乒乓球游戏机设计示意图
一.目的
6?1熟悉并使用移位寄存器芯片74 LS 194。
6?1巩固了已经掌握的数字电路设计和实验技能。
二、实验描述
1?6?1 74 LS 194的功能
74 LS 194是一个四位双向移位寄存器，具有左移、右移、保持、串并输入等多种功能。其引脚排列如附录所示。表1是它的菜单。
功能描述:
(1)?6?1当S 1 = S 0 =1时，无论每个输入端的原始状态是什么，当下一个时钟脉冲到来时，其输出都是预先输入到并行输入端的abcd，称为传输数。
(2)?6?1当S 1 =0，S 0 =1时，其工作方式称为右移。此时，每一个时钟脉冲到来，输出端的数字就右移一位，Q A端的输出由加到R端的数字来补充。
(3)?6?1当S 1 =1，S 0 =0时，其工作模式称为左移，与右移刚好相反；Q D端的输出由加到L端的数补充。
(4)?6?1当S 1 = S 0 =0时，无论有无CP脉冲，输出都保持不变，称为保持模式。当CP=0时，也是保持模式。
当74LS194接入图3-22-1所示的实验电路时，可以测试其各项功能。
2?6?1乒乓球游戏机
以八个LED为球，一次点亮一个LED，作为乒乓球的当前位置。
两个防抖开关作为球拍，其中一个由球员(A和B)控制，按下开关表示击球。甲乙双方各有一个记分牌，一个数码管显示双方的分数。赢一球积一分，15分一局。
球的运行速度可以在比赛前预先设定。
玩游戏的过程和评分规则可以用图3-22-2所示的流程图来描述。
三、预习要求
根据图3-22-2所示的流程图，用移位寄存器、J-K触发器、与非门、或非门、防抖开关、计数器等设计一台乒乓球游戏机。希望将线路设计成两个独立的部分:A (B)发球，球移动到B (A)的部分和A (B)加分的部分，方便安装和独立调节。
建议如下:
1?6?1利用两个74LS194双向移位寄存器的八路输出分别控制一个LED，利用高电平的左移和右移依次点亮八个LED中的一个来指示乒乓球的运动。
2?6?1用一个J-K触发器和两个门电路给出三种状态:01、10和11，用来控制移位寄存器的S 1和S 0端，实现左移、右移和进给(serve)。
3?6?1 J-K触发器的J、K端由防抖开关(球拍)和移位寄存器最左位和最右位的电平控制:当防抖开关未被按下时，J-K触发器的状态保持不变。当按下防抖开关，移位寄存器最左边或最右边的位达到高电平(发光二极管亮，表示乒乓球到达最后一个位置)时，J或K端应该等于1，这样可以扳动J-K触发器，改变移位寄存器的移位方向。
4?6?请在服务1之前将移位寄存器清零。
5?6?1计分电路仍然由防抖开关和移位寄存器的输出控制:当按下一个防抖开关时，移位寄存器最左边或最右边的位没有达到高电平，应该给对方加分。奖金结束后，移位寄存器应该停止移动(关闭时钟信号)。建议使用二进制计数器74LS93进行计数。其功能和引脚连接见附录。
在设计计分电路时，还要考虑:①发球时，计数器不应动作。②应该清除。③如何利用计分信号断开时钟信号，保持移位寄存器处于保持状态。
6?6?1在实验箱上有时钟信号和防抖开关，不需要单独设计。
看完以上建议，仔细考虑后，如果还是设计不出来，请参考本实验最后附的参考电路和逻辑关系。
四、实验要求
1?6?1检查给定双向移位寄存器74LS194的各种功能。
2?6?1搭接乒乓球游戏机的发球和变速控制部分，检查是否可以实现:①清场后，A (B)发球，球移动到B (A)。②当B (A)未能击球时，球继续按原方向运动。(3)击球后，如果球已经到达最终位置，会改变原来的位移方向；如果球没有到达最终位置，位移方向将保持不变。
3?6?满足1以上要求后，甲、乙双方的评分回路可以重叠。
4?6?1将两部分结合起来。
如果时间来不及，可以不做第3部分和第4部分。下面提供的芯片引脚排列图见附录。
动词 （verb的缩写）提供芯片
74LS00 2片74LS27 1片
74LS04 1片74LS73 1片
74LS10 1片74LS74 1片。
74LS20 1片74LS93 2片
74LS194 2片
不及物动词报告要求摘要
画出逻辑原理图，简要说明设计思路，写出实验后的体会。
七。参考电路
图3-22-3所示为控制发光LED(即“乒乓球”)位移的电路，CLR为移位寄存器的清零。K L (L)和K R (L)是防抖开关，作为双方的“球拍”，正常状态为低。球拍是用来击球或发球的。上菜前，移位寄存器要清零。
正是J-K触发器的J和K端控制着球的移动方向。根据图3-22-2所示流程图的要求，J和K的逻辑表达式为
信号Y用于控制服务。球在运行时，S 1 =1，S 0 =0或S 1 =0，S 0 =1，则Y = 1；发球时，S 1 =1，S 0 =1，移位寄存器已经清零，处于发送数据状态。此时Y=0，Y的逻辑公式为
计分电路采用74LS93计数器计分。输入到左侧计数器的计数信号为
公式中手柄结合了S 0 Y，可以防止发球时和击球后的错分。右边的计数电路也类似。流程图还要求:球没打中，给对手加分，球停止运动。这相当于移位寄存器被保持。图3-22-3中的电路只能给出三种状态:左移、右移和数据进给，所以可以通过断开时钟脉冲来保持移位寄存器，使球停止运行。图3-22-4是一个可行的方案。