12级电动2班猜盘游戏47042Word下载.docx

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7总结20

参考文献21

附录1：

总体电路原理图22

附录2：

元器件清单23

LED猜盘游戏应用广泛，从以前的老虎机发展到现在流行的网络抽奖活动，，可见LED猜盘游戏的应用将会随着时代前进而会有更多的用途。

作为二十一世纪的大学生，生长在电子产品的步步更新，电子技术已经成为主导作用的时代，应该与时俱进，将理论知识与实践联系起来运用到生活当中去。

课设是电子技术学习中非常重的一个环节，是将理论与实践相结合的环节，是真正锻炼学生实践能力的环节。

转盘游戏是一种非常有趣的游戏，在很多游戏城里都可以看到。

而本课程设计的LED转盘游戏采用数电知识，控制发光二极管的亮灭实现功能。

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。

时钟振荡电路控制脉冲信号的时间长短和频率，输出送入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，在指定的时间范围内使高速旋转的LED停止在某一盏上。

三部分电路功能独立，构造简单，可塑性强。

因此通过对猜盘游戏的设计和调试来进一步提升理论与实践相结合的能力，巩固和加强对数字逻辑知识的认识。

最后说明本设计成功合理，系数选择规范合适，采用的元器件由于实验室设备的有限性，尽量选择那些符合参数设计并且库房有的元器件。

具有电路简单、成本低，运用广泛，贴近生活，实用方便、使用安全等优点，有一定的实用价值，该电路工作稳定，简单，易于操作。

1设计的目的

本次课程设计主要是配合《数字电子技术》理论课程而设置的一门实践性课程，起到巩固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想的效果。

设计本系统的目的和意义在于加强学生对555芯片构成的单稳态电路和无稳态的多谐振荡器以及对CD4017构成的时序分配电路等知识点的进一步掌握，并锻炼学生的设计能力，焊接能力，调试能力以及团结合作能力。

同时也是为了加强学生的自学能力，创新能力，自我解决问题的能力，给广大学生提供一个展现自我，肯定自我，定位自我的平台，做一个新型社会的接班人，成为国之栋梁，为祖国的繁荣昌盛做出贡献，肩负起历史使命，是中国立于世界之林。

2设计的任务与要求

（1）系统有10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，最后停下已猜中未赢。

该课程设计题目是LED猜盘游戏。

该系统的应用着重在LED灯高速旋转的，然后开关停止按键后逐渐停在某个上，着重停止后的随机性，才能有效的保证游戏时的公平原则。

（2）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。

（3）利用仿真软件Multisim仿真电路，并用其绘制电路的原理图和PCB图，要求图纸绘制清晰，布线合理，符合绘图规范。

（4）完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。

而整个设计的部分就在采用了555定时器等分立元件和低压电源,通过电路中的继电器也可以控制其它电器进行工作的设计，当你对按下开关，电路中的继电器会动作,系统有10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，最后停下已猜中未赢。

随后运用Multisim10中的仿真功能对其予以仿真，从仿真的结果中分析程序的正确性。

然后运用Protel画出电路图待所有模块的功能正确之后，然后制作相应的PCB板。

最后照着原理图进行整机电路的连接。

3设计的方案与系统组成

3.1设计的方案

方案一：

本电路包括三部分。

（1）由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3-1由4011的两个与非门构成的单稳态电路原理

方案二：

本电路包括三部分：

1由555与非门构成的单稳态电路2多谐振荡器3时序分配电路。

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B键即可，且使用广泛，设计合理，价格低廉。

图3-1由555构成的单稳态电路

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。

3.2系统组成

第一片555芯片构成的单稳态电路产生一定时间宽度的脉冲信号，该信号输入到第二片555芯片构成的多谐振荡器，由此产生的方波信号输入CD4017进行计数，十个发光二极管轮流发光，成有规律的闪动。

调节滑动变阻器或电容会调整循环的速度。

【主要参考元件】：

555，CD4017

根据课题设计要求初步建立系统框图，如图2-1所示：

图3-2系统框图

系统组成器件：

555芯片；

“555”芯片是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当阻容元件，就可以方便地构成脉冲产生和整形电路。

CD4017：

CD4017可以在每10个计数输入周期CO信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。

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3-3所示:

图3-3电路原理图

3.3时序分配端

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3-4所示。

图3-4结果显示端

4设计的原理及功能说明

4.1设计的电路原理

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。

系统电路如图1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，然渐停止。

图4-1Multisim灯仿真图

系统包括三部分：

（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。

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。

4.2工作原理

555定时器工作时过程分析如下：

5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：

UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。

当VI1＞2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。

当VI1＜2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。

当VI1＞2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。

当VI1＜2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。

555电路在应用和工作方式上一般可归纳为3类。

每类工作方式又有很多个不同的电路。

在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如：

多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。

这样一来，电路变的更加复杂。

每个电路除画出它的标准图型，指出他们的结构特点或识别方法外，还给出了计算公式和他们的用途。

单稳态电路:

