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1、北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计乒乓球比赛模拟机的设计 学 院：专 业：姓 名：指导老师：信息学院信息工程朱文轩学 号：职 称：160103104841姚远实验师中国珠海二二零年五月乒乓球比赛模拟机的设计摘 要乒乓球运动是我国的传统运动，深受着许多人的喜爱。现如今，人们的生活节奏加快，在日常生活中，人们的时间大都是碎片化的，同时传统的乒乓球运动还受到场地与环境的限制，因此本设计将乒乓球运动与电子技术相结合，主要以74LS194双向移位寄存器和发光二极管作为基础来模拟乒乓球的运动轨迹，使用74LS74D触发器和按键控制开关组合，控制驱动整个电路，为本设计的核心部分，用于模拟球拍接发球
2、，球到指定位置时，及时按下按键代表击球成功，否则对手得分。最后通过74LS160十进制计数器与数码管组合显示双方的得分情况。关键词：乒乓球比赛模拟器；74LS194双向移位寄存器；74LS74D触发器；74LS160十进制计数器；Design of table tennis simulatorAbstractTable tennis is a traditional sport in China, which is loved by many people.Nowadays, the pace of peoples life is speeding up.The most time of pe
3、ople are fragmented in daily life.At the same time, traditional table tennis is also limited by the venue and environment.Therefore, this design combines table tennis with electronic technology.In order to simulate the movement track of table tennis，it mainly uses 74ls194 bidirectional shift registe
4、r and LED.And it uses 74ls74d trigger and key control switch to control and drive the whole circuit, which is the core part of this design.It is used to simulate the receiving and serving of racket.When the ball reaches the designated position, pressing the key in time represents a successful stroke
5、.Otherwise,the opponent will score.Finally, the score of both sides is displayed by the combination of 74ls160 decimal counter and nixie tube.Keywords: Table tennis game simulator；74ls194 bidirectional shift register；74ls74 data flip-flop；74ls160 decimal counter；目 录1前言.11.1本设计的目的、意义及应达到的技术要求.11.2本设计
