数电课程设计老虎机

实验十七 游戏机

一．实验目的：

有三位数码管显示0—7之间的数码，按下按钮，三个数码管循环显示，抬起按钮，显示停止，当显示内容相同时，为赢 要求：

1．三个数码管循环显示的速度不同 2．停止时的延迟时间也要不同

3．如果赢了游戏时，要有数码管或LED的花样显示或声音提示。

二、总体设计方案：

1、本设计要用到的器材：5V电源、按钮开关、3个555、3个74HC161计数器、3个7404非门、2个7485比较器、1个与门、1个喇叭、3个数码管、电容、电阻。

2、实验思路：根据实验要求，我们需要设计一个RC延时电路，555组成的多谐振荡器，八进制计数器，比较电路以及提示（显示）电路，通过控制时钟脉冲来控制整个电路的工作情况。

三、各单元电路设计实现：

1、RC延时电路：

RC延时电路是最简单的延时电路，其延时计算公式为：

延时时间t= — R*C*ln((E-V)/E

其中: “—”是负号； 电阻R和电容C是串联，R的单位为欧姆，C的单位为F； E为串联电阻和电容之间的电压，V为电容间要达到的电压，ln是自然对数。我们可以通过调整电阻或电容的大小来调整延时的长短，二极管的作用是防止电流回流。这里设计延迟大概1S,2S,3S的电路。

电路图如下：

2、555多谐振荡器电路：

通过调整R4和R5可以得到三种不同频率的多谐振荡器，从而得到不同的时钟脉冲。如下图所示，电路只要一加上电压，振荡器便起振。刚通电时，由于C上的电压不能突变，即1脚电位的起始电平为低电位，使555置位，7脚呈高电平。C通过R1、D1对其充电。压充到阈值电平2/3 V1时，555复位，7脚转呈低电平，此时C通过Dl、R2、555内部的放电管放电。

f=1.43/(R5+2R4)C4

电路图如下：

利用这个电路分别设计1HZ,10HZ,2HZ的电路，再分别接入74161计数器中进行计数。 3、八进制计数器:

