电子拔河仿真模拟课程设计

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第一章 前言..................................................................................................................................................... 1 1.1 课题研究的背景及意义 ....................................................................................................................... 1 第二章 设计任务与要求 ................................................................................................................................ 2 2.1设计思路 ................................................................................................................................................ 2 2.2任务与要求 ............................................................................................................................................ 2 第三章 EWB512仿真软件的使用说明 ........................................................................................................... 3 3.1 软件的介绍 ........................................................................................................................................... 3 3.2电路的绘制及仿真 ................................................................................................................................ 3 第四章 总体设计方案 .................................................................................................................................... 4 4.1设计思路 ................................................................................................................................................ 4 4.2电路设计原理 ........................................................................................................................................ 4 4.2.1初定方案 ....................................................................................................................................... 6 4.3 设计方案论证 ....................................................................................................................................... 7 4.4实验目的 ................................................................................................................................................ 7 4.5实验器件 ................................................................................................................................................ 7 第五章 单元电路设计与参数计算 ................................................................................................................ 8 5.1整形电路 ................................................................................................................................................ 8 5.2计数电路 ................................................................................................................................................ 9 5.3译码电路： .......................................................................................................................................... 10 5.4胜负显示电路 ....................................................................................................................................... 11 第六章总原理图及元器件清单 .................................................................................................................... 13 6.1总原理图及其使用方法 ...................................................................................................................... 13 6.2元器件清单及各芯片引脚图 .............................................................................................................. 16 6.2.1 74LS121的引脚图 ................................................................................................................... 16 6.2.2 74LS191的引脚图 ................................................................................................................... 17 6.2.3 4线－16线译码器CC4515的引脚图 .................................................................................... 18 6.2.4 74LS160的引脚图 ................................................................................................................... 19 第7章 总结与展望 .................................................................................................................................... 20

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第一章 前言

本课题的主要任务是让拔河游戏机的电瓶指示灯由中点向我方延伸，而阻止其向对方延伸。可以设想用可预置的加/减计数器作主要器件，用计数器的输出状态通过译码器控制电平指示灯的显示状态。如当计数器进行加法计数时，发亮的电平指示灯向甲方延伸，相反，进行减法计数时，发亮的电平指示灯向相反方向移动。当移动到一方的终点就就把电路锁定，此时双方按键均无作用，只有裁判员按了复位按键双方才能继续下一盘的比赛，而计数器就记录双方的获胜的次数。

1.1 课题研究的背景及意义

进入二十一世纪的中国进入经济高速发展的时期，能力成为支撑社会发展的必备条件，社会和企业对高素质技能人才的旺盛需求，强有力地拉动了职业教育。职业教育在经历了专业现代化建设，示范专业建设的重要阶段后，专业师资、实习基地都有很大的发展。但长期以来，由于课程内容理论化，学习方式课堂化，制约了学生的能力培养。要培养符合社会需求的技能人才，课程改革是新时期下要重点突破的关键所在，而课改的实质是课程，建立以能力为本位、以工作实践为主线、以项目课程为主体的模块化课程是课改的重中之重，探索电子电工的项目课程开发对当前职业学校中电子电工的教学有着重要的意义。

传统课程的三段式基本框架是文化课、专业基础课、专业实践课，其特点是重理论、轻实践，重系统、轻联系，课程结构以学科体系来建立。在电工电子的教学中表现出理论与实践的严重割裂，课堂教学抽象深奥，逻辑性更强，专业实践的教学时理论遗忘， 专业技能的提高受到制约，综合能力得不到应有发展。通过本课题的研究，开发和实施项目课程从学生知识与技能的认知规律出发，从工作的实际需求出发，从学生的实际出发，使学生遵循工作任务的一般规律来习得知识与技能，改变电子电工专业学生的学习方式和行为、培养学习兴趣增强信心、所学能至用等方面均具有现实意义，以帮助学生形成工作者角色，培养综合的职业技能，最终形成社会人的基本品格。

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第二章 设计任务与要求

2.1设计思路

给定实验设备和主要元器件按照电路设计的各部分组成一个完整的拔河游戏机。 1、拔河游戏机共有15个发光二级管，开机后只有中间一个灭，两侧等全亮，以此作为拔河的中心线，游戏双方各持一个按键，迅速地，不断地按动以产生脉冲，谁按的快，亮点向谁方向移动，每按一次，亮点移动一次，移到任一方终端二极管发亮，这一方就得胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经复位后才使灭灯恢复到中心线。

