数字电路课设LED猜盘游戏.docx

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数字电路课设LED猜盘游戏

摘要

猜盘游戏是人们根据不确定性事件的等可能发生性进行猜测,然后通过转盘开始旋转直至停下，来验证猜测是否准确。

本次课程设计依据数字电路知识，利用时钟振荡脉冲进行计数并控制发光二极管的亮灭来简单实现转盘游戏的功能。

采用了555时基电路和十进制计数器/脉冲分配器集成电路两大部分组成。

原理为第一个555时基电路A1定时，定时t=R*C，构成单稳触发器，第二个555为多谐振荡器产生方波，第一个555送一个时间为t的高电平过来，促发第二个555产生方波，构成时钟脉冲发生电路模块，再由第二个555电压控制器控制输入到4017计数器上的电压，通过译码器连接到LED上去。

时钟振荡电路控制脉冲信号的时间长短和频率，送入CD4017实现对脉冲信号的分配，出现的与时钟同步的高电平控制LED的亮灭，实现了在指定的时间范围内使高速旋转的LED停止在某一盏灯上。

具有娱乐和供以后做类似课题的深入研究的一个奠基石。

可用于商业娱乐和打发无聊时间的良作。

关键词：

LED猜盘游戏，高低电平，时钟振荡脉冲，时序分配

前言

游戏是人们娱乐生活中不可缺少的，尤其是现在传统的游戏已经满足不了现代人的需求。

早在我国古代开始就有投射飞镖游戏深受人们喜爱。

随着社会科学技术的迅速发展，猜盘游戏在1970年代间以商业娱乐媒体的姿态出现，成为1970年代末日本、美国和欧洲一个重要娱乐工业的基础。

最初的猜盘游戏主要是能用手柄控制荧幕上的光点一栋栋装置，第二期时，游戏开始能能进行广泛化和网络化，特别是在现在这样一个3G时代，通过现代通讯设备参与大型的电视、网络抽奖活动已成为一个时尚，一个不可或缺的吸引眼球的方式。

