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74LS194。

　　??巩固已经掌握的数字电路设计与实验技能。

　　二、实验说明

　　1??74LS194的功能

　　74LS194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S1=S0=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S1=0，S0=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QA端的输出则由加到R端的数来补充。

　　(3)??当S1=1，S0=0时，其工作方式叫左移，情况正好与右移相反；QD端的输出由加到L端的数来补充。

　　(4)??当S1=S0=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S1和S0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

　　74LS002片74LS271片

　　74LS041片74LS731片

　　74LS101片74LS741片

　　74LS201片74LS932片

　　74LS1942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。KL(L)和KR(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S1=1,S0=0或S1=0,S0=1,这时Y=1；发球时S1=1,S0=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S0Y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。