2、用七段数码管显示胜者取胜的盘数。

2.2任务与要求

设计一个模拟拔河游戏比赛的逻辑电路。

1、电路使用15个发光二极管，开机后只有在拔河绳子中间的发光二极管亮。

比赛双方各持一个按钮，快速不断地按动按钮，产生脉冲，谁按得快，发光的二极管就向谁的方向移动，每按一次，发光二极管移动一位。

2、亮的发光二极管移到任一方的终点时，该方就获胜，此后双方的按钮都应无作用，状态保持，只有当栽判按动复位后，在拔河绳子中间的发光二极管重新亮。 用七段数码管显示双方的获胜盘数。 3、根据设计要求合理选择方案。

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第三章 EWB512仿真软件的使用说明

3.1 软件的介绍

EWB软件，全称为ELECTRONICS WORKBENCH EDA，是交互图像技术有限公司在九十年代初推出的EDA软件，用于模拟电路和数字电路的混合仿真，利用它可以直接从屏幕上看到各种电路的输出波形。EWB是一款小巧，但是仿真功能十分强大的软件。 EWB软件由INTERACTIVE IMAGE TECHNOLOGIES Ltd（交互图像技术有限公司）推出，近几年开始在国内使用。现在普遍使用的是在WIN95环境下工作的EWB5.0（在国内曾见过6.0的演示版，注：EWB5.0也可以在WINDOWS3.1环境下使用，但需安装WING32工具）。目前加拿大EWB （Electrical Workbench）已经被美国国家仪器（NI）有限公司收购。

加拿大EWB （Electrical Workbench）：

EWB4.0 EWB5.0 EWB6.0 Multisim2001 Multisim 7 Multisim 8美国国家仪器（NI）有限公司：

Multisim 9 Multisim 10 Multisim 11

目前在各高校教学中普遍使用Multisim10.0，网上最为普遍的是Multisim 10.0，NI于2007年08月26日发行NI系列电子电路设计软件，NI Multisim v 10作为其中一个组成部分包含于其中。

3.2电路的绘制及仿真

EDA就是“Electronic Design Automation”的缩写技术已经在电子设计领域得到广泛应用。发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。一台电子产品的设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、PCB版图、单片机程序、机内结构、FPGA的构建及仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计，再到PCB钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部在计算机上完成。EDA技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设计方案进行人工难以完成的模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。EDA已经成为集成电路、印制电路板、电子整机系统设计的主要技术手段。美国NI公司（美国国家仪器公司）的Multisim 9软件就是这方面很好的一个工具。而且Multisim 9计算机仿真与虚拟仪器技术（LABVIEW 8）（也是美国NI公司的）可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一老大难问题。学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正的做到了变被动学习为主动学习。这些在教学活动中已经得到了很好的体现。还有很重要的一点就是：计算机仿真与虚拟仪器对教员的教学也是一个很好的提高和促进。

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第四章 总体设计方案

4.1设计思路

总体设计如下：

1．该设计的主要任务是控制“电子绳”发亮的LED管由中点向速度快的一方移动，而阻止向另一方移动。用可预制的加/减计数器作主要器件，用计数器的输出状态通过译码器控制LED发亮。当向计数器输入“高电平”时，使其作加运算而发亮的LED 向增大的一方移动，相反，当输入“低电平”时，发亮的LED向相反的方向移动。 2．当一局比赛结束，即发亮的LED移动某一方的终点时，由点亮该终点灯的信号使电路封锁加/减脉冲信号的作用，既实现电路的自锁，使加/减脉冲无效。同时，使电路自动加分。

3．控制电路部分应能够控制由振荡器产生的脉冲信号进入计数器的加/减脉冲输入端，其进入方向由参赛双方输入的按键信号决定。

4.2电路设计原理

拔河游戏机用15个电平指示灯排列成一行，开机后只有中间一个熄灭，有以此作为拔河的中心线，游戏双方各持一个按键，迅速地、不断地按动产生脉冲，谁按得快，亮点向谁方向移动，每按一次，亮点移动一次。移到任一方终端指示灯点亮，这一方就得胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经复位后才使熄灭灯恢复到中心线。最后，显示器显示胜者的盘数。