6、的国内外的发展概况及存在的问题.21.3本设计应解决的主要问题.32乒乓球比赛模拟机设计.32.1设计概况.3 2.1.1研究内容.3 2.1.2设计任务及目标.3 2.1.3系统功能.4 2.1.4主要器件.42.2设计方案选择及设计原理.6 2.2.1设计方案选择.62.2.2设计原理. .62.3设计过程.82.3.1硬件设计过程.82.3.2软件设计过程.122.4设计关键点及设计问题排查.13 2.4.1硬件部分.13 2.4.2软件部分.133产品测试及结果分析.143.1硬件测试.143.2调试结果分析.194结论.19参考文献.21谢辞.22附录.231 前言乒乓球作为我国的国
7、球，在世界的体育运动项目中有着十分重要的地位，在每一次的重大体育赛事中，我国的乒乓球运动项目都能够取得优异的成绩，乒乓球运动是具有我们独特的民族文化特色的一项运动。随着社会的不断发展进步，在这个科技水平不断快速上升的时代，有许多的智能电子产品问世，吸引着人们的眼球，人们对电子产品的使用也是日益频繁，一定程度上影响了人们对体育运动的关注度，而且相比于篮球和足球这些体育运动项目，现在年轻人对乒乓球运动项目的热度还是比较低的。这个时代很多家庭的环境相对比较好，很多小孩子很早就能接触到电子产品，因此可能会没法很好的了解到乒乓球运动，某些地区对于乒乓球运动的普及并没有很好，缺少场地和设施，虽然整体的乒乓
8、球运动文化在不断上升，但是愿意参与接触了解的参与者不足，导致了大家对乒乓球运动的不了解；与此同时，人们的生活节奏也在不断的加快，这样的情况下，人们生活中的时间逐渐趋向于碎片化，而碎片化时间意味着人们能够拥有的自主时间不足以去进行一场长时间的乒乓球运动，这也是乒乓球运动并没有很好普及的原因之一，我国乒乓球运动的发展曾为国家的整体政治发展、国际地位的提升、民族气势的鼓舞作出突出贡献，也有“乒乓球外交”的例子，所以我们应该积极去了解推广这项运动。结合当代年轻人的习惯，从人们接触较多的电子产品及电子游戏入手能最大程度的让人们了解这项运动和文化魅力，也能够让更多人能够接触到乒乓球运动文化，所以本设计将乒
9、乓球运动与电子技术相结合，人们可以通过乒乓球比赛模拟机来进行乒乓球比赛，然后双方按下控制按键来实现乒乓球运动中的发球和接球操作，可以不受乒乓球运动所需的场地与环境因素的影响，随时随地进行乒乓球比赛，除此之外，乒乓球比赛模拟机能够让人们在碎片化时间下得到游戏乐趣的同时，可以对乒乓球运动的规则和文化有所了解，从而激发人们对这项运动的兴趣。本设计能很好的适应信息化时代人们的快节奏生活，在娱乐的同时还能让人们得到一定的锻炼效果。1.1本设计的目的、意义及应达到的技术要求当今社会，生活节奏加快，许许多多的人时间都有意无意的变成了碎片化的形式，工作的人在上下班的路途中的小时间，忙碌一天后天黑才能够回家等等
10、，以往有许多人给自己减压放松会选择运动的方式，这其中有不少人是热衷于乒乓球运动的，但是由于各种的原因没法进行乒乓球运动，比如家附近没有提供乒乓球运动的设施和场地，他们就没法进行自己喜欢的运动项目来进行减压放松，也有的人因为一天工作太过劳累，不想出门到乒乓球比赛场地。种种的原因，使得人们无法去接触或者了解到乒乓球运动。碎片化时间指的是受众因为需求多元化以后，其工作生活所呈现出的零碎时间段。在生活中，碎片化时间指的是人们等电梯时、等公交车和地铁时、乘车时等一些分散性的时间。人们能够充分利用碎片化时间通过使用手机和平板电脑来浏览新闻、玩游戏、阅读电子书等等，碎片化时间的出现，意味着人们在这些时间内没
11、法去做一些需要大量时间为基础的体育运动项目，更没法短时间去到一个能够提供这些运动的场地去进行某项运动，这也无疑是给一些人带来了许多的困难，最初所期待的拥有一些时间来进行运动也无法实现。再者，科技时代的到来，智能电子产品的出现，比起传统的乒乓球运动，许多人更热衷于智能电子产品，而且对比乒乓球运动固定不变的规则等等，人们更喜欢电子产品更新换代带来的新鲜感，这也是传统乒乓球运动虽然达到了极高的体育文化水平，但并没有得到太多的普及。本次乒乓球比赛模拟机的设计是基于74LS194双向移位寄存器来模拟乒乓球比赛的设备，结合现实生活的一部分问题和乒乓球运动的规则，组合不同的部分分块来实现乒乓球比赛的相应功能
