基于Multisim的乒乓球游戏机电路的设计∗

赵巧妮

（湖南铁道职业技术学院株洲412001）

基于Multisim的乒乓球游戏机电路的设计∗

赵巧妮

（湖南铁道职业技术学院株洲412001）

乒乓游戏机电子产品解决了传统的乒乓球受场地、环境的限制，它将传统的乒乓球运动与电子产品结合在一起，形成了益智健身乒乓游戏机。它是基于Multisim仿真软件设计了的一款电子乒乓球比赛游戏机，使用按键模拟球拍，发光二极管模拟乒乓球台，发光二极管依次点亮代表乒乓球在运动，灯亮至最旁边代表球运动至球台最旁边，及时按下按键代表击球，击中球得分，否则失分。结果证明，该仿真电路即解决了传统乒乓球运动的难题，又可达到让人锻炼身体和提高智力的目的。

Multisim软件；乒乓球；比赛；游戏机；仿真；运动

Class NumberTP319

1 引言

乒乓球是我国的国球，受到全国男女老少的喜爱。传统的乒乓球受到环境、地域、天气等的限制，不能满足人们随时娱乐健身的要求。在电子游戏快速发展的时代，拟将传统的乒乓球和电子游戏结合在一起，设计一款益智类乒乓游戏机，既可克服传统乒乓球的弊端，又可达到娱乐的目的。用Mul⁃tisim仿真软件将乒乓球与电子游戏结合在一起设计一款益智类游戏，通过使用按键模拟球拍，发光二极管模拟乒乓球台，进行乒乓球游戏的操作。

2 功能描述

1）用8个红色发光二极管表示球的运动轨迹；

2）用两个按钮表示甲乙两个球员的球拍；

3）一方发球后，球以固定速度向另一方运动（发光二极管依次点亮），当球达到最后一个发光二极管时，对方击球（按下按钮）球将向相反方向运动，在其他时候击球视为犯规，给对方加1分；都犯规，各自加1分；

4）甲、乙各有一数码管计分；

5）裁判有一个按钮，是系统初始化，每次得分后，按下一次；

6）使用乒乓游戏机的甲乙双方各在不同的位置发球或击球［1］。

3 系统设计方案

1）球台电路：用8个红色发光二极管表示球的运动轨迹，采用双向移位寄存器74LS194D控制灯的流向；

2）控制电路：由双JK触发器7473N及逻辑门（74LS08D、74LS04D、74LS11D与门或者非门）电路组成，通过此电路控制球台电路的左右移位；

3）计分电路：由十进制计数器（74LS160N 2个），逻辑门（74LS08D、74LS04D），译码器，数码管（共阴数码管）组成；

4）报警电路：计数器74LS160N3、74LS00D、74LS11D，LED、1KHz的无源蜂鸣器；

5）时钟电路：用信号发生器产生频率为1KHz的时钟脉冲信号。

图1系统框图

图2球台电路

4 硬件电路设计

4.1 球台电路设计

图2所示为球台电路，可知球台电路图由8个红色发光二极管LED、2个四位双向移位寄存器74LS194D构成乒乓球的8位移位控制。在击球过程中乒乓球的运动轨迹由这8个红色发光二极管LED移位点亮显示［2～3］。

表1 双向移位寄存器74LS194D功能表

四位移位寄存器74LS194D的主要功能引脚说明如下：

·A、B、C、D：4位并行输入端；

·S1、S0：操作模式控制端；

·QA、QB、QCQD：4位输出端；

·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，其功能分别描述如下：

1）当S1=S0=1时为预置数状态，即无论原来的输入是何值，在时钟脉冲的上升沿到来时，将并行输入端ABCD的值分别置入输出端QA、QB、QCQD中。

2）当S1=0，S0=1时为右移工作状态。在时钟脉冲的上升沿到来时，移位寄存器的输出端的数向右移一位，即QB=QC、QC=QD、QD=QA，而QA=1（或者0），即QA端的输出则由加到R端的数来补充［4～5］。

