乒乓球游戏控制电路的设计与仿真

高美蓉

(宝鸡文理学院 物理与光电技术学院，陕西 宝鸡 721016)

0 引 言

在信息社会高速发展的今天，数字电路芯片已经实现高度集成化，并逐步渗透到各个领域，智能化的娱乐产品也走进了我们的生活[1-2]。本设计采用数字芯片，以multisim 12.0软件为平台进行仿真，完成对乒乓球游戏电路的设计。

1 系统总体设计

该设计为甲、乙双方参赛，裁判参与的乒乓球比赛游戏电路。裁判有一个按钮，是系统初始化，比赛开始。用八只排成长串的指示灯(发光二极管)用来代表球的轨迹，其中一个亮的指示灯用来显示球的当前位置，用一个时钟脉冲源使点亮的指示灯依次从左向右，或从右向左移动，其速度应能调节，一般为1 s转换一次。用两个按钮开关作为球拍，表示甲乙两人参加比赛。当球到达甲方时，应立即按动开关(电路应只能响应按钮信号的前沿，若重复按动或持续按下去，将不起作用)，表示回球，球到达乙时，同样也应立即按动乙方的开关，将球回击到对方去。若击中，则乒乓球向相反方向移动，若未击中，则对方得一分。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；设置自动计分电路，甲、乙各有一个2位数码管计分；一方先到达11分，指示灯亮，电路自动响铃3 s，该局比赛结束。总体设计流程图如图1所示。

图1 系统总体设计流程图

2 电路设计

根据上述任务分析

与功能描述，确定设计方案[3-5]，整个电路由控制电路系统、球台驱动电路系统、乒乓球的运动电路系统、记分显示响铃电路系统组成，如图2所示。

图2 乒乓球游戏控制系统的结构框图

2.1 控制电路系统

由3个按键分别代表裁判员、甲方和乙方，如图3所示，S4代表裁判员所持按钮，S5代表甲方所持按钮，S6代表乙方所持按钮。S4接D触发器的直接置位端PR(低电平有效),当开关S4接高电平时裁判表示比赛开始并且由甲方或者乙方玩家先发球。开关S5接高电平表示甲方发球，开关S6接高电平表示乙方发球。

图3 球台驱动和控制电路系统

2.2 球台驱动电路系统

该电路由2片D触发器、与门、与非门和或门组成，如图3所示。D触发器为上升沿触发[6]，2片D触发器的时钟信号与或门的输出相连。当开关S4接高电平时裁判表示比赛开始，考虑甲先发球的情况:S5=1，QA=1，D1=0，S6=0， D1=0，D2=1，即S1=0，S0=1，CLK有上升沿，球右移。当球到达最右边时，QD=1，这时将开关S6接高电平，S1=0，S0=0，CLK有上升沿，球左移。当球在运动时，还没有到达最右边或者最左边，此时若有一方击球则犯规，另一方得分；当球最右边时(未熄灭之前)时，若S6未按下击球键，则甲方得分。乙先发球的情况与甲相同，此处不作过多讨论。

2.3 乒乓球运动电路系统

8个二极管代表乒乓球的位置，两片4位双向移位寄存器74LS194级连，连接方式如图4所示：两片74LS194的S0和S1并联，S0和S1分别接两个D触发器Q端。时钟信号CLK相并联接1秒时钟信号。CLR清零端接高电平，表示无效。S0=0，S1=0，保持；S0=0，S1=1，左移；S0=1，S1=0，右移；S0=1，S1=1，并行输入;SR为右移串引输入端；SL为左移串引输入端.第一个片子的QD与第二个片子的SR(右移)相连接,第二个片子的QA与第一片的SL(左移)相连接, 将两片4位双向移位寄存器74LS194级连，构成一个8位双向移位寄存器，驱动8个LED灯表示乒乓球的移动。

2.4 记分显示响铃电路系统

该系统由2片十进制计数器74LS160、2片LED数码管和门电路构成，如图5所示。时钟信号CLK相并联接1秒时钟信号。由2片十进制计数器74LS160级联构成11进制计数器，甲、乙各有一个2位数码管计分。74LS160的使能端ENP和ENT接在一起，高电平有效[7-8]，当球到达甲方时：QA=1时，如果甲方接球S5=1，则EPN=EPT=0，乙方不得分；QA=1时，如果甲方接球提前或推后即S5=0，则EPN=EPT=1，乙方得分。当球到达乙方时类似。甲乙双方任意一方得分累计到达11分，指示灯亮，电路自动响铃3 s，该局比赛结束，得分清零。

图5 记分显示响铃电路系统

3 总体电路的设计与仿真

各单元电路的设计与仿真完成后,最后连接各单元电路,实现整个乒乓球游戏电路系统。将控制信号通过驱动电路送入到移位寄存器74ls194中，如图6所示,驱动LED灯，表示乒乓球当前的位置。两个记分显示响铃电路是由两片74ls160构成的十一进制计数器，分别记录甲方的得分和乙方的得分。甲方失球或犯规，乙方得分，同理乙方失球或犯规，甲方得分。如图7所示，甲乙双方任意一方得分累计到达11分，该方电路自动响铃3 s，指示灯亮，双方得分清零，该局比赛结束。达到了乒乓球游戏电路的设计要求。

图6 乒乓球移动仿真图

图7 对打比分图

4 结束语

本文设计的乒乓球游戏控制电路，以数字芯片为核心，通过按键的控制，模拟了乒乓球游戏过程中的裁判控制、选手击球；led灯模拟了球的左右移动过程和提醒功能；数码管显示了比分情况。游戏过程可直观显示，结构简单，原理清晰，易于实现。在后期还要不断地对电路进行优化，增加发球显示和发球记录信号，只有通过不断完善，才能完成一个最佳最实用的电路[9]。