脉冲数字电路课程设计led猜盘游戏

LED猜盘游戏PAGELED猜盘游戏课程设计说明书课程设计名称：脉冲数字电路课程设计课程设计题目：LED猜盘游戏学院名称：信息工程学院数字电路课程设计任务书2012－2013学年第一学期第6周－7周题目LED猜盘游戏内容及要求〖基本要求〗系统有10个(或18个)LED组成轮盘,开始前,先猜测某个LED，然后按下按钮,LED高速旋转,速度逐渐减缓，最后停下已猜中未赢。〖参考原理〗系统由电压控制器(包括自激振荡器+2分频电路)、触发器、加＼减控制、分频器组成。〖主要参考元器件〗555，74LS73，74LS193，74LS154，74LS00进度安排1.仿真、画PCB线路板图、领元器件：2天2.制作、焊接：1天3．调试：2天4.验收：0.5天5.提交报告：2012-2013学年第一学期9～13周学生姓名：朱合兴指导时间：第6～7周指导地点：E楼311室任务下达2012年10月14任务完成2012年10月23考核方式1.评阅□√2.答辩□3.实际操作□√4.其它□指导教师孙成立系（部）主任王忠华摘要本课程设计设计的是一个LED猜盘游戏，该设计电路运用我们曾经学过的数电知识进行设计，本次课程设计不仅能够深化理解数字电路学过的知识，还能让我们利用做成的LED猜盘游戏进行娱乐活动。增加了我们多学习和动手制作的兴趣。本实验由555芯片构成的时钟振荡脉冲发生电路模块、CD4017芯片时序分配电路模块、LED显示模块组成。其中555定时器构成的单稳态电路和无稳态的多谐振荡器，产生振荡电压触发CD4017构成的时序分配电路继而通过对时序分配来依次点亮LED灯从而来完成电路的实现。电三部分电路功能独立，构造简单，可塑性强。在本次实验中元器件尽量要求是常见的，元器件库房里有的。要求合理的设计时间常数，这就要求在选择电阻式要和电容配套考虑。通过猜盘游戏的设计和调试巩固了前阶段所学的理论知识，增强了动手实践能力。关键词：多谐振荡时序分配LED显示目录第一章设计内容及要求 11.1设计任务 1１.2设计要求 1第二章系统方案设计选择 22.1方案一 22.2方案二 2第三章系统的组成及工作原理 43.1系统组成 43.2工作原理 4第四章系统各部分组成及工作原理 54.1由555芯片构成时钟振荡脉冲发生电路模块 54.2CD1047时序分配电路模块工作原理 74.2LED显示模块 9第五章实验、调试电路及测试结果分析 10第六章总结 11参考文献 12附录二元件清单 13附录二整体电路图 14附录三电路仿真图 15前言这次的LED猜盘游戏设计主要是针对我们所学的数字电路里面学到的理论知识通过设计让学生对前期所学的知识进行巩固并把知识运用到实际当中去，让学生了解电子摇奖器等娱乐性幸运抽奖活动的原理，对所学的专业知识进行了解和培养学生的学习兴趣。例如老虎机、转盘大猜猜、俄罗斯猜盘等等都是运用相同的原理。LED猜盘游戏的设计要求由10个LED组成的灯盘高速旋转，先猜最后哪只灯会亮,按下开关后，灯转速度减慢，逐渐停下。整个电路通过对开关的控制使555芯片构成的单稳触发电路产生触发电压，该触发电压使多谐振荡电路产生振荡周期，CD4017的使能端通过接收多谐振荡器产生的振荡周期，使其内部译码输出实现对脉冲信号的分配控制10个LED发光二极管，使之能够按照次序一个一个循环去亮。电路对元器件的要求也较高，特别是与555芯片构成单稳态电路和无稳态的多谐振荡器的电阻和电容的参数要选择精确。只有各电参数精确稳定，才能使电路高效稳定的工作。LED猜盘游戏一方面满足了人们的娱乐消遣，另一方面也体现了科技的进步以及人类的聪明才智。目前，光电技术是引领着科技的发展和时代的潮流且今后能更广泛更深入地被人类应用，造福人类。数字电路课程设计任务书2012－2013学年第一学期第6周－7周题目LED猜盘游戏内容及要求〖基本要求〗系统有10个(或18个)LED组成轮盘,开始前,先猜测某个LED，然后按下按钮,LED高速旋转,速度逐渐减缓，最后停下已猜中未赢。〖参考原理〗系统由电压控制器(包括自激振荡器+2分频电路)、触发器、加＼减控制、分频器组成。〖主要参考元器件〗555，74LS73，74LS193，74LS154，74LS00进度安排1.仿真、画PCB线路板图、领元器件：2天2.制作、焊接：1天3．调试：2天4.验收：0.5天5.