3）当S1=1，S0=0时为左移工作状态。其工作状态正好与右移相反；而QD端的输出由加到L端的数来补充［6］。

4）当S1=S0=0时为保持工作状态。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。

4.2 控制电路

球台控制电路如图3所示，主要由下降沿触发的双JK触发器7473N及相关逻辑门构成。电路分析如下。

1）开关S3的档位至于Key=D时，通过继电器常闭端EMR11B05与74LS194D的S0端相连接，此时S1=S0=1，74LS194D实现了并行输入功能。

2）开关S3的档位至于Key=C时，通过继电器EMR11B05常开端与74LS194D的S1端相连接，此时JK触发器7473N的输出Q端决定S1的值，由图可知J=K=VDD，即J=K=1，代入JK触发器的特性方程，可知此时S1=0，S0=1，74LS194D实现了右移功能。

图3控制电路

3）右移功能分析：当LED灯右移至最右边时，执拍者需要将乒乓球（LED灯）左移，否则就会被扣分。测试操作者需要按下控制开关S2，使得LED灯反转移位。此时开关S2被按下，给芯片7432N或门输入低电平，使得7432N输出下降沿的时钟脉冲至7474N的时钟控制端，此时当JK触发器的输入端J=K=1时，触发器的Q=1，使得移位寄存器的S1=1，S0=0，即右移控制有效，使得LED灯的运动方向向右移，实现了球的反转［7～8］。

同理，另一控制者即左端控制也是同样的工作原理，当LED1=1时，需要按下开关S1产生一个下降沿脉冲使LED流动方向反转。通过此电路可以实现在指定LED亮的时候来控制并且实现球台灯的左右移位即实现乒乓球的运动，而其它时候则按键没有反应［9～10］。

4.3 数码管电路和计分电路

图4计分电路

数码管选用2个Multisim仿真软件中的内部自带译码的七段数码显示器DCD_HEX来显示选手的得分，与计数器芯片74160N的电路连接如图4所示。在两位数码管中U22为得分的十位，U21为得分的个位，两位数码显示的最大数上限限定为10。

4.4 报警电路

当比赛任一方得分为10分时，表示这一局比赛结束，此时报警电路报警，LEDA灯闪烁，蜂鸣器报警，如图5所示。报警电路是由74LS160和逻辑门电路及蜂鸣器和led组成，74LS160通过与非门连接成3进制计数器，以此来实现3s的报警［11］。

图5报警电路

4.5 总电路仿真

电路正确绘制以后，就可以进行电路仿真，仿真的步骤如下：

1）开关S3往上拨动，即打到高电平为“1”的位置，再拨动到下面低电平“0”的位置，使得JK触发器接入下降沿的时钟脉冲。若此时由左边的甲先发球，球将会逐渐朝乙方向右移动。

2）当点亮的球移动到乙方的最后一位时，此时乙方必须按下控制开关使得球将反方向移动，若行动迟缓或超前，表示球未击中或违规，则甲得一分。

3）同理，当球由右到左运动时，点亮的球移动到甲方的最后一位时，甲方必须及时按下甲的控制开关使得球向反向移动，若行动迟缓或超前，表示未击中或违规，则乙得一分。

4）当任意一方得分满10分时，逻辑门电路会产生高电平使继电器断开，则球将停止运动，同时也会给报警电路一个高电平，使其产生8s的警报声。

仿真结果如图6所示，此时左边选手得分1分，右边选手得分10分，报警电路报警，之后重新开始新的比赛。

图6仿真结果

5 结语

乒乓游戏机的出现解决了人类的很大难题。因为该产品不受运动设施、空间、场地、环境等因素的影响，在家即可进行操作。操作的同时，让操作者仿佛在真正地打乒乓球。而且该设计属于一种益智类设计，让人既可以锻炼身体，也可以锻炼智力。不仅可以实现人们对乒乓球的热爱，又可以让人们在玩耍的同时进行身体锻炼和智力提高，具有一定的市场前景。

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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

湖南省教育厅科学研究项目课题：基于嵌入式系统的机车风源净化装置控制电路的研究（编号：17C1043）；湖南省职业院校教育教学改革研究项目（编号：ZJGB2016012）资助。

赵巧妮，女，硕士研究生，讲师，研究方向：电子技术、智能控制、电气控制技术。