多态类电路:

充电时间为：

0.695（R1+R5）C1=0.139s

放电时间为；

0.695R5C1=0.0000695s

总振荡周期为：

0.695（R1+2R5）C1=0.0002085s

自激振荡频率为：

1.443/[（RI+2R5）C1]=4810s。

如图所示，将555与三个阻、容元件如图连接，便构成无稳态多谐振荡模式。

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。

当电容上电vC=2/3Vcc时，阀值输入端⑥受到触发，比较器C1翻转，输出电压Vo=0，同时放电管T导通，电容C通过R2放电；

当电容上电压Vc=1/3Vcc，比较器C2工作，输出电压Vo变为高电平。

C放电终止、又重新开始充电，周而复始，形成振荡。

a）电路的振荡周期T、占空系数D，仅与外接元件R1、R2和C有关，不受电源电压变化的影响。

b）改变R1、R2，即可改变占空系数，其值可在较大范围内调节。

c）改变C的值，可单独改变周期，而不影响占空系数。

另外，复位端④也可输入1个控制信号。

复位端④为低电平时，电路停振。

d）计算：

Tw≈0.7*（R3+2R4）*C3此处R3=4.7kΩR4=100kΩC3=100nf

Tw≈0.7*（4.7kΩ+2*100kΩ）*100nf=0.014s

4.3实验、调试及测试结果与分析

调节电位器R5的阻值，可以控制振荡器的频率。

其时钟脉冲通过电容器C1耦合，就可以输送到被测的CD4017的“CP”端或“丽”端。

在CD4017的11个输出端（其中包括进位输出端QCO）上各接一只发光二极管，当该引脚为高电平时，相应引脚的发光二极管LED就会点亮，从而判别引脚功能是否正常。

在U3输出脉冲的不断作用下，被测CD4017的输出端LED不断点亮或熄灭，周而复始。

在完成一个周期时，进位端QCO上的LED1l也点亮（在该电路中没有用到该引脚，所以只作了解），该LEDll的点亮时间稍长，其脉宽约等于其它引出端脉宽的5倍。

调节RP可以控制I．ED循环周期。

断开开关时，即停止输送脉冲，CD4017各输出端上的发光二极管只有一只点亮，并随机分布。

按动一个清零按键SA，相当于在IC2的“R”端加上—个高电平脉冲，IC2内部清零，只有与Y0相接的那只LED点亮，其余的LED均熄灭（有时QCO端LED恰好点亮）。

如果能达到上述功能的CD40171C则是好的，可用；

否则就不可用。

其中选用时基集成电路NE555、tlA555＼LM555＼SL555等均可。

IC2只是一个标准的16脚双列插座，RP可选用10kΩ线性电位器，电阻全部采用l/4W金属膜的，　发光二极管LEDl～LEDl0采用ф3mm的，LEDll采用ф5mm的，前者可用红色，后者可用绿色，以示区别。

5单元电路的设计

5.1CD4017

十进制计数器/脉冲分配器。

其内部电路如图5-1所示。

CD4017是5位Johnson计数器，具有10个译码输出端，CP、CR、INH输入端。

时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。

INH为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；

反之，计数功能无效。

CR为高电平时，计数器清零。

Johnson计数器，提供了快速操作、2输入译码选通和无毛刺译码输出。

防锁选通，保证了正确的计数顺序。

译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。

在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。

如图5-1。

该模块构成分频电路。

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的管脚图如图5-2所示。

CO：

进位脉冲输出；

CP：

时钟输入端；

CR：

清除端。

INH：

禁止端

Q0-Q9计数脉冲输出端；

VDD：

正电源；

VSS：

地。

输出高电平的顺序分别是⑶、⑵、⑷、⑺、⑽、⑴、⑸、⑹、⑼、⑾脚，这10个管脚依次产生高电平。

图5-1CD4017内部电路

表5-2计数脉冲

图5-3CD4017管脚图

5.2LED显示模块

该模块接受出自整个电路产生的高电平，由于是分频器CD4017产生的高电平，所以是个发光二极管一次接受来自它产生的高电平，逐一闪亮并以此为循环，周而复始。

但发光二极管亮度和闪光速度受到前面电路中电阻和电容的影响，我们可以自由调节。

6硬件的制作与调试

6.1仪器

示波器、函数信号发生器、万用表

电路安装要注意几个原则：

（1）先装矮后装高、先装小后装大、先装耐焊等。

（2）.一定要注意排版，不能东倒西歪，方向应尽量一致。

（3）布线尽量使电源线和地线靠近实验电路板的周边，以起一定的屏蔽作用。

（4）最好分模块安装。

此外焊接时不能出现虚焊、假焊、漏焊，更不能出现过焊，因为有些器件，不能耐高温，比如焊接三极管时，电烙铁绝对不能停留太久。

同时过焊铜片将脱落，给焊接带来不必要的麻烦、也将影响板子的视觉效果。

如图6-1:

