趙巧妮

（湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院株洲412001）

基于Multisim的乒乓球游戲機電路的設(shè)計?

趙巧妮

（湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院株洲412001）

乒乓游戲機電子產(chǎn)品解決了傳統(tǒng)的乒乓球受場地、環(huán)境的限制，它將傳統(tǒng)的乒乓球運動與電子產(chǎn)品結(jié)合在一起，形成了益智健身乒乓游戲機。它是基于Multisim仿真軟件設(shè)計了的一款電子乒乓球比賽游戲機，使用按鍵模擬球拍，發(fā)光二極管模擬乒乓球臺，發(fā)光二極管依次點亮代表乒乓球在運動，燈亮至最旁邊代表球運動至球臺最旁邊，及時按下按鍵代表擊球，擊中球得分，否則失分。結(jié)果證明，該仿真電路即解決了傳統(tǒng)乒乓球運動的難題，又可達到讓人鍛煉身體和提高智力的目的。

Multisim軟件；乒乓球；比賽；游戲機；仿真；運動

Class NumberTP319

1 引言

乒乓球是我國的國球，受到全國男女老少的喜愛。傳統(tǒng)的乒乓球受到環(huán)境、地域、天氣等的限制，不能滿足人們隨時娛樂健身的要求。在電子游戲快速發(fā)展的時代，擬將傳統(tǒng)的乒乓球和電子游戲結(jié)合在一起，設(shè)計一款益智類乒乓游戲機，既可克服傳統(tǒng)乒乓球的弊端，又可達到娛樂的目的。用Mul?tisim仿真軟件將乒乓球與電子游戲結(jié)合在一起設(shè)計一款益智類游戲，通過使用按鍵模擬球拍，發(fā)光二極管模擬乒乓球臺，進行乒乓球游戲的操作。

2 功能描述

1）用8個紅色發(fā)光二極管表示球的運動軌跡；

2）用兩個按鈕表示甲乙兩個球員的球拍；

3）一方發(fā)球后，球以固定速度向另一方運動（發(fā)光二極管依次點亮），當(dāng)球達到最后一個發(fā)光二極管時，對方擊球（按下按鈕）球?qū)⑾蛳喾捶较蜻\動，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；

4）甲、乙各有一數(shù)碼管計分；

5）裁判有一個按鈕，是系統(tǒng)初始化，每次得分后，按下一次；

6）使用乒乓游戲機的甲乙雙方各在不同的位置發(fā)球或擊球［1］。

3 系統(tǒng)設(shè)計方案

1）球臺電路：用8個紅色發(fā)光二極管表示球的運動軌跡，采用雙向移位寄存器74LS194D控制燈的流向；

2）控制電路：由雙JK觸發(fā)器7473N及邏輯門（74LS08D、74LS04D、74LS11D與門或者非門）電路組成，通過此電路控制球臺電路的左右移位；

3）計分電路：由十進制計數(shù)器（74LS160N 2個），邏輯門（74LS08D、74LS04D），譯碼器，數(shù)碼管（共陰數(shù)碼管）組成；

4）報警電路：計數(shù)器74LS160N3、74LS00D、74LS11D，LED、1KHz的無源蜂鳴器；

5）時鐘電路：用信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率為1KHz的時鐘脈沖信號。

圖1系統(tǒng)框圖

圖2球臺電路

4 硬件電路設(shè)計

4.1 球臺電路設(shè)計

圖2所示為球臺電路，可知球臺電路圖由8個紅色發(fā)光二極管LED、2個四位雙向移位寄存器74LS194D構(gòu)成乒乓球的8位移位控制。在擊球過程中乒乓球的運動軌跡由這8個紅色發(fā)光二極管LED移位點亮顯示［2～3］。

表1 雙向移位寄存器74LS194D功能表

四位移位寄存器74LS194D的主要功能引腳說明如下：

·A、B、C、D：4位并行輸入端；

·S1、S0：操作模式控制端；

·QA、QB、QCQD：4位輸出端；

·SL、SR：左移、右移串行控制端。

四位移位寄存器74LS194D功能表如表1所示，其功能分別描述如下：

1）當(dāng)S1=S0=1時為預(yù)置數(shù)狀態(tài)，即無論原來的輸入是何值，在時鐘脈沖的上升沿到來時，將并行輸入端ABCD的值分別置入輸出端QA、QB、QCQD中。

2）當(dāng)S1=0，S0=1時為右移工作狀態(tài)。在時鐘脈沖的上升沿到來時，移位寄存器的輸出端的數(shù)向右移一位，即QB=QC、QC=QD、QD=QA，而QA=1（或者0），即QA端的輸出則由加到R端的數(shù)來補充［4～5］。

