随机产生一用中小规模集成电路设计猜数游戏逻辑电路， 具体要求如下： 随机产生一个一位十进制数字；有三次猜数的机会，猜错一次，记录并显示一次；猜个一位十进制数字；有三次猜数的机会，猜错一次，记录并显示一次；猜对后显示出答案。所谓的对后

30、显示出答案。所谓的猜数游戏猜数游戏，就是指用户对数字进行竞猜，而数字，就是指用户对数字进行竞猜，而数字是随机给出的，用户猜对数字，电路会给出相关的反馈，同样，猜错系统是随机给出的，用户猜对数字，电路会给出相关的反馈，同样，猜错系统也会给出不同的反馈。由此看来，电路的实现需要一位裁判，裁判可以控也会给出不同的反馈。由此看来，电路的实现需要一位裁判，裁判可以控制电路系统的复位与随机数的生成。制电路系统的复位与随机数的生成。 指 导 教 师 评 语 成 绩 等 级 姓 名 学 号 成 绩 农柳吉 2015111320 陈新臣 2015111305 崔兴国 2015111306 指导老师签名： 年 月 日