数字电子技术开放实验课程设计——拔河游戏机_74192

一、功能描述

1.用9个LED排成一行，复位后只有中间的一个LED点亮。

2．双方各持一个按键，哪方按一次，亮点向相应的方向移动一次，哪方按得快，亮点向哪个方向移动；当亮点移动到任一方的终端LED时，比赛结束，此时双方按键均无效，亮点不再移动。

3．按复位键后，亮点回到中心点，可以再一次比赛。

二、原理概述

1. 74192 十进制加减法计数器

①74LS192引脚图：

②功能：

（1）异步清零。当CLR=1时异步清零，它为高电平有效。

（2）异步置数。当CLR=0时（异步清零无效）、LD=0时异步置数。

（3）加法计数。当CLR=0，LD=1（异步置数无效）且减法时钟脉冲CPD=1时，则在加法时钟脉冲CPU上升沿作用下，计数器按照8421BCD码进行递增计数：0000~1001。

（4）减法计数。当CLR=0，LD=1且加法时钟脉冲CPU=1时，则在减法时钟脉冲CPU上升沿作用下，计数器按照8421BCD码进行递增计数：1001~0000。

（5）数据保持。当CLR=0，LD=1，且CPU=1，CPD=1时，计数器输出状态保持不变。

③74LS192功能表：

2.74LS42  4线-10线译码器

①74LS42引脚图：

②74LS42真值表：

3.轻触开关

  

            轻触开关图片                            轻触开关连接图                         轻触开关内部电路

4.显示模块的实现

根据题目要求，拔河显示模块由9个LED灯构成，记作L0∽L8。LED的正极连接74LS42输出Q0∽Q8，负极通过1KΩ电阻后接地。但是由于题目要求复位后只有中间的一个LED点亮且哪方按一次，亮点向相应的方向移动一次，故74LS42输出还应通过非门转化后再连接LED。其中非门可以用74LS00来实现，9个LED需要9个非门，即3片74LS00。

由于题目要求芯片数量最好不超过5片，为了简化电路，我们将L8直接连接74LS192的输出QD。74192输出为四位二进制数，输出范围为0∽8，只有输出8（1000）时，QD=1，此时对应显示模块只有L8点亮，其他LED均熄灭。

5.比赛结束的实现

①亮点移动到终端按键无效。

取加法时钟CPU=++k1=+QD+k1,加法时钟CPD=++k2=+QD+k2（k1，k2分别为两个按键发出的信号）。当亮点移动到终端即L0或L8点亮时，CPU和CPD同时为高电平，由74192功能表可知此时输出保持不变，按键无效。其他情况下Q0’=QD=0，CPU和CPD由按键信号控制，可以实现正常的加减法计数。此处只需要一个74LS32，芯片总数量为5个。

②按复位键重新开始比赛。

重新开始比赛只需要使中间的LED（L4）点亮，此时74192输出QDQCQBQA=0100。由74192功能表可知CLR=0、LD=0时异步置数，所以可以把复位键连接，使置数端D3D2D1D0=0100。

6.74LS00和74LS32

    7400为2输入与非门，每个芯片包含四个与非门，7432为2输入或门，每个芯片包含四个或门。

               

               74LS00引脚图                                            74LS32引脚图

三、仿真分析

1.复位

2.右移

3.比赛结束按键失效

四、DIY Layout布线图

       在实际电路焊接过程中，我们对线路进行了部分调整，未改变电路整体排布，布线图如上图所示。其中蓝色为跳线，红色为电源线，紫色为地线。

五、实测结果

1.实际电路连接图

2、复位

   初始状态                                                     复位后状态

3、右移

       按甲方按键，亮点右移，移动到最右端后不再移动，按甲乙键失效。

3.左移

       按乙方按键，亮点左移，移动到最左端后不再移动，按甲乙键失效。

五、总结

       在本次开放实验过程中，进一步掌握了常用数字电路器件的应用和电路设计的方法，巩固了通过虚拟仿真设计软件对复杂数字电路系统进行仿真的方法，学会了使用布线软件对电路布线以及焊接电路，在电路完成后又对电路进行分析试验，学会了查找修改电路错误。

       在设计电路的过程中，我们遇到的最大问题是如何减少芯片数量，简化电路结构，可以通过化简逻辑表达式，寻找可替代的信号来解决。

简化前电路

所需芯片数量：6

7442输出Q0∽Q8各接一个与非门，即9个LED连接∽

简化后电路

所需芯片数量：5

7442输出Q0∽Q7各接一个与非门，最右边LED连接74192输出QD，QD代替

       在布线过程中，没有办法实现无交叉连接，所以采用双面布线的方式来避免交叉，即遇到交叉点时一条线正常连线，另一条使用跳线，在万用板正面跳过交叉点后继续按布线连接。为了节省空间，减少交叉点并降低焊接难度，我们充分利用芯片座底的空间，部分线可以直接在芯片座底连接，无需绕过芯片。在布线完成后我们对线路进行优化，减少不必要的跳线，同时调整布线及芯片位置，避免跳线的交叉。

       在焊接过程中，我们遇到的问题是容易将几个孔的锡连接在一起，这时可以先用烙铁把多余的锡带走，用海绵擦拭，就能够较轻松地将几个孔分开。第二个问题是在修剪引脚和锡的过程中容易将万用板上的铜片扯掉，扯掉后锡不能粘在该孔上，必须绕过这个孔。

       在最终检测的过程中，出现的问题如下图所示，LED灯L2始终处于点亮状态。

       经万用表检测，上图中红圈内的跳线一端未焊接，导致与非门输入一端为0，另一端输入Q2，输出始终为高电平，L2始终点亮，修改后电路未出现问题。