12、，使用数码管显示双方的比赛得分，通过以74LS74D触发器为基础的控制部分分块来实现乒乓球运动的接球和发球操作，要准确的按下控制按键才算是接球成功，否则对方得分。本设计解决了因为场地环境原因没法进行乒乓球运动的问题，在碎片化时间下，可以通过乒乓球比赛模拟机体验到乒乓球运动的乐趣，同时，因为是电子技术产品的原因，一定程度上符合当代年轻人对于电子产品的追求，还可以让更多的人了解到乒乓球运动文化，并具有一定的市场前景。1.2本设计在国内外的发展概况及存在的问题近几年，国内电子技术水平不断的提高，有不少的体育运动被模拟做成电子产品，以电子游戏的方式呈现在我们面前，这种方式无疑解决了许多的问题，同时也会
13、带来一些问题。第一， 乒乓球比赛模拟机像很多大型的体育运动模拟器一样，解决了需要场地才能进行运动的问题，随时随地可以进行乒乓球运动，同时也存在着一定的问题，就是乒乓球比赛模拟机并没有能够达到真实乒乓球比赛的运动程度，但是乒乓球比赛模拟机需要准确的按下按键才可以实现接球操作，意味着需要集中精神进行比赛，从一定程度上拥有锻炼的效果，主要能够解决地点的问题。第二， 人们在日常生活中的时间逐渐趋向碎片化，乒乓球比赛模拟器可以在这些碎片化时间内，进行简短的乒乓球比赛，即达到了娱乐放松的效果，也不会受到时间的限制。第三， 乒乓球比赛模拟器机型较小，方便于携带，在这个电子产品横行的年代，既能吸引人们的眼球，
14、符合人们的喜好，还能一定程度上去宣扬乒乓球运动文化，让更多的人接触到乒乓球运动，体会乒乓球运动的魅力。 电子技术与传统体育运动相结合是电子产品市场的发展趋势之一，越来越多人喜欢在电子产品中进行体育运动，市面上很多模拟篮球，足球等的电子产品也在不断的出现，更新换代，能够很好的适应人们的生活现状，所以乒乓球比赛模拟机作为电子技术与传统体育结合的一种，相信有着很不错的发展前景。1.3本设计应解决的主要问题（1） 原理图的设计猜想，理清楚整个流程的逻辑关系，甲乙两方进行比赛的过程中，根据乒乓球运动规则，是否能实现相应功能；（2） 球台模块的设计，74LS194双向移位寄存器在没有时钟脉冲时，逻辑功能是
15、否正常实现，灯光模拟是否能够正常显示；（3） 控制部分的设计，按下控制按键后，球是否会成功转向移动；（4） 计分部分的设计，当一方得分的时候，数码管的正确计数显示；（5） 整体的连接运作，各部分模块分开设计，连接成一个整体时能否正确实现相应的功能；（6） 仿真调试问题，理论实现的逻辑功能否在仿真环境下正确的运行，通过仿真调试测试解决可能出现的功能实现的问题；（7） 设计能力有限无法实现全部功能；2 乒乓球比赛模拟机的设计2.1设计概况2.1.1研究内容乒乓球比赛是由甲乙双方参赛，加上裁判的三人游戏（也可以不用裁判），乒乓球比赛模拟机是用发光二极管（LED）模拟乒乓球运动轨迹的电子游戏机。2.1
16、.2设计任务及目标(1) 至少用8个LED排成直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中一个点亮的LED（乒乓球）依次从左到右，或从由到左移动，“球”的移动速度能由时钟电路调节。(2) 当球（被点亮的那只LED）移动到某方的最后一位时，参赛者应该果断按下自己的按扭使“球”转向，即表示启动球拍击中，若行动迟缓或超前，表示未击中或违规，则对方得一分。(3) 设计自动记分电路，甲乙双方各用一位数码管显示得分，每记满11分为一局。(4) 当一方得分记满11分时，电路自动响铃3s，表示比赛结束。2.1.3系统功能本设计主要由三个部分组成，分别为球台部分，控制电路部分和计分部分，甲乙其中一方按下发球
