打地鼠遊戲邏輯電路設計範例

前言

本電路以非編程方式實現經典打地鼠遊戲。使用邏輯 IC 取代微處理器控制流程，所構成的電路較為複雜，並涉及多個技術難點。是次回歸原始，目的為向大家示範如何運用基本邏輯閘及離散電子元件組合，製作較大型邏輯電路。從電路設計、選購元件到測試階段整個過程曾遇到大小不一的困難與喜悅，在此通過互聯網，冀與電子愛好者相互交流不吝指正、分享經驗。望透過此一有趣範例能吸引更多門外漢增加對電子學的興趣。

打地鼠遊戲說明

目的

遊戲開始後，16 個帶燈按鈕（地鼠）隨機亮起，並相隔特定時間只亮一顆。玩家需要在燈熄滅前及時按下按鈕取分，直至遊戲結束。

遊戲模式

設單關（單獨關卡）及連關（連續關卡）模式。

A. 單關模式

遊戲開始前，用「選擇等級」按鈕選擇等級 0 至 4 其中一級，以第 0 級亮燈頻率最低，第 4 級最高。每局上限隨機亮燈 20 次，擊中可取 1 分。如擊中率少於 50%，即累積打失次數達 11 次，遊戲即時結束，紅色指示燈亮起。如順利完成整個遊戲，遊戲結束後綠色指示燈亮起。

B. 連關模式

遊戲從第 0 級開始，計分方法與單關模式相同。順利完成即可晉級，晉級後累積打失次數將重設為 0。如處於任何一關，其累積打失次數達 11 次，遊戲即時結束，紅色指示燈亮起。玩家若能連續晉級並順利完成第 4 級，遊戲結束後綠色指示燈亮起。累積分數達 100 分者（連關模式下，擊中率達 100%），橙色指示燈不斷閃爍。

遊戲輸入

項目	元件
「開始 / 暫停」按鈕	按鍵開關 x 1
「選擇等級」按鈕	按鍵開關 x 1
「遊戲模式」選擇器	雙刀雙擲（DPDT）開關 x 1
基本出燈速度控制器	可調電阻 x 1
「地鼠」	帶燈按鈕 x 16

遊戲輸出

項目	元件
現時等級	七段共陰數碼管 x 1
累積分數	七段共陰數碼管 x 2
累積打失次數	七段共陰數碼管 x 2
順利完局指示燈	綠色 LED x 1
本局失敗指示燈	紅色 LED x 1
累積分數 100 分指示燈	橙色自閃 LED x 1

遊戲流程簡述

1.   使用 DPDT 開關選擇遊戲模式。

2.   如選擇單關模式，可進一步選擇遊戲級別。

3.   按一下「開始 / 暫停」按鈕開始遊戲。

4.   遊戲進行途中，可隨時按一下「開始 / 暫停」按鈕切換暫停或繼續遊戲。

5.   遊戲結束後方能按一下「開始 / 暫停」按鈕重新遊戲。在任何情況下切換遊戲模式，整個遊戲將重設，並等待新局開始。

參考電路 （可按此下載）

電路設計概略

• 設計電路前，應先規劃遊戲大綱，然後制定規則、主要輸入與輸出數目、流程時序等，以縮減往後電路測試和修改時間。
• 電路設計務求簡潔，選擇 IC 時需特別留意其工作電壓、扇出數及輸出電流，以免因推動力不足影響次級 IC 元件輸入位準或其他元件運作。建議統一採用同族 IC 如 4000 系列 CMOS 或 74HC 高速系列，混合使用可能因兩者特性差異（例如響應頻率），影響電路正常操作。然而，本參考電路出現不同 IC 族混合使用情況，原因是盡量運用手上現有資源，這當然會遇上一定困難。如各位有興趣進行本項目，可自行按需要適量修改電路。
• 為增加電路穩定性，各 IC 電源 VCC 與接地 GND 腳位之間可駁接電容（如 0.1µF），或在電路正負極之間駁接一顆較大電容量的電容代替（以本參考電路為例，可使用 22µF）。
• 電源接上片刻，整體電路處於不明狀態，必需要自動進行一次重設。
• 如使用有 N 個輸入端的邏輯閘，而實際扇入數少於 N 時，空出的輸入端最好按情況全接至 VCC（如 AND 閘）或 GND（如 OR 閘）。
• 留意計數器 IC 屬正緣或是負緣觸發，當兩種不同觸發類型 IC 配合使用時，需小心設計該部分電路，確定可正確計數。

電路焊接與測試

• 繪製初版電路圖後，應先分多個小部分焊接測試。如不熟悉某種 IC 的特性，更需先查閱數據手冊（DATASHEET），並透過簡單實驗作基本了解。
• 焊接電路後，以萬用電表檢查各焊點是否焊接妥當，沒有短路，架起電路板方開啟電源測試。
• 留意電源電壓不可超出 IC 工作電壓，否則可導致元件銷毀。
• 接線過長或過度堆疊，有機會對電路造成干擾，使運作不穩定，請特別留意。
• 建議規劃電路板上的元件時，加入數個備用 IC 座及插針插座，方便在測試階段時修改電路。

相關影片

以下分別為打地鼠遊戲介紿及示範影片，希望大家進一步了解遊戲設計和製作的心路歷程：

遊戲介紹

遊戲示範