3）當(dāng)S1=1，S0=0時為左移工作狀態(tài)。其工作狀態(tài)正好與右移相反；而QD端的輸出由加到L端的數(shù)來補充［6］。

4）當(dāng)S1=S0=0時為保持工作狀態(tài)。無論是否有輸入或者是否有時鐘脈沖的上升沿，寄存器的輸出均保持原狀態(tài)不變。

4.2 控制電路

球臺控制電路如圖3所示，主要由下降沿觸發(fā)的雙JK觸發(fā)器7473N及相關(guān)邏輯門構(gòu)成。電路分析如下。

1）開關(guān)S3的檔位至于Key=D時，通過繼電器常閉端EMR11B05與74LS194D的S0端相連接，此時S1=S0=1，74LS194D實現(xiàn)了并行輸入功能。

2）開關(guān)S3的檔位至于Key=C時，通過繼電器EMR11B05常開端與74LS194D的S1端相連接，此時JK觸發(fā)器7473N的輸出Q端決定S1的值，由圖可知J=K=VDD，即J=K=1，代入JK觸發(fā)器的特性方程，可知此時S1=0，S0=1，74LS194D實現(xiàn)了右移功能。

圖3控制電路

3）右移功能分析：當(dāng)LED燈右移至最右邊時，執(zhí)拍者需要將乒乓球（LED燈）左移，否則就會被扣分。測試操作者需要按下控制開關(guān)S2，使得LED燈反轉(zhuǎn)移位。此時開關(guān)S2被按下，給芯片7432N或門輸入低電平，使得7432N輸出下降沿的時鐘脈沖至7474N的時鐘控制端，此時當(dāng)JK觸發(fā)器的輸入端J=K=1時，觸發(fā)器的Q=1，使得移位寄存器的S1=1，S0=0，即右移控制有效，使得LED燈的運動方向向右移，實現(xiàn)了球的反轉(zhuǎn)［7～8］。

同理，另一控制者即左端控制也是同樣的工作原理，當(dāng)LED1=1時，需要按下開關(guān)S1產(chǎn)生一個下降沿脈沖使LED流動方向反轉(zhuǎn)。通過此電路可以實現(xiàn)在指定LED亮的時候來控制并且實現(xiàn)球臺燈的左右移位即實現(xiàn)乒乓球的運動，而其它時候則按鍵沒有反應(yīng)［9～10］。

4.3 數(shù)碼管電路和計分電路

圖4計分電路

數(shù)碼管選用2個Multisim仿真軟件中的內(nèi)部自帶譯碼的七段數(shù)碼顯示器DCD_HEX來顯示選手的得分，與計數(shù)器芯片74160N的電路連接如圖4所示。在兩位數(shù)碼管中U22為得分的十位，U21為得分的個位，兩位數(shù)碼顯示的最大數(shù)上限限定為10。

4.4 報警電路

當(dāng)比賽任一方得分為10分時，表示這一局比賽結(jié)束，此時報警電路報警，LEDA燈閃爍，蜂鳴器報警，如圖5所示。報警電路是由74LS160和邏輯門電路及蜂鳴器和led組成，74LS160通過與非門連接成3進制計數(shù)器，以此來實現(xiàn)3s的報警［11］。

圖5報警電路

4.5 總電路仿真

電路正確繪制以后，就可以進行電路仿真，仿真的步驟如下：

1）開關(guān)S3往上撥動，即打到高電平為“1”的位置，再撥動到下面低電平“0”的位置，使得JK觸發(fā)器接入下降沿的時鐘脈沖。若此時由左邊的甲先發(fā)球，球?qū)饾u朝乙方向右移動。

2）當(dāng)點亮的球移動到乙方的最后一位時，此時乙方必須按下控制開關(guān)使得球?qū)⒎捶较蛞苿樱粜袆舆t緩或超前，表示球未擊中或違規(guī)，則甲得一分。

3）同理，當(dāng)球由右到左運動時，點亮的球移動到甲方的最后一位時，甲方必須及時按下甲的控制開關(guān)使得球向反向移動，若行動遲緩或超前，表示未擊中或違規(guī)，則乙得一分。

4）當(dāng)任意一方得分滿10分時，邏輯門電路會產(chǎn)生高電平使繼電器斷開，則球?qū)⑼Ｖ惯\動，同時也會給報警電路一個高電平，使其產(chǎn)生8s的警報聲。

仿真結(jié)果如圖6所示，此時左邊選手得分1分，右邊選手得分10分，報警電路報警，之后重新開始新的比賽。

圖6仿真結(jié)果

5 結(jié)語

乒乓游戲機的出現(xiàn)解決了人類的很大難題。因為該產(chǎn)品不受運動設(shè)施、空間、場地、環(huán)境等因素的影響，在家即可進行操作。操作的同時，讓操作者仿佛在真正地打乒乓球。而且該設(shè)計屬于一種益智類設(shè)計，讓人既可以鍛煉身體，也可以鍛煉智力。不僅可以實現(xiàn)人們對乒乓球的熱愛，又可以讓人們在玩耍的同時進行身體鍛煉和智力提高，具有一定的市場前景。

［1］張文.基于VHDL的乒乓游戲機設(shè)計［J］.高師理科學(xué)刊，2009.1：54-57. ZHANG Wen.Design of the ping-pong game based VH?DL.Journal of Science of Teachers'College and Universi?ty，2009.1：54-57.