17、按键启动电路，另一方在球达到指定位置的时候按下按键实行反击，双方得分情况会在相应的数码管中显示。本次设计的整体设计结构图如下图2.1所示。图2.1 乒乓球比赛模拟机整体设计结构图2.1.4主要器件（1）74LS194双向移位寄存器图2.2 74LS194双向移位寄存器引脚图74LS194D四位双向寄存器引脚功能说明如下：1. A、B、C、D引脚为4个并行输入端；2. QA、QB、QC、QD引脚为4个并行输出端，分别与A、B、C、D引脚相对应，即A输入端对应QA输出端；3. SL为左移串行输入端，SR为右移串行输入端；4. S1、S0为操作模式控制端；5. CLK为时钟脉冲输入端，CLR为清零端
18、；（2）74LS74D触发器图2.3 74LS74D触发器引脚图74LS74D触发器引脚功能说明如下：1. CLR为清零端，CLK为时钟脉冲输入端；2. D为触发信号输入端；3. PR为控制输入端；4. Q为同相位输出端，Q为反相位输出端； （3）74LS160十进制计数器图2.4 74LS160十进制计数器引脚图74LS160D十进制计数器引脚功能说明如下：1. QA、QB、QC、QD引脚为4个数据输出端；2. RCO为进位输出端；3. ENP，ENT为计数控制端；4. CLK为时钟脉冲输入端；5. CLR为异步清零端（低电平有效）；6. LOAD为同步并行置入端（低电平有效）；7. A、B
19、、C、D引脚为4个并行输入端，分别与QA、QB、QC、QD引脚相对应，即A输入端对应QA输出端；2.2设计方案选择及设计原理2.2.1设计方案选择围绕本次设计的主要设计任务，为实现乒乓球比赛模拟机的基础功能，分为三个主要部分：球台部分，控制电路部分，计分部分；（1） 球台部分：使用8个红色发光二极管模拟乒乓球的运动轨迹，利用74LS194D双向移位寄存器的逻辑功能，来实现发光二极管的灯光移动，以模拟乒乓球的运动轨迹；（2） 控制电路部分：使用双D触发器74LS74及相应的逻辑门（7400N与非门、7409N与门、7432N或门）电路进行组合，实现对球台电路的控制，控制驱动球的运动方向，以模拟控
20、制乒乓球的接球和发球操作；（3） 计分部分：使用数码管DCD_HEX显示甲乙双方的得分情况，利用74LS160十进制计数器及相应的逻辑门（7409N与门、7404N非门）来实现对乒乓球比赛模拟器的得分情况的计算统计；（4） 报警部分：基于计分部分延申出响铃功能，利用1KHz的无源蜂鸣器和74LS160十进制计数器组合。 2.2.2设计原理（1）74LS194双向移位寄存器工作原理RDS1S0工作状态0XX置零100保持101右移110左移111并行输入表2.1 74LS194双向移位寄存器功能表 74LS194四位双向移位寄存器的逻辑功能如上图2.5所示，其功能描述如下：（1） 当S1=S0=
21、0的时，寄存器的工作状态为保持，无论是否有输入或者是否有时钟脉冲的上升沿，寄存器的输出均保持原状态不变；（2） 当S1=0，S0=1时，寄存器的工作状态为右移，在有一个时钟脉冲上升沿到来的时候，寄存器的输出端向右移一位，即QB=QC、QC=QD、QD=QA，而QA=1（或者0），即QA端的输出则由加到SR端的数来补充；（3） 当S1=1，S0=0时，寄存器的工作状态为左移，在有一个时钟脉冲上升沿到来的时候，寄存器的输出端向左移一位，即与右移时的工作状态相反，QC=QB、QB=QA、QA=QD，而QD=1（或者0），QD端的输出由加到SL端的数来补充；（4） 当S1=S0=1时，寄存器的工作状态
