设计乒乓球比赛游戏机的原理图

实验二十二 乒乓球游戏机

一、目 的

�6�1 熟悉与使用移位寄存器芯片 74 LS 194 。

�6�1 巩固已经掌握的数字电路设计与实验技能。

二、实验说明

1�6�1 74 LS 194 的功能

74 LS 194 为四位双向移位寄存器，它具有左移、右移、保持、串行和并行输入等多种功能。它的管脚排列见附录。表 1 是它的功能表。

功能说明：

(1)�6�1 当 S 1 = S 0 =1 时，不管各输入端原来是什么状态，在下一个时脉冲到来时，其输出分别是预先输入到并行输入端的 abcd ，这种方式叫送数。

(2)�6�1 当 S 1 =0 ， S 0 =1 时，其工作方式叫右移，这时，每来一个时钟脉冲，输出端的数各向右移一位，而 Q A 端的输出则由加到 R 端的数来补充。

(3)�6�1 当 S 1 =1 ， S 0 =0 时，其工作方式叫左移，情况正好与右移相反； Q D 端的输出由加到 L 端的数来补充。

(4)�6�1 当 S 1 = S 0 =0 时，不管是否有 CP 脉冲作用，输出保持不变，这叫保持方式。 CP=0 时也是保持方式。

将 74LS194 接成图 3-22-1 所示实验电路时，可以检验其各种功能。

2�6�1 乒乓球游戏机

以八个发光二极管做为球，每次点亮一个发光二极管，做为乒乓球运行的当前位置。

以两个防抖开关作为球拍，由游戏者（甲、乙）各控制一个，按下开关表示击球。甲乙双方各有一个记分牌，由一个数码管显示双方的得分，胜一球累加一分， 15 分为一局。

球的运行速度可以在赛前预置。

进行比赛的过程和记分规则可以用图 3-22-2 所示流程图描述。

三、预习要求

按图 3-22-2 所示流程图，用移位寄存器、 J-K 触发器、与非门、或非门、防抖开关、计数器等设计一个乒乓球游戏机，希望把电路设计成独立的两部分：甲（乙）发球及球向乙（甲）方移动的部分及甲（乙）方加分的部分，以便安装及单独调整。

建议如下：

1�6�1 用两个 74LS194 双向移位寄存器的八个输出各控制一个 LED 发光二极管，用高电平的左移和右移，依次点亮八个发光二极管之一，以表示乒乓球的移动。

2�6�1 用一个 J-K 触发器和两个门电路给出 01 、 10 和 11 三种状态，用它们去控制移位寄存器的 S 1 和 S 0 端，以实现左移、右移及送数（发球）。

3�6�1 J-K 触发器的 J 、 K 端由防抖开关（球拍）及移位寄存器最左边一位和最右边一位的电平来控制：防抖开关未按下时， J-K 触发器的状态不变。按下一个防抖开关，同时移位寄存器最左或最右边一位达高电平时（发光二极管亮，表示乒乓球到达最后位置）， J 或 K 端应等于 1 ，使 J-K 触发器翻转，以改变移位寄存器的移位方向。

4�6�1 发球之前要将移位寄存器请零。

5�6�1 记分电路仍由防抖开关及移位寄存器的输出控制：按下一个防抖开关，移位寄存器最左或最右边一位未达到高电平时，应该给对方加分。加分后，移位寄存器应该停止运动（断开时钟信号）。建议采用二进制计数器 74LS93 进行计数，其功能及管脚接法见附录。

设计记分电路时还应考虑：①发球时，计数器不应动作。②应能清零。③怎样用记分的信号去断开时钟信号，使移位寄存器处于保持状态。

6�6�1 在实验箱上有时钟信号和防抖开关，不必另行设计。

看了上述建议并经过认真考虑之后，如果还设计不出来的话，可参看本实验之末所附的参考电路及逻辑关系式。

四、实验要求

1�6�1 检查所给双向移位寄存器 74LS194 的各种功能。

2�6�1 搭接乒乓球游戏机的发球及移位控制部分，检查它是否能实现：①清零后，甲（乙）发球及球向乙（甲）方移动。②乙（甲）未击球时，球继续按原来方向移动。③击球后，如果球已到最后位置，则改变原来的移位方向，若球未到最后位置，则位移方向不变。

3�6�1 以上要求满足后，可搭接甲乙双方的记分电路。

4�6�1 将两部分联试。

若时间来不及可以不做 3 、 4 两部分内容。以下提供的芯片其管脚排列图见附录。

五、提供的芯片

74LS00 2 片 74LS27 1 片

74LS04 1 片 74LS73 1 片

74LS10 1 片 74LS74 1 片

74LS20 1 片 74LS93 2 片

74LS194 2 片

六、总结报告要求

画出逻辑原理图，并简要说明设计思想，写出实验后的心得体会。

七、参考电路

图 3-22-3 为控制点亮的发光二极管（即“乒乓球”）位移的电路， CLR 为移位寄存器的清零。 K L (L) 和 K R (L) 为防抖开关，用作甲乙双方的“球拍”，常态为低电平。球拍用于击球或发球。发球前，移位寄存器先要清零。

控制“球”的位移方向的是 J-K 触发器的 J 、 K 端。根据图 3-22-2 所示流程图的要求， J 和 K 的逻辑式为

信号 Y 用来控制发球，球运行时 S 1 =1,S 0 =0 或 S 1 =0,S 0 =1, 这时 Y=1 ；发球时 S 1 =1,S 0 =1, 移位寄存器已清零并处于送数状态，这时 Y=0 ， Y 的逻辑式为

记分电路中采用 74LS93 计数器记分。输入到左边的计数器的计数信号为

式中把与 S 0 Y 相与，可防止发球时和击球后误记分。右边的计数电路与此类似。流程图中还要求：击球失误，给对方加分，球停止运动。这相当于移位寄存器处于保持状态。图 3-22-3 的电路只能给出左移、右移和送数三种状态，所以可用断开时钟脉冲的方法，使移位寄存器达到保持状态，使球停止运行。图 3-22-4 为 一种可行的方案。