燕山大学EDA课程设计游戏机.docx

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燕山大学EDA课程设计游戏机

一、设计题目及要求

1、设计题目：

游戏机。

2、题目要求：

用三位数码管显示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。

*具体附加要求：

（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、设计过程及内容（包括总体设计的文字描述，即由哪几个部分构成的，各个部分的功能及如何实现方法；主要模块比较详尽的文字描述，并配以必要的图片加以说明，但图片数量无需太多）

1、总体设计思路及描述：

总体的LED课程设计，我设计应用了7个模块：

分频模块、延时模块、计数模块、扫描模块、比较模块、蜂鸣模块、发光二极管显示模块。

总体说明如下：

（1）总输入脉冲和总开关：

对于总体的输入端，我设计了总脉冲输入和两个开关（开关控制高低电平，高电平表结束，低电平表开始）：

start（即延时模块开关）和start1（总脉冲开关及计数模块清零开关）。

（2）计数模块：

因为题目要求三个数码管要分别显示0~7之间的数码，因此我选用了T触发器和74160来组成三个计数模块，分别实现三个数码管0~7的循环显示功能及给出停止信号后的计数器对当前数据的保持功能。

（3）分频模块：

因为电路要实现三个数码管不同的循环显示速度，因此，我选用74161来构成两个分频模块：

fengpin1（由两个74161计数器组成）和fenpin2（由一个74161计数器组成），从而将试验箱的总脉冲频率变为所需要的三个不同频率输出，并分别当做三个计数模块的不同脉冲工作信号，使三个计数模块中计数器的工作周期不同，最终实现三个数码管不同的循环显示速度。

（4）延时模块：

由于题目要求三个数码管显示的停止延时时间不同，所以我选用了D触发器和74161计数器来组成延时模块。

通过D触发器（D端接高电平）的置一和清零功能以及74161的计数功能，来实现对延时开关信号的延时功能。

由于三组延时模块中74161组成的E计数器的计数值不同，从而实现了对相同延时开关信号的不同时间长度的延时，再分别接向三个计数模块，来实现停止延时时间的不同。

（5）扫描模块：

因为最终的显示结果要在三个数码管上显示，而实验箱只提供了三个地址端接口和八个公共数据输入端，所以需要用74160计数器实现对三个地址端的循环输入；用74153双四选一选择相应的数据输出，经7448译码输入到八个公共数据输入端（dp端未接入）。

（6）比较模块：

由于需要对三个显示数据进行比较，输出结果输入到蜂鸣和发光二极管显示模块中，以便对结果产生不同的判断显示，因此，选用两个7485数据比较器对三个数据结果两两比较。

（7）蜂鸣模块：

若最终三个数据显示结果相同则要有3秒的蜂鸣显示，所以选用三个74160构成549进制计数器，输出结果和比较模块输出结果结合相应门电路来产生相应的蜂鸣控制信号。

（8）发光二极管显示模块：

若最终三个数据显示结果不同，则要有发光二极管的花样显示，因此选用9个D触发器输入输出依次相接，比较模块输出结果和工作脉冲脉冲信号通过相应门电路连接成D触发器边沿触发工作信号，每个D触发器的输出Q端接触相应的发光二极管控制信号。

*总体设计电路图如下：

电路总图

*总电路仿真结果如下：

2、各个模块详细解析：

（1）分频模块：

分频模块主要由74161构成，74161为四位二进制计数器，按照同步置位方式连接使计数器按相应进制循环输出（fenpin1模块为两个74161串接形成256进制，fenpin2模块由一个74161计数器形成16进制，fenpin1256进制输出端接fenpin2的输入脉冲端）。

因为其输出端高地位输出频率不同，故选取三个不同的输出端，其分别被分频为总的工作时钟脉冲的1/256、1/1024、1/2048，并且分别输出到三个计数模块中作为其相应工作脉冲，由于三个计数模块中计数器的工作脉冲周期不同，从而实现三个数码管不同的循环显示速度。

