高美蓉

(寶雞文理學院 物理與光電技術(shù)學院，陜西 寶雞 721016)

0 引 言

在信息社會高速發(fā)展的今天，數(shù)字電路芯片已經(jīng)實現(xiàn)高度集成化，并逐步滲透到各個領域，智能化的娛樂產(chǎn)品也走進了我們的生活[1-2]。本設計采用數(shù)字芯片，以multisim 12.0軟件為平臺進行仿真，完成對乒乓球游戲電路的設計。

1 系統(tǒng)總體設計

該設計為甲、乙雙方參賽，裁判參與的乒乓球比賽游戲電路。裁判有一個按鈕，是系統(tǒng)初始化，比賽開始。用八只排成長串的指示燈(發(fā)光二極管)用來代表球的軌跡，其中一個亮的指示燈用來顯示球的當前位置，用一個時鐘脈沖源使點亮的指示燈依次從左向右，或從右向左移動，其速度應能調(diào)節(jié)，一般為1 s轉(zhuǎn)換一次。用兩個按鈕開關作為球拍，表示甲乙兩人參加比賽。當球到達甲方時，應立即按動開關(電路應只能響應按鈕信號的前沿，若重復按動或持續(xù)按下去，將不起作用)，表示回球，球到達乙時，同樣也應立即按動乙方的開關，將球回擊到對方去。若擊中，則乒乓球向相反方向移動，若未擊中，則對方得一分。在其他時候擊球視為犯規(guī)，給對方加1分；都犯規(guī)，各自加1分；設置自動計分電路，甲、乙各有一個2位數(shù)碼管計分；一方先到達11分，指示燈亮，電路自動響鈴3 s，該局比賽結(jié)束。總體設計流程圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設計流程圖

2 電路設計

根據(jù)上述任務分析

與功能描述，確定設計方案[3-5]，整個電路由控制電路系統(tǒng)、球臺驅(qū)動電路系統(tǒng)、乒乓球的運動電路系統(tǒng)、記分顯示響鈴電路系統(tǒng)組成，如圖2所示。

圖2 乒乓球游戲控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

2.1 控制電路系統(tǒng)

由3個按鍵分別代表裁判員、甲方和乙方，如圖3所示，S4代表裁判員所持按鈕，S5代表甲方所持按鈕，S6代表乙方所持按鈕。S4接D觸發(fā)器的直接置位端PR(低電平有效),當開關S4接高電平時裁判表示比賽開始并且由甲方或者乙方玩家先發(fā)球。開關S5接高電平表示甲方發(fā)球，開關S6接高電平表示乙方發(fā)球。

圖3 球臺驅(qū)動和控制電路系統(tǒng)

2.2 球臺驅(qū)動電路系統(tǒng)

該電路由2片D觸發(fā)器、與門、與非門和或門組成，如圖3所示。D觸發(fā)器為上升沿觸發(fā)[6]，2片D觸發(fā)器的時鐘信號與或門的輸出相連。當開關S4接高電平時裁判表示比賽開始，考慮甲先發(fā)球的情況:S5=1，QA=1，D1=0，S6=0， D1=0，D2=1，即S1=0，S0=1，CLK有上升沿，球右移。當球到達最右邊時，QD=1，這時將開關S6接高電平，S1=0，S0=0，CLK有上升沿，球左移。當球在運動時，還沒有到達最右邊或者最左邊，此時若有一方擊球則犯規(guī)，另一方得分；當球最右邊時(未熄滅之前)時，若S6未按下?lián)羟蜴I，則甲方得分。乙先發(fā)球的情況與甲相同，此處不作過多討論。

2.3 乒乓球運動電路系統(tǒng)

8個二極管代表乒乓球的位置，兩片4位雙向移位寄存器74LS194級連，連接方式如圖4所示：兩片74LS194的S0和S1并聯(lián)，S0和S1分別接兩個D觸發(fā)器Q端。時鐘信號CLK相并聯(lián)接1秒時鐘信號。CLR清零端接高電平，表示無效。S0=0，S1=0，保持；S0=0，S1=1，左移；S0=1，S1=0，右移；S0=1，S1=1，并行輸入;SR為右移串引輸入端；SL為左移串引輸入端.第一個片子的QD與第二個片子的SR(右移)相連接,第二個片子的QA與第一片的SL(左移)相連接, 將兩片4位雙向移位寄存器74LS194級連，構(gòu)成一個8位雙向移位寄存器，驅(qū)動8個LED燈表示乒乓球的移動。

2.4 記分顯示響鈴電路系統(tǒng)

該系統(tǒng)由2片十進制計數(shù)器74LS160、2片LED數(shù)碼管和門電路構(gòu)成，如圖5所示。時鐘信號CLK相并聯(lián)接1秒時鐘信號。由2片十進制計數(shù)器74LS160級聯(lián)構(gòu)成11進制計數(shù)器，甲、乙各有一個2位數(shù)碼管計分。74LS160的使能端ENP和ENT接在一起，高電平有效[7-8]，當球到達甲方時：QA=1時，如果甲方接球S5=1，則EPN=EPT=0，乙方不得分；QA=1時，如果甲方接球提前或推后即S5=0，則EPN=EPT=1，乙方得分。當球到達乙方時類似。甲乙雙方任意一方得分累計到達11分，指示燈亮，電路自動響鈴3 s，該局比賽結(jié)束，得分清零。

圖5 記分顯示響鈴電路系統(tǒng)

3 總體電路的設計與仿真

各單元電路的設計與仿真完成后,最后連接各單元電路,實現(xiàn)整個乒乓球游戲電路系統(tǒng)。將控制信號通過驅(qū)動電路送入到移位寄存器74ls194中，如圖6所示,驅(qū)動LED燈，表示乒乓球當前的位置。兩個記分顯示響鈴電路是由兩片74ls160構(gòu)成的十一進制計數(shù)器，分別記錄甲方的得分和乙方的得分。甲方失球或犯規(guī)，乙方得分，同理乙方失球或犯規(guī)，甲方得分。如圖7所示，甲乙雙方任意一方得分累計到達11分，該方電路自動響鈴3 s，指示燈亮，雙方得分清零，該局比賽結(jié)束。達到了乒乓球游戲電路的設計要求。

圖6 乒乓球移動仿真圖

圖7 對打比分圖

4 結(jié)束語

本文設計的乒乓球游戲控制電路，以數(shù)字芯片為核心，通過按鍵的控制，模擬了乒乓球游戲過程中的裁判控制、選手擊球；led燈模擬了球的左右移動過程和提醒功能；數(shù)碼管顯示了比分情況。游戲過程可直觀顯示，結(jié)構(gòu)簡單，原理清晰，易于實現(xiàn)。在后期還要不斷地對電路進行優(yōu)化，增加發(fā)球顯示和發(fā)球記錄信號，只有通過不斷完善，才能完成一個最佳最實用的電路[9]。