基于Multisim的乒乓球游戲機電路的設計?

趙巧妮

（湖南鐵道職業技術學院株洲412001）

基于Multisim的乒乓球游戲機電路的設計?

趙巧妮

（湖南鐵道職業技術學院株洲412001）

乒乓游戲機電子產品解決了傳統的乒乓球受場地、環境的限制，它將傳統的乒乓球運動與電子產品結合在一起，形成了益智健身乒乓游戲機。它是基于Multisim仿真軟件設計了的一款電子乒乓球比賽游戲機，使用按鍵模擬球拍，發光二極管模擬乒乓球臺，發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。結果證明，該仿真電路即解決了傳統乒乓球運動的難題，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。傳統的乒乓球受到環境、地域、天氣等的限制，不能滿足人們隨時娛樂健身的要求。在電子游戲快速發展的時代，擬將傳統的乒乓球和電子游戲結合在一起，設計一款益智類乒乓游戲機，既可克服傳統乒乓球的弊端，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合在一起設計一款益智類游戲，通過使用按鍵模擬球拍，發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）一方發球后，球以固定速度向另一方運動（發光二極管依次點亮），當球達到最后一個發光二極管時，對方擊球（按下按鈕）球將向相反方向運動，在其他時候擊球視為犯規，給對方加1分；都犯規，各自加1分；

4）甲、乙各有一數碼管計分；

5）裁判有一個按鈕，是系統初始化，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球或擊球［1］。

3 系統設計方案

1）球臺電路：用8個紅色發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：由十進制計數器（74LS160N 2個），邏輯門（74LS08D、74LS04D），譯碼器，數碼管（共陰數碼管）組成；

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

5）時鐘電路：用信號發生器產生頻率為1KHz的時鐘脈沖信號。

圖1系統框圖

圖2球臺電路

4 硬件電路設計

4.1 球臺電路設計

圖2所示為球臺電路，可知球臺電路圖由8個紅色發光二極管LED、2個四位雙向移位寄存器74LS194D構成乒乓球的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S1=S0=1時為預置數狀態，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S1=0，S0=1時為右移工作狀態。在時鐘脈沖的上升沿到來時，移位寄存器的輸出端的數向右移一位，即QB=QC、QC=QD、QD=QA，而QA=1（或者0），即QA端的輸出則由加到R端的數來補充［4～5］。

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

4）當S1=S0=0時為保持工作狀態。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，主要由下降沿觸發的雙JK觸發器7473N及相關邏輯門構成。電路分析如下。

1）開關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實現了并行輸入功能。

2）開關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觸發器的特性方程，可知此時S1=0，S0=1，74LS194D實現了右移功能。

圖3控制電路

3）右移功能分析：當LED燈右移至最右邊時，執拍者需要將乒乓球（LED燈）左移，否則就會被扣分。測試操作者需要按下控制開關S2，使得LED燈反轉移位。此時開關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JK觸發器的輸入端J=K=1時，觸發器的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，實現了球的反轉［7～8］。

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

4.3 數碼管電路和計分電路

圖4計分電路

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

4.4 報警電路

當比賽任一方得分為10分時，表示這一局比賽結束，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進制計數器，以此來實現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觸發器接入下降沿的時鐘脈沖。若此時由左邊的甲先發球，球將會逐漸朝乙方向右移動。

2）當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使得球將反方向移動，若行動遲緩或超前，表示球未擊中或違規，則甲得一分。

3）同理，當球由右到左運動時，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使得球向反向移動，若行動遲緩或超前，表示未擊中或違規，則乙得一分。

4）當任意一方得分滿10分時，邏輯門電路會產生高電平使繼電器斷開，則球將停止運動，同時也會給報警電路一個高電平，使其產生8s的警報聲。

仿真結果如圖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仿真結果

5 結語

乒乓游戲機的出現解決了人類的很大難題。因為該產品不受運動設施、空間、場地、環境等因素的影響，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。而且該設計屬于一種益智類設計，讓人既可以鍛煉身體，也可以鍛煉智力。不僅可以實現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。

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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

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

趙巧妮，女，碩士研究生，講師，研究方向：電子技術、智能控制、電氣控制技術。