22、为并行输入状态，不管各个输入端原来输入的值是什么，在有时钟脉冲上升沿时，会将并行输入端A、B、C、D的值分别对应在并行输出端QA、QB、QC、QD中输出，如输入端A对应输出端QA；（2）74LS74D触发器工作原理输入输出SDRDCPDQn+1Qn+101xx1010xx0100xx111101100111xQnQn表2.2 74LS74D触发器功能表74LS74D触发器逻辑功能如上图2.6所示，其功能描述如下：（1） 当RD=1，SD=0时，输出端Q输出值为RD的值，即Q=1；（2） 当RD=0，SD=1时，输出端Q输出值为RD的值，即Q=0；（3） 当RD=SD=1时，有时钟脉冲上升沿时，
23、输出端Q的输出值为输入端D的输入值，即D=1时，Q=1；D=0时，Q=0；（3）74LS160十进制计数器工作原理输入输出RDLDEPETCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30xxxxxxxx000010xxd0d1d2d3d0d1d2d31111xxxx计数110xxxxxx保持11x0xxxxx保持表2.3 74LS160十进制计数器功能表74LS160十进制计数器逻辑功能如上图2.7所示，其功能描述如下：当LOAD=CLR=1时，有以下情况：（1）当ENP=0或ENT=0，且输入端A、B、C、D不连通时，输出端QA、QB、QC、QD工作状态保持不变；（2）当ENP=ENT=1时，在有时钟
24、脉冲上升沿时，输出端QA、QB、QC、QD工作状态为计数状态；2.3设计过程2.3.1硬件设计过程在进行设计之前，需要先理清乒乓球模拟机的基础逻辑，构建一个逻辑框图来明确乒乓球模拟机所需要实现的逻辑功能，能够更明确的进行设计，实现想要的功能。硬件设计的基础逻辑关系框图如下图2.8所示。图2.5 乒乓球比赛模拟机基础逻辑流程图根据设计方案的选择，本次乒乓球比赛模拟机的设计原理主要是基于三个基础部分分块组合而成，由球台部分，控制电路部分，计分部分，报警部分在硬件系统上连接共同实现相应的功能。以下是各个部分分块的设计过程。（1） 球台部分本次设计球台部分分块以74LS194双向移位寄存器作为基础主体
25、。由两个74LS194双向移位寄存器组合连接，将左边的74LS194四位双向移位寄存器中的QD输出端连接至右边74LS194四位双向移位寄存器中的右移串行输入端SR，将右边74LS194寄存器中的QA输出端连接至左边74LS194寄存器中的左移串行输入端SL，形成一个8位双向移位寄存器，当寄存器接收到信号时，LED会从输入信号的一端向另一端逐一闪烁，来实现模拟乒乓球的运动轨迹。 参考.郭丽颖.基于Multisim的彩灯循环闪烁电路设计与仿真.实验室研究与探索.2010.具体连接方式如下仿真图2.9所示。 图2.6 球台部分仿真电路连接图（2） 控制电路部分控制电路部分分块为本设计的核心部分，整
26、体的运作都基于本部分。这里通过双D触发器来实现接球和发球的操作，为了实现接球的功能，将左边触发器的输出端连接至球台部分中寄存器的S1接口，右边触发器的输出端连接至球台部分中寄存器的S0接口，根据74LS74D触发器的工作原理，如左方能够准确按下按键开关，触发器则会输出1，使得球台部分寄存器接收到S1=1，S0=0的信号，使得球转向右移动，同理，如右方能够准确按下按键开关，触发器则会输出1，使得球台部分寄存器接收到S1=0，S0=1的信号，使得球转向左移动，从而实现接球功能。控制开关会与各个部分分块相连接，意味着是否准确按下开关，关系着整个系统的功能运作情况。具体连接方式如下仿真图2.10所示。
27、图2.7 控制电路部分仿真电路连接图（3） 计分部分 本次设计的计分部分选用74LS160十进制计数器和相应的逻辑门电路组合成。因为乒乓球比赛计分不同于数字时钟一样需要转化成六十进制计数器，只需要作为十进制计数器进行计数得分情况就可以了。将两个74LS160十进制计数器连接，组合成两位数的计数器，计数器接收到信号时，就会进行一次计数，在数码管中显示计数，当球到达左方LED的最后一位时，左方若未能准确按下控制开关，右方计数器的ENT和ENP输入端会接收到输入1，右方计数器就会自动进行一次计数，表示右方得一分，同理，当球到达右方LED的最后一位时，右方若未能准确按下控制开关，左方计数器的ENT和E