提交报告：2012-2013学年第一学期9～13周学生姓名：朱合兴、刘来金指导时间：第6～7周指导地点：E楼311室任务下达2012年10月1任务完成2012年10月23日考核方式1.评阅□√2.答辩□3.实际操作□√4.其它□指导教师孙成立系（部）主任王忠华第一章设计内容及要求1.1设计任务系统由10个LED灯组成轮盘,开始前,先猜测某个LED，然后按下按钮,LED高速旋转,速度逐渐减缓，最后停下以猜中为赢。1.2设计要求1、熟悉555相关芯片及4017芯片的内部结构和功能，合理运用其内部及其功能，完成相应的设计工作。2、电路板布局合理，能够得到充分利用，元器件摆放平行、整齐，焊接美观，线要走直。3、能独立对所设计电路进行测试与检查。4、做出的产品在实际中能够经久耐用。第二章系统方案设计选择2.1方案一本电路包括三部分：1、4011与非门构成的单稳态电路；2、多谐振荡器；3、时序分配电路。第一部分中采用4011与非门构成的单稳态电路，在本电路基本实现了让LED灯高速旋转直至停在某一盏灯上的功能，但是当按下B键时，所产生的脉冲信号不稳定，致使后面的电路无法有规律地变化，而是杂乱无章的。同时该电路缺乏有效的时间控制，使后面LED灯的亮暗时间不固定。这是该电路不足的地方，且必须改进。图2.1由4011的两个与非门构成的单稳态电路原理2.2方案二本电路包括三部分：1、555定时器构成的单稳态电路；2、555定时器多谐振荡器；3、CD4017芯片的时序分配电路。此电路是通过控制开关A按下，使555定时器构成的单稳触发电路产生触发电压，多谐振荡电路依靠此触发电压产生振荡脉冲输出，输出的脉冲信号使CD4017芯片译码输出实现对脉冲信号的分配，从而依次循环点亮十个LED灯，最后停留在一个灯上，即实现了LED猜盘的效果。特别是电路中的电位器R5实现了对灯循环点亮时间的控制，电位器R4则实现对循环最后停留在某灯上的随机性，这两个电位器使猜盘游戏的公平公正性得到了保证电路原理图如下：图2.2方案二电路原理图本方案相比方案一更进一步实现了电路功能要求，首先是稳定的脉冲和脉冲时间的控制上得到进一步的提升。其次，该电路易于控制，只需手按下A键即可，且使用广泛，设计合理，价格低廉将两方案比较，很明显选择方案二，方案二是方案一的改进，在实际电路要求中更接近所需的结果。第三章系统组成及工作原理3.1系统组成根据课题设计要求初步建立系统框图，如图3-1所示：LED循环点亮CD4017时序分配电路分配脉冲信号。LED循环点亮CD4017时序分配电路分配脉冲信号。555多谐振荡电路产生振荡信号555单稳态触发电路产生触发信号触发电路单稳态单稳态触发电路图3.1系统框图3.2工作原理从电路原理图图2.2和系统框图图3.1可知，第一片555芯片构成的单稳态触发电路，通过电容C1和改变电阻R5的阻值，555芯片3脚输出脉冲宽度发生变化,增大滑动变阻器的阻值，产生时间宽度比较宽的的脉冲信号，该信号输入到第二片555芯片的4管脚作为一个直流信号驱动555工作，构成多谐振荡器，电路中的电容C3和电阻R4、R3控制了555振荡器的震荡周期，实现对LED灯循环点亮的速度的控制。由第二片555的脚3输出的脉冲信号输入CD4017进行计数，并分配脉冲信号，十个发光二极管轮流发光，成有规律的闪动。10个LED灯盘由芯片CD4017控制.而第二片555控制着CD4017芯片，CD4017的10个输出端在某一时刻只有一个端口会输出高电平，使10个LED灯在每一时刻只有一个是亮的。通过CD4017的计数作用，使一个LED灯亮了之后，在下一时刻，会使得下一个LED亮，便可以看到10个LED灯盘是一个接一个得亮了.在加上控制灯亮的时间长短,便可以实现设计要求。第四章系统各部分组成及工作原理4.1由555芯片构成时钟振荡脉冲发生电路模块555定时器介绍：555定时器是一种多用途的数字—模拟混合单片集成电路，可方便地构成施密特触发器、单稳态触发电器和多谐振荡器，因而广泛用于信号的产生、整形、控制和定时等。555芯片管脚图，如图4.1.1所示。图4-1.1555芯片管脚图555芯片管脚功能如图4-1.2所示。图4-1.2555芯片功能表第一个555芯片构成单稳触发电路，作为一个计时电路，计时周期T由电阻R和电容C决定，其满足以下关系式：T=1.1C×R（式2.1.1555芯片计时电路如图4-1.3所示。图4-1.3555计时电路第二个555芯片构成无稳态多谐振荡电路。