实验题目：拔河游戏电路设计

1. 课程简要信息

课程名称：数字电子技术
课程学时：60
项目学时：2
适用专业：船舶电气工程技术
学生年级：大二上学期

2. 实验内容与任务（限 500字，可与“实验过程及要求”合并）

1）拔河游戏需要 9 个发光二极管排成一行组成电子拔河绳，开机后只有中间一个点亮，以此作为拔河的中心线；
2）游戏开始，双方各持一个按键，迅速不断地按动产生脉冲，哪一方按得快，亮点向哪一方移动，每按一次，亮点移动一次；
3）亮点移到任一方终端二极管点亮，此方获胜，此时双方按键无作用，输出保持，复位后亮点恢复到中心线；显示器显示胜利者盘数。

3. 实验过程及要求（限 300 字）

1）设计拔河游戏机的逻辑电路 ；

2）逻辑电路中使用的 9个发光二极管作为电子拔河绳，开始时，只有中间位置发光二极管亮；
3） 比赛双发各持一个按键，快速按按键，产生脉冲，发光二极管向按键快的一方移动，每按一次发光二极管移动一位；
4） 发光二极管移动到一方一端该方获胜，此时双方按钮被锁，操作无应答，状态保持，裁判按动复位键，中间二极管再次点亮；
5）七段数码管用于显示双方获胜盘数；

4. 相关知识及背景（限 150 字）

此实验运用数字电子技术模拟出生活中的场景，需要掌握基本 RS触发器、计数器、4线-16线译码器、显示译码器、七段数码管等多个单元电路的综合应用。分析设计拔河游戏机的组成以及个单元的功能原理。掌握各芯片引脚排列以及功能。

5. 实验环境条件

电子实训室； $+ 5 \mathrm { V }$ 直流电源、译码显示器、逻辑电平开关、CC4514 4 线-16线译码器、CC40193同步加/减计数器、CC4518十进制计数器、CC4081 与门、CC4011 与非门、CC4030 异或门、电阻。

6. 教学目标与目的（限 150 字）

在较为完整的综合实验项目实现过程中引导学生了解基本 RS 触发器以及译码器和计数器的基本知识；引导学生根据需要设计电路，选择元器件，设计优化，并通过实验结果对实验项目作出评价。

7. 教学设计与实施进程

本实验的过程是一个比较完整的综合性数字电路实验，需要经历学习研究、框图设计、电路设计、电路调试、设计总结等过程。在实验教学中，应在以下几个方面加强对学生的引导：

1）实验设计主要是控制发光二极管发亮由中心向速度快的一方移动，采用可预置数的加/减计数器作为控制器件，计数器的输出经译码器对发光二极管控制。当脉冲加输入时，做加运算而发亮的二极管向增大一方移动，相反，当脉冲减输入时，发亮二极管向相反方向移动。
2） 当发光的二极管移动到一方一端时，由点亮终点二极管的信号将加/减脉冲信号封锁，电路自锁，电路自动加分。
3） 控制电路由振动器产生脉冲信号输入到计数器中。在设计中，要注意学生设计的规范性，电路的可执行。

8. 实验原理及方案

1）拔河游戏机线路框图

2） 实现方案电路图

可逆计数器 CC40193原始状态输出为 0000，经过译码器点亮中间位二极管。按动 A、B按键时，产生两组脉冲信号，经过整形电路分别加到可逆计数器，输出后经译码器译码驱动发光二极管点亮并产生移位，当发光的二极管移动到一方终点时，控制电路将状态锁定，按动复位键，中间位二极管发光，比赛重新开始。将双方二极管分别经过两个与非门接到两个十进制计数器CC4518 的允许控制端 EN，任一方取胜，二极管亮，产生一个下降沿使其对应的计数器计数。显示器显示取胜盘数。

译码器两个输入端四个输出端，进行加/减计数，选用 CC40192 双时钟二进制同步加/减计数器完成。

CC40193是可逆计数器，控制加减 CP脉冲分别加至 5、4 引脚，当电路要求加法计数，减法输入的 $\mathrm { C P _ { D } }$ 必须接高电平；进行减法计数时，加法输入端也必须接高电平。若不使用整形电路，A、B 产生的脉冲直接加到引脚上，就有很多时候进行计数输入时另一计数输入段为低电平，不能计数，双方按键失灵。加整形电路后，有效解决这一问题，整形电路由与门和与非门实现。

CC4514 位 4-16 线译码器，输出 $\mathsf { Q } _ { 0 } ^ { \sim } \mathsf { Q } _ { 1 4 }$ 分别接 9 个发光二极管，二极管负端接地，正端接译码器，输出高电平二极管点亮。比赛开始前，译码器输入 0000, $\mathrm { Q } _ { 0 }$ 输出为“1”，中心二极管亮，当编码器进行加法计数时，亮点右移，反之左移。

控制电路是指示出胜负，亮点移动到一端时，该方胜，按键无效。用异或门和非门实现。

胜负显示，将双方终端二极管正极经与非门后的输出分别接到 2个计数器的 EN 端，输出接显示译码器 ABCD，当一方取胜，终端二极管亮，产生上升沿，相应计数器加一。

复位，为能进行多次比赛进行复位操作，亮点返回中心点，CC40193 清零端实现。

9. 实验报告要求

1）根据实验要求设计电路，画出电路设计框图，及电路接线图。

2）选用合适的芯片，并绘出其功能表；

3）记录实验结果，分析故障原因，进行实验结果总结。

10.考核要求与方法（限 300 字）

实验预习，要求在实验课前完胜预习报告，对实验内容、目的、实验设备、仪器、质疑事项等均应明确，未完成预习报告，不能进行实验；电路设计的可执行性，电路连接后是否能实现拔河设计要求；

实验过程，实验元器件的选择以及检查，接线的正误，仪器仪表的正确使用，故障排除等，打分满分为 40分，由实验指导教师在实验结束时打分。学生未在规定时间内完成实验，择期重做；

实验报告，全面评价实验报告，包括实验现象及结论，纠错分析，结论，思考与建议。满分 60分。

实验占整个课程成绩的 $2 0 %$ ，且实验成绩是数字电子技术这门课程成绩获得的必要条件。

11.项目特色或创新（可空缺，限 150 字）

项目的特色在于：项目背景的工程性，知识应用的综合性，实现方法的多样性。

佐证材料

（1） 课程标准（大纲）

《数字电子技术》课程标准

一、制定课程标准的依据

本课程标准依据船舶电气类专业人才培养目标和培养规格以及对《数字电子技术》课程教育目标要求而制定，主要用于指导《数字电子技术》的课程教学与课程

二、课程的性质与作用←

《数字电子技术》是船舶电气技术专业的支撑课程，是一门理论与实践相结合的专业基础课程。它由维修电工、船舶电工、无线电调试工、电子电气员等职业

（2） 实验报告书

（3）

教学现场