*分频模块电路图如下（由于两个分频模块类似，故只列举fenpin1模块）：

*仿真图如下：

（2）延时模块：

延时模块主要由D触发器和74161构成，延时开关通过反相器与D触发器边沿脉冲输入端相连，74161组成的计数器的输出端经反相器，分别与D触发器的RD’端相连和Q输出端相与，如下图电路连接所示，当延时开关处于高电平时，延时模块的最终输出亦为高电平；当延时开关变为低电平后，经反相器，会向D触发器输入一个上升沿将其触发，由于D端接高电平，则Q端将被置为1，同时，由于Q与计数器的使能端相连，使得计数器开始工作，当计数器计数到所设定的值时，输出端经反相器输出低电平，一方面，低电平输入到D触发器和计数器的异步清零端，使得Q端被清为零，计数器使能端为低电平，停止计数工作；另一方面，也使得延时模块最终输出为低电平，达到了模块输出端对延时开关状态变化延时表示的目的，亦即起到延时的作用。

虽然三个延时模块有相同的延时工作脉冲，但由于三个延时模块中的计数器设计的计数值不同，所以三个模块的延时时间也就有所不同，也就实现了三个数码管计数停止延时时间的不同。

*延时模块电路图如下（由于三个延时模块相类似，故只列举yanshi3模块）：

*仿真图如下：

（3）计数模块：

计数模块由T触发器和74160构成，T触发器输出端经反相器与74160的脉冲输入端相连。

74160的QA、QB、QC端经与非门连接至同步清零端LD’，使得计数器实现0~7的循环计数功能。

开关start1连接74160的异步清零端，可以实现对74160的计数清零功能。

经分频模块输出的三个不同频率脉冲分别输入到三个计数模块中T触发器的边沿脉冲触发端，由于三个脉冲频率不同，使得三个计数器计数速率不同。

延时模块的输出端接T端。

当延时开关处于高电平时，延时功能为开启，延时模块输出高电平，相当于T端接1，T触发器为翻转功能，由于分频脉冲的作用，Q端实现不停的高低电平变换，74160不断获得包含上升沿的输入脉冲，从而正常计数工作，计数模块输出结果也为0~7的循环变化。

当延时开关变为低电平后，经三个延时模块不同时间的延时，延时输出端在一段时间后会变为低电平，相当于T端接0，T触发器变为保持功能，输出端Q保持为高电平或是低电平，从而74160的脉冲输入端也一直保持为高电平或是低电平，计数器停止计数，变为保持，从而实现延时一段时间后计数的停止，74160输出端保持为当前计数状态。

*计数模块电路图如下（由于三个计数模块相同，故只列举其一）：

*仿真图如下：

（4）扫描模块：

扫描模块由74160计数器、74153双四选一数据选择器及7448七段显示译码器构成。

由于最终只需要用到三个数码管，所以74160的QB端经反相器连接LD’端，输出为000~010循环显示，即为三个地址端输出，其中输出的低两位亦为74153的地址端。

三个计数模块的输出结果相应连接到两个74153的信号输入端，最终经74153对相应地址选择输出相应的输入信号，进而连接7448输入端，译为七段数码管显示所需要的七个输入信号，实现了三个数码管循环显示相应计数结果。

*扫描模块电路图如下：

*仿真图如下：

（5）比较模块：

比较模块由两个7485数据比较器构成，三个计数模块的输出数据结果两两作为7485的信号输入端，即计数结果1和计数结果2输入到第一个7485中，计数结果2和计数结果3输入到第二个7485中，经7485运算比较，从两个AEBO端输出比较结果（AEBO=1为两个输入数据大小相等；AEBO=0为两个输入数据大小不等），若最终两个AEBO端都输出1，即为三个计数输出结果相同；若两个输出结果不同或都为0，则三个计数输出结果两两不全相同或全部不同。