28、NP输入端会接收到输入1，左方计数器就会自动进行一次计数，表示右方得一分，从而实现乒乓球比赛中的得分计数功能。具体连接方式如下仿真图2.11所示。图2.8 计分部分仿真电路连接图（4） 报警部分本设计报警部分选用74LS160十进制计数器与与非门组合成一个三进制计数器，以实现3s的报警响铃功能。在本设计中，报警部分的工作是基于计分部分实现的，当计分部分的数码管计分显示满11分时，会通过一个与门将信号输入到蜂鸣器与计数器中，计数器接收到信号之后会进行的信号输出，蜂鸣器通过驱动电路驱动响铃，并且LED会发光，表示本局比赛结束。具体连接方式如下仿真图2.12所示。图2.9 报警部分仿真电路连接图（5
29、） 裁判控制部分 本次设计中，裁判拥有两个控制开关按键，分别是控制每局比赛的初始化按键和比赛结束后的系统重置按键，即为系统的复位电路。每个小局比赛结束的时候，裁判需要初始化系统才可进行新一局的比赛，如果在没初始化之前，甲乙有一方按下按键，则视为犯规，对方得分；当有一方满11分时，比赛结束，裁判可按下重置按钮重启系统，再次重新进行比赛。2.3.2软件设计过程仿真软件：本设计使用的仿真软件是Multisim10，该软件适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作，主要功能包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力，结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地
30、对电路进行设计和验证。通过Multisim10仿真设计软件进行电路模拟，按照所设计的各个部分分块，在仿真电路中将各个部分分块分别进行功能调试，然后将各个部分分块按照相应的逻辑连接组合，进行整体功能的实际运行测试，测试过程中检查设计电路的完整性和正确性，是否可以实现本次设计的目的，若出现问题，及时在仿真电路中进行调整测试。2.4设计关键点及设计问题排查本次设计问题排查主要是围绕各个部分分块功能的实现和整合之后是否能正确运作而展开的，要在保证每个部分分块在单独设计时的功能能够正常运作的同时，在连接整合成一个整体系统的时候，不影响原有的功能，若在测试过程中有功能未能实现等问题出现时，应及时进行问题的
31、排查调整，找出问题出现的原因，尽可能的使设计的功能正确完整。2.4.1硬件部分球台部分使用74LS194双向移位寄存器作为显示的功能主体。在使用这款寄存器之前应该去深入了解它的功能，各个引脚对应的功能不能搞错，是否会存在无法实现其逻辑功能的情况。在使S1S000时，封锁CP使CP0，以便实现保持功能，但由于电路设计的缺陷，使得CP0时，S1S0的变化为CP提供了触发脉冲，致使其正常的逻辑功能无法实现。即CP0期间，74194由左移、右移或并行输入状态转换为保持状态时，事实上无法保持原有状态不变。 参考.林涛.4位双向移位寄存器74194使用中存在的问题及原因分析.现代电子技术.2006.控制电
32、路部分主体是74LS74D触发器，了解这个芯片的逻辑功能之后，注意引脚的连接问题，RD端和SD端在输入不同的信号的前提下，再想D输入端输入信号时，Q输出端的输出的信号也不同，避免混淆RD端和SD端的条件，使得Q输出端输出的信号不正确，导致功能无法正确实现。计分部分通过十进制计数器进行得分计数，主要是分析控制电路部分中按键所产生的效应是否能够反映到DCD_HEX数码管上，显示是否正确，两个计数器间的进制连接是否连接错误，避免犯这种低级错误。报警部分功能实现是基于计分部分设计的，在计分部分功能正常实现的前提下，满足报警部分实现功能的条件时，注意LED是否正常闪烁，蜂鸣器是否能够正确的进行响铃。最后