而猜盘游戏业由最初的飞镖经历老虎机，转盘猜猜看等，逐渐发展到益智转盘游戏、猜奖、老虎机等等不同形式，广受大家的喜爱。

相信其以后必定会在娱乐经济领域掀起一股浪潮，并带动整个世界更好的了解电子的制作过程，调动了社会人员的好机器和积极性，在娱乐的同时到了宝贵的新知识。

第一章系统设计

1.1系统组成

1）时钟脉冲发生端

2）时序分配端

3）功能显示端

4）自动判断结果端

此次课设实验的三个基本框架，即单稳态触发器，多谐振荡器，计数器。

继而组成数字转盘游戏电路。

当脉冲键控多谐振荡器产生多谐脉冲时进行计数，它的十个输出端依次产生高电平，当发光二级管正向接入高电平导通时会发亮，形成有规律的闪动。

调节滑动变阻器或电容会调整发光二级管发光循环的速度。

图1.1系统框图

1.2系统框图

图1.2系统框图

1.3方案设计

方案一

本电路包括四部分：

（1）单稳态电路

（2）多谐振荡器

（3）时序分配电路

（4）显示模块

第一部分采用CD4011与非门构成的单稳态电路。

第二部分采用NE555构成多谐振荡器。

第三部分采用CD4017实现脉冲分配。

第四部分采用LED灯实现结果的显示。

方案二

本电路包括三部分：

1.单稳态电路

2.多谐振荡器

3.时序分配电路

4.显示模块

第一部分采用NE555构成单稳触发器。

第二部分采用由晶体管构成的多谐振荡器。

第三部分采用CD4017实现脉冲分配。

第四部分采用LED实现结果显示。

方案三

本电路包括三部分：

（1）单稳态电路

（2）多谐振荡器

（3）时序分配电路

（4）显示模块

（5）自动判定结果模块

第一部分采用NE555构成单稳触发器。

第二部分采用NE555构成的多谐振荡器。

第三部分采用CD4017实现脉冲分配。

第四部分采用LED实现结果显示。

第五部分实现游戏的自我判定输赢。

第二章电路设计

2.1系统组成设计

总结上述方案，其实框架都是一样的，只是可以用不同方法搭建相同功能的电路。

2.1.1单稳态电路

方案一由CD4011的两个与非门构成的单稳态电路

图2.1.1.1由CD4011的两个与非门构成的单稳态电路原理图

方案二和方案三均为555单稳态振荡器

图2.1.1.2由555构成的单稳态电路

计算单稳触发器周期的公式：

Tw≈1.1RC

当调动滑动变阻器为R1=50kΩ时，得

Tw≈1.1RC=1.1*50kΩ47uf=2.6s

2.1.2多谐振荡器

方案一和方案三均为555构成的多谐振荡电路

图2.1.2.1555构成多谐振荡器

计算多谐振荡器周期的公式：

Tw≈0.7*（R2+2R3）*C3

此处R2=200kΩR4=680ΩC3=100nf

Tw≈0.7*（200kΩ+2*0.68kΩ）*100nf=0.014s

方案二是由晶体管构成的多谐振荡器

图2.1.2.2晶体管构成多谐振荡器原理图

2.1.3时序分配端

图2.1.3

图3.1.2所示是用CD4017十进制计数器，作为十分频来使用，实现脉冲分配的功能。

2.1.4显示端

由十个LED灯组成。

十个LED灯依次接收由CD4017十分频模块输入的脉冲而依次闪亮，且在可控时间内停在某盏灯上。

模块设计图如图3.1.3所示。

图2.1.4结果显示端

此处电阻为上拉电阻，一般取100-500较为合适。

2.1.5自动判断结果端

通过随便选取一开关控制LED12电路的通断来标识猜的位置，若灯12亮则表示猜中。

图2.1.5判断结果图

此处三极管为放大电流驱动LED灯或者需要更大电流的报警器件，如蜂鸣器，R7为上拉电阻取100-500较为合适，R8为直流构造一条通路。

2.2方案比较

众所周知，要实现具有一定功能的电路，可以采取多种不同的方案。

在众方案中，应力求选择一种最简单、实用、稳定性好并且较为经济的方案。

同理，实现该设计要求可以运用很多种方法，综上所述设计方案原理图可得出如下。

2.2.1方案一

如图2.2.1所示：

图2.2.1方案一实现功能图

2.2.2方案二

如图2.2.2所示

图2.2.2方案二实现功能图

2.2.3方案三

如图2.2.3所示

图2.2.3方案三实现功能图

系统包括5部分：

1.单稳态电路：

采用NE555构成单稳触发器。

2.多谐振荡器：

采用NE555构成的多谐振荡器。

3.时序分配电路：

采用CD4017实现脉冲分配。

4.显示模块：

采用LED实现结果显示。

5.判断结果：

采用LED亮灭判断输赢。

系统电路如图3.2所示，用5V直流稳压电源供电，555在开关的启动下产生渐慢脉冲作用下驱动10个LED循环发光，循环转动，最后速度变慢，然后逐渐停止。

2.3方案确定

可以看出，三种方案的脉冲分配端以及结果显示端是一样的，差别在于脉冲发生端的设计。

方案一电路采用CD4011的两个与非门实现单稳触发器电路，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。