*比较模块电路图如下：

*仿真图如下：

（6）蜂鸣模块：

蜂鸣模块由三个74160计数器和相关门电路构成，三个74160计数器组成549进制计数器。

当延时信号变为低电平，且两个AEBO输出结果都为1时，输入脉冲正常输入到74160计数器中，计数器正常计数工作，蜂鸣开始鸣响，当计数到549时，经与非门输出低电平，使得最终蜂鸣输出信号由高电平变为低电平，蜂鸣停止鸣响；当延时信号和AEBO信号不为上述所示时，即三者相与结果为0，输入到各个74160的异步清零端使其清零，并且计数器的工作脉冲不能正常输入，计数器不工作，最终蜂鸣输出信号为低电平，不鸣响。

因为计数器为549进制，故若计数工作脉冲为183Hz时，当有延时信号和三个计数结果相同时，蜂鸣鸣响3s后自动停止。

*蜂鸣模块电路图如下：

*仿真图如下：

（7）发光二极管显示模块：

发光二极管显示模块由D触发器和相应门电路构成，D触发器依次输入输出相接，且每个输出Q端接一个输出端控制一个二极管，最后一个D触发器输出接反相器后接入到第一个的D端。

当延时信后变为低电平后且两个AEBO比较结果不同或都为0时，D触发器的工作脉冲能够正常输入，最后一个D触发器的Q端的0经反相器变为1，输入到第一个D触发器的D端，再经输出会依次向后传输，二极管会依次点亮，直至传至最后一个D触发器后，输出Q端变为1，经反相器变为0，再输入到第一个D触发器的D端，同上，0依次向后传输，二极管依次熄灭，直至延时信号和两个AEBO的输出结果部位上述所示时，由延时信后经反相器输出至各个触发器的异步清零端进行清零，所有二极管熄灭。

*发光二极管显示模块电路图如下：

仿真图如下：

三、设计结论（包括设计过程中出现的问题；对EDA课程设计感想、意见和建议）

1、难点和问题：

在这一次EDA游戏机课设项目中，我觉得设计过程中会出现问题的相应难点是有两点：

一是，如何对延时信号进行延时；

二是，如何让计数模块中的计数器在延时信号给出后停止计数并保持计数结果。

对于第一个难点问题，经反复思考和设计后，我选择用D触发器的置一和异步清零功能结合74161计数器来实现对信号的延时功能（具体做法详见上述第二部分各个模块详细解析）；对于第二个难点问题，经思考设计后，我选择用T触发器的翻转和保持功能结合74160计数器来实现计数器在延时信号给出后的停止和保持计数。

2、对EDA课程设计的感想、意见和建议：

没课设之前听同学说课设十分忙碌，特别累。

现在两周的EDA课程设计这就结束了。

确实如同学所说十分紧张忙碌，但是我从中收获了很多。

当初刚刚拿到“游戏机”这个实验设计课题时，当场就懵了，连题都看不懂，更别说自己设计了。

自己马上就感觉到理论与实际联系不起来，很无力，没有信心。

但我没放弃，对整体设计没想法，我就从一个个基本器件研究，从74160、7448、D触发器等原件开始，一个个模块设计，由小到大，再把各个模块连接好，一点一滴的分析课题要求，寻找突破口。

在不断的摸索与尝试中，自己也有了一些想法与思路，找到了课题的“下手点”，慢慢前进。

到后来，每每解决掉一个问题，自己的信心也增长了一点，课题也不断地有所进展。

最终，顺利地完成了从电路设计到实际仿真操作，既巩固了之前所学到的数电知识，也收获了宝贵的实际动手操作经验。

在这两周的时间里，我不仅在老师的指导下学会了软件的基本操作与实际应用，还通过不断地思考探索，将自己所学的知识应用在了实际动手操作中来，让我懂得了动手操作的重要性。

同时也让我体会到了细节的重要性，在连线时稍微不注意连错了，查找错误会十分繁琐，不仅耽误时间，还影响设计者的思路。

至于对本次EDA课设的意见与建议，我觉得以后学校和学院，应该多加开设相关的动手操作课程，适当的延长课程时间，让我们将在课堂上学到的知识应用到实际中来，理论与实际完美的结合。

同时，在实验设计过程中我建议对有问题的电脑、实验箱应及时处理，避免耽误时间。

最后，我想感谢给我们开设EDA课程设计的老师们，谢谢您们对于我的指导说明，