图6-1LED猜盘游戏器件排列实物图

6.2调试方法

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

6.3调试现象

将连接好的555定时器的输出端接在示波器上，呈现如下符合要求的方波。

图6-2555定时器输出波形

图6-3LED猜盘游戏焊接电路板

调试描述：

在通电调试之前，必须认真检查电路连线是否正确，对照电路图按照一定顺序逐级检测，特别要注意电源是否接错，电源与地是否有短接，二极管是否接反，轻轻拨一拨元器件，观察焊点是否牢固。

安装保险管后才能给电路通电。

电源接通后首先保证安全，观察电路中是否有冒烟、起火等现象。

如果有，应立即断电，故障排除后继续通电，并注意观察各器件引脚电压是否正常。

打开电源，给系统加上激励信号源（如系统的啪手声、打击声），用眼睛直接观察灯泡是否亮和按时熄灭。

先用万用表测量电路有关点电位是否正常。

检查发光二极管是否正常工作。

发现不正常现象时，及时找出原因进行修改，首先测试下电路之间是否存在短路和短路的情况出现，同时检查是否存在虚焊？

最后当一切检测正常后，将两根引线线分别与电池盒相连接（红线接正，黑线接负）。

如果在发出声音的同时灯泡亮起，在无声的情况下灯泡熄灭；

并重复几次灯泡依然同上，则说明电路正常，制作成功。

在以上基础上，还需要多次上电调试，观察电路是否有其他状况，是否有不稳定的情况发生。

如果电路不稳定择应立即排查原因，特别的应该注意虚焊的问题。

在继电器部分是比较容易发生虚焊和短路的部分，应特别注意；

而且此部分要接上12v的交流电，因此应更加注意，并做好保护。

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芯片没有接电源和接地，导致芯片CD4017不能正常工作。

通过上述的检查，将做好的LED猜盘接上电源，电路能工作，但是会自己停止和启动，经过触摸一下底板，发现某个地方接触不良，初步判断是按键没有焊牢，经检查，是按键存在问题，换了器件重新焊接好后，接通电源，经过多次调试，终于和实验要求相同，实验成功

十盏灯闪动频率各一，开始选择一盏灯，按下控件，,LED高速旋转,速度逐渐减缓，落在一盏灯上，猜中为赢。

7总结

经过近多日的努力，终于将本次课程设计做完了，但由于水平有限，文中肯定有很多不恰当的地方，请老师指出其中的错误和不当之处，使我能做出改正，我会虚心接受。

在本次课程设计过程中，我增强了自己的动手能力和分析能力。

通过跟老师和同学的交流，也通过自己的努力，我按时完成了这次课程设计。

在此过程中，我学会了很多，也看到了很多自己的不足之处。

在以后的学习生活中，我会努力学习专业知识，完善自我，为将来的发展做好充分的准备。

总之，在这次课程设计中，我受益匪浅，学到了很多书本上所没有的东西，懂得了理论和实际联系的重要性。

巩固和加强“数字电子技术”课程的理论知识。

掌握电子电路的一般的设计方法，了解电子产品研制开发过程。

提高电子电路实验技能及仪器使用能力。

掌握电子电路安装和调试的方法及故障排除方法。

学会撰写课程设计总结报告。

通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。

培养创新能力和创新思维。

与此同时，明白了一些做人、做事的道理，付出一定会有回报，而不努力永远也不能成功。

遇到问题要多思考，多请教，多查资料，不可一知半解，要懂得互学互助，共同进步。

对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

这次实习必将成为我们人生旅途上一个非常美好的回忆！

参考文献

[1]王毓银.数字电路逻辑设计（第3版）.高等教育出版社.2005.[2]赵珂,彭嵩.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.

[3]陈国华.CD4017集成电路应用200例.北京人民邮电出版社.1996年10月.

[4]张兴忠.数字逻辑与数字系统--面向21世纪高等院校计算机系列教材（计算机类）.北京科学出版社.2004.

[5]阎石.数字电子技术基础.北京高等教育出版社，2006.

[6]张秀娟，薛庆军.数字电子技术基础实验教程.北京航空航天大学出版社.2007.

[7]白中英.数字逻辑与数字系统.北京科学出版社.2007.

[8]吕思忠，施奇云.数字电路实验与课程设计.哈尔滨工业大学出版社.2001.

[9]白彦霞，张秋菊.数字电子技术基础.北京邮电大学出版社.2009.

总体电路原理图

元器件清单

名称

型号

数量

芯片

NE555

2块

CD4017

1块

电阻

10KΩ

1个

100KΩ

4.7KΩ

470Ω

100Ω

可调电阻

200KΩ

电容

47μf

0.01μf

100nf

插槽

8管脚

16管脚

开关

按键式

LED

red

10个

电路板

——

导线

若干