33、排查各个部分整合连接后的线路是否都正确连接，若功能无法实现，排查是否是连接松动或者连接错误，导致出现问题。2.4.2软件部分 由于使用到仿真设计软件，要确保选择的器件没有错误，避免选择了错误的器件导致仿真测试无法正常运行报错，还需要注意线路的连接，避免产生电路逻辑错误，影响功能的实现。3产品测试及结果分析3.1硬件测试在根据设计方案与设计原理的基础上，对电路进行设计。明确每个部分分块所需实现的功能，进行不同部分分块的单独功能测试，确保每个部分分块独立的功能实现是没有问题的。本次设计硬件电路使用的是Multisim10仿真设计软件，Multisim10在仿真软件中，分别将球台部分，控制电路部分，
34、计分部分和报警部分分开进行测试。在分开测试调整完成之后，接下来的工作就是将每个不同的部分分块连接整合起来，形成一个完整的硬件设计电路，而硬件电路整合之后是否可以正确实现所需的逻辑功能就是测试调整的关键，通过查阅资料和指导老师的指导，不断对仿真电路进行调整修正，得到一个较为完整的仿真结果。硬件设计电路仿真图如下图3.1所示。图3.1 硬件电路整体仿真连接图接下来会分别对不同部分分块进行仿真测试，首先是球台部分的测试，按下裁判控制的J1开关，表示比赛正式开始，左方按下J2开关，使得该电路从连接地线转换到连接电源，促使球开始从左边出发向右移动，当球到达右方LED最后一位的时候，右方准确按下J3开关，
35、使得该电路从连接地线转换到连接电源，促使球转向开始向左移动。测试得出球台部分电路可以实现正常的模拟乒乓球运动轨迹的功能。具体情况如下图3.2所示，第一张图为左方按下J2开关，第二张图为右方按下J3开关。图3.2 球台部分电路仿真测试图然后是计分部分的测试，重复上一步测试的操作，按下裁判控制的J1开关，启动电路，由左方开始发球，按下J2控制开关，球开始从左边出发向右移动。第一轮测试，为了测试是否能实现一方得分计数功能，故右方不做任何操作，让球正常向右移动，结果得出球到达右方最后一位时，LED熄灭，左方的数码管显示01，右方的数码管显示00，表示左方得一分，由此看出该功能能成功的实现；第二轮测试，
36、为了测试在正常准确的按下控制开关后，球是否会正常转向且数码管计分不变，在上一轮测试的基础上，按下J1开关重置电路，左方按下J2开关，球再次从左方出发向右移动，球到达右方LED最后一位的时候，准确的按下J3控制开关，球成功转向向左移动，而左右两边的计数器分数别人为01，00，得分计数没有发生改变，由此看出该功能也能够成功实现。具体情况如下图3.3所示，第一张图为左方按下J2开关球开始移动，第二张图为第一轮测试情况，第三张图为第二轮测试情况。图3.3 计分部分电路仿真测试图最后是报警部分的测试，循环上一步的部分操作，使左方的得分到11分。当左方计数器得分显示满11分时，左方的报警部分电路中，LED
37、进行了3s的闪烁，而右方计数器显示得分为6分，右方的报警部分电路中LED没有进行闪烁，由此得出报警部分的功能能够正常实现。具体情况如下图3.4所示，第一行图为左右两方的比分情况，第二行左图为左方报警部分电路，第二行右图为右方报警部分电路。图3.4 报警部分电路仿真测试图通过在Multisim10设计软件上的仿真，可以较为准确的检测理论上的设计方案与设计原理是否存在问题，方便于及时进行排查调整，避免直接按照理论设计方案购买器件，完成各部件的焊接之后，无法达到所需要实现的功能，造成不必要的资源材料和时间精力的浪费。在仿真电路中，可以进行多次的测试，得到最优的解决方案，在遇到连接问题或者逻辑问题的时
