设计乒乓球比赛游戏机的原理图（1）设计一个由甲、乙双方参赛，有裁判的3人乒乓球游戏机。（2）用8个(或更多个)LED排成一条直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中一只点

Question

设计乒乓球比赛游戏机的原理图
（1）设计一个由甲、乙双方参赛，有裁判的3人乒乓球游戏机。
（2）用8个(或更多个)LED排成一条直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中一只点亮的LED指示球的当前位置，点亮的LED依此从左到右，或从右到左，其移动的速度应能调节。
（3）当“球”(点亮的那只LED)运动到某方的最后一位时，参赛者应能果断地按下位于自己一方的按钮开关，即表示启动球拍击球。若击中，则球向相反方向移动；若未击中，则对方得1分。
（4）一方得分时，电路自动响铃3秒，这期间发球无效，等铃声停止后方能继续比赛。
（5）设置自动记分电路，甲、乙双方各用2位数码管进行记分显示，每计满21分为1局。
（6）甲、乙双方各设一个发光二极管，表示拥有发球权，每隔5次自动交换发球权，拥有发球权的一方发球才有效。

Answer 1

实验二十二 乒乓球游戏机

一、目 的
?? 熟悉与使用移位寄存器芯片 74 LS 194 。
?? 巩固已经掌握的数字电路设计与实验技能。
二、实验说明
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)?? 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)?? 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)?? 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)?? 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?? 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?? 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?? 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?? 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?? 发球之前要将移位寄存器请零。
5?? 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?? 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?? 检查所给双向移位寄存器 74LS194 的各种功能。
2?? 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?? 以上要求满足后，可搭接甲乙双方的记分电路。
4?? 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。