复位甲方队员乙方队员脉冲产生器可逆计数器译码器甲方赢的盘数控制器数码管显示电路乙方赢的盘数

图3.2-1 电子拔河游戏机原理框图

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图2 拔河游戏机的电路框图

可逆计数器74LS191原始状态输出4位二进制数0000，经译码器输出使中间的一只电平指示灯点熄灭。当按动A、B两个按键时，分别产生两个脉冲信号，经整形后分别加到可逆计数器上，可逆计数器输出的代码经译码器译码后驱动电平指示灯点亮并产生位移，当亮点移到任何一方终端后，由于控制电路的作用，使这一状态被锁定，而对输入脉冲不起作用。如按动复位键，亮点又回到中点位置，比赛又可重新开始。

将双方终端指示灯的正端分别经两个与非门后接到2个十进制计数器CC4518的使能端EN，当任一方取胜，该方终端指示灯点亮，产生1个下降沿使其对应的计数器计数。这样，计数器的输出即显示了胜者取胜的盘数。

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4.2.1初定方案

1．编码电路：

由双时钟二进制同步可逆计数器74LS191构成，它有1个输入端，4个输出端，能进行加／减计数。 2．整形电路：

由Monostab构成。因74LS191是可逆计数器，控制加减的脉冲加至5脚(U/D’)，此时当电路要求进行加法计数时，减法输入端CPD必须接高电平；进行减法计数时，加法输入端CPU也必须接高电平，若直接由A、B键产生的脉冲加到5脚或4脚，就有很多时机在进行计数输入时另一计数输入端为低电平，使计数器不能计数，双方按键均失去作用，拔河比赛不能正常进行。加一整形电路，使A、B二键出来的脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲，这就减少了进行某一计数时另一计数输入为低电平的可能性，从而使每按一次键都有可能进行有效的计数。

3．译码电路：

由4线－16线译码器CC4514构成。译码器的输出Y0～Y1中选出15个接电平指示灯（Y0-Y7,Y8-Y15），电平指示灯的负端接地，而正端接译码器；这样，当输出为高电平时 电平指示灯点亮。

比赛准备，译码器输入为0000，Y0输出为0，中心处指示灯首先熄灭，当编码器进行加法计数时，灭灯向右移，进行减法计数时，灭灯向左移。 4．控制电路

由异或门构成，其作用是指示出谁胜谁负。当暗点移到任何一方的终端时，判该方为胜，此时双方的按键均宣告无效。将双方终端指示灯的正接至异或门的2个输入端，当获胜一方为“1”，而另一方则为“0”，异或门输出为“1”，再送到74LS193计数器的置数端 XTEN`s时计数器停止计数，处于预置状态，从而使计数器对脉冲不起作用。 5．胜负显示

由计数器74160和译码显示器构成。将双方终端指示灯正极经与非门输出后分别接到2个74160计数器的CP端，74160的两组4位ABCD码分别接到实验箱中的两组译码显示器的8、4、2、1插孔上。当一方取胜时，该方终端指示灯发亮，产生一个上升沿，使相应的计数器进行加一计数，于是就得到了双方取胜次数的显示，可进行9场比赛。

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4.3 设计方案论证

该控制系统由输入、输出和控制器模块构成。输入模块完成裁判启动命令和两个按钮信号的输入，其逻辑关系由门电路实现；控制器模块完成对输入脉冲信号的统计，由可预置加／减计数器构成,其预置数为0000，作为加／减计数的起点，加／减计数的脉冲源分别取自两个按钮信号，计数器输出状态变量进入输出模块；输出模块完成计数器统计信号的翻译与显示(可由发光二极管完成)并给出一个此次比赛结束信号。

4.4实验目的

1.学习数字电路中基本RS触发器、计数、译码显示等单元电路的综合应用。 2.熟悉拔河游戏机的工作原理。

3.复习数字电路中RS触发器、4线—16线译码器、计数器、译码显示器等部分内容。 4.分析拔河游戏机组成、各部分功能及工作原理。查出各芯片引脚排列及功能。

4.5实验器件

Monostab 单稳态芯片 2 CC4514 4线—16线译码器 1 74LS191 同步二进制可逆计数器 1 74LS160 十进制同步计数器 2

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第五章 单元电路设计与参数计算

5.1整形电路

该组件产生输出脉冲一个固定的时间,以回应触发“边缘地带”在其输入。输出脉冲的长度定时控制RC电路连接到monostable multivibrator。

模型

一个monostable multivibrator有两个数字输入:A1、A2。这multivibrator可以被积极数字信号的边缘在A1或负A2边缘。一旦被触发的,而忽视了进一步的投入。