［2］程建峰.基于Multisim的多功能8路搶答器的設(shè)計與仿真［J］.工業(yè)儀表與自動化裝置，2015（2）：31-34. CHENG Jianfeng.Design and simulation of multi-function eight-way responder based on Multisim［J］.Industrial In?strumentation&Automation，2015（2）：31-34.

［3］張愛英.基于Multisim的三極管放大電路仿真分析［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2013（2）：123-126. ZHANG Aiying.Simulation analysis of transistor amplifing circuit based on Multisim［J］.Modern Electronics Tech?nique，2013（2）：123-126.

［4］曹莉凌，劉雨青，楊琛.基于555定時器的濕度檢測電路的設(shè)計與Multisim仿真［J］.電子設(shè)計工程，2015（6）：159-162. CAO Liling，LIU Yuqing，YANG Chen.Design and Multi?sim simulation of a humidity detection circuit based on 555 timer［J］.Electronic Design Engineering，2015（6）：159-162.

［5］顏芳，宋焱翼，謝禮瑩.基于Multisim的電路原理課程仿真［J］.實驗設(shè)計實驗技術(shù)與管理，2013（5）：59-62. YAN Fang，SONG Yanyi，XIE Liying.Design of simula?tion experiments in Circuit Principle course based on Mul?tisim［J］.Experimental Technology and Management.2013（5）：59-62.

［6］杜宇上，肖化.基于Multisim的混沌電路仿真實驗［J］.實驗室研究與探索，2013（1）：42-45. DU Yushang，XIAO Hua.Simuiation Experiment of Chaos Circuit Based on Multisim［J］.Research and Exploration in Laboratory，2013（1）：42-45.

［7］熊旭軍.基于Multisim的差分放大電路仿真分析［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2009（2）：14-15（20）. XIONG Xujun.Analysis of Differential Amplifier Circuit Simulation Based on Multisim［J］.Modern Electronics Technique，2009（2）：14-15（20）.

［8］王爾申，龐濤，李鵬.Multisim和Proteus仿真在數(shù)字電路課程教學(xué)中的應(yīng)用［J］.實驗技術(shù)與管理，2013，30（3）：78-81. WANG Ershen，PANG Tao，LI Peng.Application of multi?sim and proteus simulation in digital circuit teaching［J］. Experi-mental Technology and Management，2013，30（3）：78-81.

［9］楊蕊，王曉燕.基于Multisim虛擬仿真技術(shù)的電工電子實驗室建設(shè)［J］.實驗技術(shù)與管理，2015，32（10）：129-131. YANG Rui，WANG Xiaoyan.Construction of electrical and electronic laboratory based on multisim virtual simula?tion technology［J］.Experi-mental Technology and Man?agement，2015，32（10）：129-131.

［10］程秀英，侯衛(wèi)周.基于Multisim的高頻電子線路同步檢波器的設(shè)計與仿真分析［J］.實驗技術(shù)與管理，2015，32（7）：116-119. CHENG Xiuying，HOU Weizhou.Design and simulation analysis of synchronous detector in high frequency elec?tronic circuit by Multisim.Experi-mental Technology and Management，2015，32（7）：116-119.

［11］苗紅宇.Multisim在負(fù)反饋放大器性能測試中的應(yīng)用［J］.實驗室科學(xué)，2016（2）：67-69. MIAO Hongyu.Application of Multisim in performance test of negative feedback amplifier［J］.Laboratory Sci?ence，2016（2）：67-69.

Design and Simulation of Ping-pong Game Circuit Based on Multisim

ZHAO Qiaoni
（Hunan Railway Professional Technology College，Zhuzhou412001）

The ping-pong game of electronic products can solve the traditional problem of environmental and site constraints. Traditional table tennis and electronic products is together formed to a puzzle fitness ping-pong game.An electronic game table ten?nis tournament is designed by Multisim simulation software.Keystroke is simulated into ion racket.Light-emitting diode is simulat?ed into ping-pong table.LEDs are sequentially turned on behalf of table tennis in motion.LEDs are next to the tables represent ball is next to the table.Press the button on behalf of timely hitting，hit the ball to score，otherwise lose score.The results show that the simulation circuit will be combined good table tennis with video games.The results show that the simulation circuit not only can solve the problem of traditional table tennis but also reach people to exercise and improve intelligence purposes.

Multisim soft，ping-pong，game，consoles，simulation，campaign

TP319

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.07.043

2017年1月13日，

2017年2月24日

湖南省教育廳科學(xué)研究項目課題：基于嵌入式系統(tǒng)的機車風(fēng)源凈化裝置控制電路的研究（編號：17C1043）；湖南省職業(yè)院校教育教學(xué)改革研究項目（編號：ZJGB2016012）資助。

趙巧妮，女，碩士研究生，講師，研究方向：電子技術(shù)、智能控制、電氣控制技術(shù)。