无稳态多谐振荡电路与单稳模式不同之处仅在于触发端(2脚)接在充、放电回路的C上，而不是受外部触发控制。电源接通后，Vcc通过电阻R1、R2向电容C充电。充电时间:T1=0.7（R1+R2）×C（式2.1.2当电容上电压为Uc=1/3Vcc时，阀值输入端7受到触发，比较器A1翻转，输出电压Vo=0，同时放电管导通，电容C通过R2放电,放电时间T2=0.7R2×C（式2.1.3当电容上电压为Uc=1/3Vcc，比较器A2工作，输出电压Vo变为高电平，C放电终止。综上可知555定时器组成的多谐振荡器的振荡周期为T=0.7（R1+2R2）×C（式2.1.3图4-1.2.1555定时器电路图与波形图4.2CD1047时序分配电路模块该模块构成一分配/分频器电路。CD4017，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2、…、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。CD4017有10个输出端（O0～O9）和1个进位输出端～O5-9。每输入10个计数脉冲，～O5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。CD4017输出高电平的顺序分别是③、②、④、⑦、⑩、①、⑤、⑥、⑨脚，故③、②、④、⑦、⑩、①脚的高电平使9个二极管按顺序发光，若要改变发光二极管的闪光速度，可改变电容C3的大小或调节电阻R4的值。CD4017芯片管脚图如图4-2.1所示。图4-2.1CD4017芯片管脚图CD4017芯片功能表如图4-2.2所示。图4-2.2CD4017芯片功能表4.3LED显示模块该模块受到555芯片构成单稳振荡作为计时器和555芯片构成无稳态多谐振荡作为脉冲信号的控制，并且分频器CD4017只能有一个输出端产生的高电平，所以发光二极管逐一闪亮并以此为循环，周而复始。但LED灯的闪光速度受到前面电路中滑动电阻R4﹑R5和电容C3的影响，我们可以自由调节滑动电阻R4与R5来控制LED的亮度和闪光速度。要特别注意的是为了达到依次循环点亮LED灯的效果，在焊接电路时要注意十个LED灯的排版，因为CD4017的CD4017输出高电平的顺序分别是③、②、④、⑦、⑩、①、⑤、⑥、⑨脚，所以要做到视觉上按顺序一次点亮需要精心的排版和熟练的焊接技术。第五章实验、调试电路及测试结果分析将各元件按电路图焊接好后把555芯片和CD4017芯片插入插槽，接上电源线，发现指示灯是亮的，但是LED猜盘上的LED灯流转的速度太快了。肉眼看上去，好像LED灯是一起在亮，没有起到流水一样一个一个的亮的效果。调节滑动变阻器R4，使得接入的电阻值为增大，这时发现LED灯的流转速度慢下来了，像流水一样一个一个亮符合设计要求。但是，LED灯循环时间很短，只能转一圈多。再调节滑动变阻器R5，将其阻值变大后，再按下开关发现LED灯循环点亮达到三圈多，实验效果良好。多试几次发现LED灯熄灭时按着顺序熄灭，不能随机的熄灭。无论如何改变滑动变阻器的滑片，都无法满足要求。通过用示波器测量555芯片3管脚输出，发现第二个555芯片输出在开关断开后，在很长的一段时间内都有输出。将一个C4=100uF的电容与滑动变阻器R4并联，按下开关后发现，LED灯流转的速度慢慢减慢而且随机的停在一盏LED灯上，这符合设计要求。第六章总结在为期两周的课程设计的过程中，发现在刚开始接到课程设计的时候思路并不是很清晰。通过询问老师，借助互联网，查询资料发现了自己的设计方案存在的错误和还有的地方有更好的设计替代，使是自己的设计方案得以完整。本以为就这样，焊接完成之后就可以得到自己想要的结果。实践出真知，焊接完成之后，其中出现的问题还是有好多。尤其是LED灯无法像流水一样流转和没办法使得LED灯的速度变慢后随机的停留在一盏灯上面。通过和老师、同学和自己的研究，发现了主要问题出在仿真的时候能够出现的效果在实际运用中不一定能够出现这样的效果，使得所选的电阻和电容在充放电的时候时间过快。通过改变电阻和电容的大小和并接入一个电容，达到了要求。通过课设更深入的了解到，实际和理论是有一定的差距的，实际中还有很都要考虑的因数，比如肉眼的分辨率。其次在这次课程设计中，设计小组的成员要求通力合作，不能因为设计没有达到设计的要求就有埋怨氛围，心浮气躁或者手足无措。