一个电瓶连接到RT / CT和CT销控制脉冲持续时间等monostable产生的在问: 一个互补的输出是产生W。

操作monostable,下面的连接端口可以使用: 连接串联电阻(R)和电容器(C)电脑断层的输入。 连接交界处的R和C堡垒/ CT。 连接VCC电压源。

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输出Y将给一个脉冲时间0.0693 * R -当也积极的时钟边给A1或负边给A2。 阈值电压(,)可以触发开始的改变而改变,修改模型。

5.2计数电路

74191是时钟4位二进制同步可逆计数器。 74191的特点是

____ _ ____ ___ CTEN | D/U | CLK | LOAD | A B C D | QA QB QC QD MAX/MIN RCO 0 | X | X | 0 | X X X X | A B C D 1* 2* 0 | 1 | POS | 1 | X X X X | Count Down 1* 2* 0 | 0 | POS | 1 | X X X X | Count Up 1* 2* 1 | X | X | X | X X X X | Qa0 Qb0 Qc0 Qd0 1* 2*

- 1* = during the UP count MAX/MIN goes HIGH at count 15, during the DOWN count MAX/MIN goes HIGH at count 0. ____

- 2* = during the UP count RCO goes LOW at count 15, during the DOWN count ____

RCO goes LOW at count 0.

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状态，此时按下3键，比赛开始甲乙双方分别快速按动键A、S，使74LS191计数器进行加减运算，可以看到发光二极管左右移动，下图中为甲方获胜的情形，甲与乙的比分是4:2。

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6.2元器件清单及各芯片引脚图

6.2.1 74LS121的引脚图

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6.2.2 74LS191的引脚图

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6.2.3 4线－16线译码器CC4515的引脚图

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6.2.4 74LS160的引脚图

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第7章 总结与展望

经过一个多星期的努力和付出的汗水，终于把课程设计做完了。真是不容易呀，一份耕耘，一份收获。这次课程设计给了我许多收获。本次课程设计后我对数字电子技术有了更进一步的熟悉，实际操作和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。不仅这样，还使我熟悉掌握了WORD文档的编辑。

通过设计拔河游戏机控制电路，让我对数字逻辑这门课有了更深刻的了解，对电子器件的认识也不再停留在字面上，实现了从理论到实践的飞跃。我了解到理论和实践是分不开的。只有理论不行，当你面对一堆元气件时，你会茫然不知所措；可只懂实践也不行，当别人问你为什么会这样，怎么样才算正确，你如果说凭感觉是不足以服人的。学习的目的就是去应用，只有实践才能将书本知识转化为实用的技能。

参考文献：

[1] 湖南大学 彭介华主编《电子技术课程设计指导》，高等教育出版社 [2] 李国丽 朱维勇 《电子技术实验指导书》 中国科技大学出版社 [3] 蔡惟铮主编：《数字电子线路基础》，哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，1988年 [4] 李士雄、丁康源主编：《数字集成电子技术教程》，高等教育出版社，1993年 [5] 方建中主编《电子线路实验》，浙江大学出版社，2001年

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第7章 总结与展望

经过一个多星期的努力和付出的汗水，终于把课程设计做完了。真是不容易呀，一份耕耘，一份收获。这次课程设计给了我许多收获。本次课程设计后我对数字电子技术有了更进一步的熟悉，实际操作和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。不仅这样，还使我熟悉掌握了WORD文档的编辑。

通过设计拔河游戏机控制电路，让我对数字逻辑这门课有了更深刻的了解，对电子器件的认识也不再停留在字面上，实现了从理论到实践的飞跃。我了解到理论和实践是分不开的。只有理论不行，当你面对一堆元气件时，你会茫然不知所措；可只懂实践也不行，当别人问你为什么会这样，怎么样才算正确，你如果说凭感觉是不足以服人的。学习的目的就是去应用，只有实践才能将书本知识转化为实用的技能。

参考文献：

[1] 湖南大学 彭介华主编《电子技术课程设计指导》，高等教育出版社 [2] 李国丽 朱维勇 《电子技术实验指导书》 中国科技大学出版社 [3] 蔡惟铮主编：《数字电子线路基础》，哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，1988年 [4] 李士雄、丁康源主编：《数字集成电子技术教程》，高等教育出版社，1993年 [5] 方建中主编《电子线路实验》，浙江大学出版社，2001年

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/fuvg.html