38、候，也可以很方便的进行调整，替换元器件，最后得到一个能够正常运作的硬件仿真电路。基于仿真得到的硬件电路，网上购买所需要的相关器件，应当多购买相同的器件，避免出现一些特殊原因，导致材料报废无法进行实物制作，在焊接的过程中，要注意焊接方式，避免损坏电路，最后就是对整个系统的测试，确保每个部分分块都能正常运作，整合连接后可以实现仿真时实现的功能。3.2调试结果分析首先要确定的问题是设计方案中选择的芯片是否能够按照理论正确的实现所需要的功能效果，了解芯片本身的一些优缺点，注意其实现逻辑功能所需要的条件，避免因为错误的连接导致功能无法实现。控制电路部分为整个硬件电路的核心部分，在整体功能测试中，其他的部
39、分分块在测试时，都需要联系到控制电路部分来协同测试。球台部分的测试中，参考节日彩灯的实现方式，进行类比修改成球台电路。在整合连接之后，因为错误连接控制部分的信号输入，导致在球台部分LED显示中，出现了LED依次亮起，并一直闪烁无法停止的情况，利用复位电路重置之后还是出现相同的情况，经过一些调整，稳定了信号输入后，使得按下按键后可以得到正确的单个信号在LED中逐一闪烁移动。计分部分的测试中，在出现上述球台部分的情况的时候，计分部分的功能也是无法实现的，在经过上述的调整之后，计分部分也可以正常运作。由仿真遇到的一些问题可以得出，控制电路部分关联着整个硬件电路的运作，控制电路部分是否能够正常的运作，
40、决定着本设计的成功与否。最后的报警部分的测试，与其他的部分分块不同的是，决定着报警部分运作的关键是计分部分，当一方的DCD_HEX数码管上显示满11分时，蜂鸣器会响铃，并且LED会闪烁，一开始按照三进制计数器进行设计，出现的一个问题就是，当一方满11分时，蜂鸣器会一直响铃，无法停止，通过查阅资料进行调整后，将原本与非门从复位电路连接至ENP输入端，使得蜂鸣器只会响铃3s。在调整测试确定整个仿真电路无误之后，就可以着手于实品的测试调整，按照仿真结果完成本设计。4结论本次乒乓球比赛模拟机的设计主要是通过控制驱动电路实现的，以两个74LS74D触发器组合成的控制电路部分作为实现整个硬件电路功能的核心
41、部分，控制按键的开关操作影响着整个系统的运作，从最后的仿真结果来看，本次设计基本实现了系统的控制要求，设计功能基本完善。在对选用的芯片和器件有足够的了解之后，结合设计方案的对每个不同的部分分块进行设计，测试无误后，通过将每个不同的部分分块组合成完整的乒乓球比赛模拟机，从而实现乒乓球运动的基本功能。球台部分参考循环节日彩灯的设计，组合成一个8位双向移位寄存器，使其在接收到信号之后，可以使LED单一逐一进行移动闪烁；控制电路部分通过双D触发器及逻辑门电路控制球的移动，联系着整个硬件电路的运作；计分部分通过74LS160十进制计数器对比赛情况进行计分，这样能够实现基础的乒乓球比赛功能。在甲方按下按键
42、时，比赛开始，球会往乙方方向移动，球达到乙方最后一个LED的位置时，若乙方能准确的按下控制按键，球则会转向移动，以此反复，实现接球的操作；若乙方提前或有延迟的按下控制按键，则甲方会得到一分。当有一方的得分满11分时，报警部分会进行3s的响铃，表示比赛结束。这便是本次设计的基本功能。从综合角度来看，本次设计还有不少改进的空间，可以选择使用单片机来进行设计，通过添加更多的模块，和相对应的逻辑代码，如单一的乒乓球运动路线，可以拓展为多条甚至是以不同的方向进行移动，更加真实的还原现实乒乓球运动的情况，使用单片机还可以实现一些用数字电路没法实现的功能，使得乒乓球比赛模拟机的功能可以更加齐全和多样化。本次设计的乒乓球比赛模拟机的设计通过将传统运动与电子技术的结合，这种类型的电子产品在国内已经有不少，能够满足人们在这个科技水平快速上升的年代对于电子产品追求的同时，还能体验到体育运动的乐趣，而且在生活节奏加快的当下，也不需要受限于时间地点而无法进行乒乓球运动，可以较好的适应目前人们碎片化时间的生活。相信在未来科技的不断进步，我们能够有更多更好的方式在电子产品上进行体育运动，像VR等等的方式已经逐渐出现在我们的身边，相信未