利用同步十进制计数器74HC161接成同步八进制计数器。 列出八进制计数器的真值表：

该电路要求在8时进位，即在输出为8时给输入端置0，通过反馈清零法来解决。 电路图如下：

4、比较电路：

要使当三个数相同时有声音提示，就是说每个计数器的同等位相同时，输出一个高电平，输入给喇叭，让喇叭响一次。分别将2个计数器的输出端连接到一个比较器里每位进行分别

比较，那么总共需要2个比较器就可以完成比较。

电路如下

5、提示电路

将2个比较器的相同输出端连接到与门，再将与门与喇叭的一端，喇叭另一端接地，若2比较器相同输出端都为高电平，即数码管显示的数字相同，那么喇叭响。 电路如下：

四、调试及仿真结果：

游戏机的总体电路图如下：

VCC

GND

R102

GND

D1DIODE

R5 C11mF

R11k

10k8

U4 U1Q DC 5 0.01uFGND

R

VCC

4

3 7

3 4 5 6 7 10 2 9 1

D0 D1 D2 D3 ENP ENT CLK LOAD MR 74HC161

Q0 Q1 Q2 Q3 RCO

14 13 12 11 15

R42k

C5CV

U7 U3:A10 12 13 15 9 11 14 1 2 3 4 A0 A1 A2 A3 B0 B1 B2 B3 A<B A=B A>B 74HC85

2

TR

TH

6

C41mF

1

555

2 7404

1

QA<B QA=B QA>B

7 6 5

D2DIODE

C21mF

R22k

R710k8

U9 U2Q DC 5 0.01uF 2GND

U53 4 5 6 7 10 2 9 1 D0 D1 D2 D3 ENP ENT CLK LOAD MR 74HC161 Q0 Q1 Q2 Q3 RCO 14 13 12 11 15 AND

R

VCC

4

3 7

R62k

C7CV

TR

TH

6

U8 U3:B4 7404 3 10 12 13 15 9 11 14 1 2 3 4 A0 A1 A2 A3 B0 B1 B2 B3 A<B A=B A>B 74HC85

C6100uF

1

555

QA<B QA=B QA>B

7 6 5

D3DIODE

R9 C31mF

R33k

10k8

U6 U3Q DC 5 0.01uF 2GND

R

VCC

4

3 7

3 4 5 6 7 10 2 9 1

D0 D1 D2 D3 ENP ENT CLK LOAD MR 74HC161

Q0 Q1 Q2 Q3 RCO

14 13 12 11 15

R82k

C9CV

TR

TH

6

U3:C555 6 7404 5

C850uF GND

1

LS1

SPEAKE

VCC

GND

R102

GND

D1DIODE

R5 C11F

R11

10k

U48

U1Q DC 3 7

R

VCC

4

3 4 5 6 7 10 2 9 1

D0 D1 D2 D3 ENP ENT CLK LOAD MR 74HC161

Q0 Q1 Q2 Q3 RCO

14 13 12 11 15

R42k

C55 0.01uF CV

U7 U3:A10 12 13 15 9 11 14 1 2 3 4 A0 A1 A2 A3 B0 B1 B2 B3 A<B A=B A>B 74HC85

2

GND

TR

TH

6

C41mF

1

555

2 7404

1

QA<B QA=B QA>B

7 6 5

D2DIODE

C21F

R22

R710k

U98

U2Q DC 3 7 3 4 5 6 7 10 2 9 1

U5D0 D1 D2 D3 ENP ENT CLK LOAD MR 74HC161 Q0 Q1 Q2 Q3 RCO 14 13 12 11 15 AND

R

R62k

C75 0.01uF 2 CV

GND

VCC

4

TR

TH

6

U8 U3:B4 7404 3 10 12 13 15 9 11 14 1 2 3 4 A0 A1 A2 A3 B0 B1 B2 B3 A<B A=B A>B 74HC85

C6100uF

1

555

QA<B QA=B QA>B

7 6 5

D3DIODE

R9 C31F

R33

10k

U68

U3Q DC 3 7

R

VCC

4

3 4 5 6 7 10 2 9 1

D0 D1 D2 D3 ENP ENT CLK LOAD MR 74HC161

Q0 Q1 Q2 Q3 RCO

14 13 12 11 15

R82k

C95 0.01uF 2 CV

GND

TR

TH

6

U3:C555

6 7404 5

C850uF GND

1

LS1

SPEAKER

电路的功能：

本电路通过控制时钟脉冲来控制整个电路的工作。从左到右看，每个RC延时电路的电阻R的值不同，根据延时公式可知，其延时就不同；每个555多谐振荡器的电阻不同，使得时钟脉冲就不同；在整个电路后方通过比较器，使得当三个计时器产生相同的数字时，在与门处产生一个高电平，给喇叭一个高电平，使喇叭发音。

五、实验遇到问题：

设计时有多种方案可以选择，也有多种元件可以选择，例如计数器可以选择390也可以选择161，但感觉还是161比较方便，对计数器每相同位进行比较时可以选择逻辑电路还比较，但还是选择比较器比较简单。

仿真时proteus软件中按钮开关没有接通，当仿真时按钮开关两端都是高电平，所以需要加一个下拉电阻，具体原因也不清楚，但显示电路中就不需要下拉电阻，因为开关没接通另一端肯定是低电平的。

电路运行时当数码管转到的数字相同时喇叭会响一次，这点做的不够好，还有当断开电源时，计数器也迅速归零，所以可能这时比较难有较长时间的响声。

Proteus仿真时即使断开555的电源端也会有信号输出，这个应该是由于软件默认芯片都内置电源的原因，所以这点仿真时需注意。

设计时555的输出频率不能太大，否则数码管不会显示。一开始设计成1KHZ，数码管根本不会显示。

六、总结

1、这次设计性实验就要运用到计数器的使用及规定进制计数器的设计（如八进制计数器）；RC延时电路的设计；555多谐振荡器的运用及比较器，数码管的应用；根据不同的要求设计不同的组合逻辑电路。

2、本设计方案不是唯一的，所有块都可以替换为其他块，例如：

（1）RC延时电路完全可以用555延时电路来代替，只是555延时电路相对要复杂一些。

（2）信号发生器也可以直接接一个时钟发生器，调整频率就可以得到不同的时钟脉冲，方便简洁。

（3）八进制计数器也可以用其他的芯片来实现，如74LS191、74LS160、74LS290等等，也可以直接用触发器来设计同步或异步八进制计数器。

（4）提示器可以改为电铃或轰鸣器，也可以都使上。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/q62q.html