通过仿真可以知道，该电路能够实现LED灯的旋转，但是有时会停在两盏灯上，所以不可靠。

方案二中，采用两个三极管实现多谐振荡，也能够基本实现功能，但是其随机性太强，不易控制时间，而且，三极管是怕热元器件，与NE555插槽相比，其焊接技术要求更高。

方案三中只用了两个NE555即可构成脉冲发生端，电路比较常见，使用广泛，稳定性及可控性都较强，其焊接要求也比较低。

可见，三种方案中方案三设计比较合理，且价格比较低廉，因此采用方案三作为本次的原理设计方案用以实现LED转盘游戏。

第三章系统调试

3.1分模块调试

3.1.1时钟脉冲发生端

用两片NE555分别实现单稳触发器和多谐振荡器即可实现时钟脉冲发生端。

该部分是成功实现设计要求的关键所在。

如图3.1.1所示。

图3.1.1时序发生端

（1）仪器

示波器、直流稳压电源、万用表

（2）调试方法

将电路板接上5V电源之后测试555芯片能否正常工作。

将第一片555芯片的输出端接在示波器上，观察示波器波形若出现不稳定的脉冲，说明单稳态电路工作正常；若不是，则说明单稳态电路不正常工作。

将第二片555芯片的输出端接在示波器上，观察示波器波形若出现方波波形，说明多谐振荡电路工作正常；若不是，则说明多谐振荡电路不正常工作。

（3）调试现象

将连接好的555定时器的输出端接在示波器上，呈现如图5.1.2所示符合要求的方波。

图3.1.2555定时器输出波形

输出为一方波，说明555正常工作。

3.1.2时序分配端和显示端

CD4017十进制计数器，作为十分频来使用，实现脉冲分配的功能。

LED灯轮流亮灯，说明CD4017正常工作。

3.1.3自动判断结果端

通过随便选取一开关控制LED12电路的通断来标识猜的位置，猜中作为指示的信号灯亮，未猜中则不亮，说明此处电路正常。

3.2焊接及结果分析

焊接：

（1）焊接前

设计好各个元器件在电路板上的位置，即排版，并画好排版草图。

领元器件，并检查所需各元器件是否齐全。

（2）焊接是很重要的一步，它直接决定设计的成败。

所以，焊接时须格外小心。

按照草图上面设计的排版，将各个元件及管脚焊在电路板上，焊接时应注意方法，避免虚焊。

（3）检查电路，看其连接是否与工作原理图一致。

若不一致，则加以修正；若一致，则可将电路的正负极接5V直流稳压电源。

结果分析：

（1）调试过程中只出现一盏灯亮，并未达到灯轮流高速旋转的目的，经万用表蜂鸣档检查断路和短路现象，均正常，将13管脚所接电容断路，LED灯开始旋转，说明CD4017的13管脚需要直接接到地。

（2）将所有器件安装、焊接及用导线连接好后，接通电源，只有电路板上其中的一个定义为指示灯的LED灯能亮，其它灯没有反映，故不能实现功能，经过仔细检查，所有线路没有错误，但是CD4017芯片没有接电源，导致芯片CD4017不能正常工作。

（3）单稳态电路的电阻阻值调的不恰当使灯旋转的时间很短，致使LED灯的旋转圈数很少，调整滑动变阻器阻值使时间值达到一个合适值，效果还比较满意。

结论

我设计的猜盘游戏方案特点是转盘高速旋转3秒后停下，并使一个LED灯亮，若你选择的刚好使这个灯，则另一指示灯亮，表示你猜中，反之则为未猜中。

虽然本次设计成功了，但是，其明显缺点还是存在的。

最大的问题在于它是高速旋转之后直接停下来的，没有一个渐渐变慢的过程，其实最初我是设计了这个部分的，但是由于实在太复杂害怕自己没有能力焊出实物才缩减了，以后如果有机会的话一定再尝试加上这部分再做一次。

参考文献：

【1】王毓银.数字电路逻辑设计（第三版）.高等教育出版社，2005.

【2】张秀娟等.数字电子技术基础实验教程.北京航空航天大学出版社，2007.

【3】阎石等.数字电子技术基础.北京：

高等教育出版社，2006.

【4】白彦霞等.数字电子技术基础.北京邮电大学出版社，2009.

【5】赵珂彭嵩等.脉冲与数字电路实验指导书.南昌航空大学电子信息工程学院实验实践中心，2008.

附录一实物图

附图1实物图

附录二PCB图