LED猜盘游戏.docx
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LED猜盘游戏
课程设计说明书
课程设计名称：
数字逻辑课程设计
课程设计题目：
LED猜盘游戏
学院名称：
信息工程学院
专业：
计算机科学与技术班级：
080611
学号：
08061123姓名：
谈家平
评分：
教师：
邓谦老师
2010年9月11日
摘要
这次课程专门设计了一种简易的可控LED猜盘游戏。
利用十进制时序分配器对产生的时钟振荡脉冲进行随时计数并控制发光二极管的显示。
该猜盘游戏采用比较简单的模块化结构，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。
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专业分析技能，达到理论和实践的紧密结合，巩固和加强对数字逻辑知识的认识。
实验中也加强了对74LS73、74LS193、74LS154、74LS00、555集成芯片、CD4017芯片原理的学习与和应用。
该课程设计基础性强，系统性强，可以让我们能够更加清晰地认识数字系统总体概念，提高我们的智力开发和各项能力，对我们以后的学习和工作有很大的帮助。
此设计特点鲜明，可塑性强，对于现代不断发展的娱乐事业有不凡的经济利用价值，能够积极地促进社会主义社会经济的发展。
关键字：
时钟振荡、时序分配、脉冲、循环、猜盘
目录
前言····························································3
第一章设计内容及要求·········································4
第二章系统组成及工作原理
2.1系统组成···············································5
2.2工作原理················································5
第三章系统各模块工作原理
3.1时钟振荡脉冲发生电路模块···························`7
3.2CD1047时序分配电路模块·······························8
3.3LED显示模块········································8
第四章实验、调试及测试结果与分析······························9
第五章结论···················································10
参考文献···············································11
附录一···············································12附录二················································13
附录三············································15
前言
科学技术是第一生产力。
以前的三次工业革命就使我们的社会发生了翻天覆地的变化，使我们由手工时代进入了现代的电器时代。
同时科技在国家的国防事业中发挥了重要的作用，只有科技发展了才能使一个国家变得强大。
而作为二十一世纪的主义，作为一名大学生，不仅仅要将理论知识学会，更为重要的是要将所学的知识用于实际生活之中，使理论与实践能够联系起来。
电子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。
猜盘游戏的应用十分广泛。
随着社会科学技术的迅速发展，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。
该设计基于模拟电路和数字逻辑电路知识，采用模块化的设计思想，使此猜盘游戏的设计简单、方便。
该电路实现简单，工作稳定，可以使人们领会到抽奖类活动的公正公平性，亦能了解电子摇奖器等娱乐性幸运抽奖活动的原理，方便于自行设计，丰富了人们的闲暇生活。
第一章设计内容及要求
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。
该课程设计题目是LED猜盘游戏。
该课程设计着眼于LED的信号只是灯功能，加上轮流闪耀形成有趣的猜盘游戏。
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，最后停下为已猜中，则赢。
第二章系统组成及工作原理
2.1系统组成
利用与非门和或非门的一个输入端受控，就可组成加减控制器、脉冲键控多谐振荡器、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4017进行计数，十个发光进行显示，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2-1系统框图
2.2组成原理
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12V电池供电，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。
图2-2系统原理图
具体步骤：
当电源开关刚接通时，4017的第15脚上出现正跳脉冲将其复位至第3脚（Q0）为高电平位置初始态。
开关AN启动后555震荡，向4017送脉冲。
此后，4017的输出高电位置按下面顺序依次传递变化：
3（Q0）→2（Q1）→4（Q2）→7（Q3）→10（Q4）→1（Q5）→5（Q6）→6Q7）→9（Q8）→11（Q9）→3（Q0）→….各脚所连LED仅在高电平时发光闪亮。
第三章系统各模块工作原理
3.1时钟振荡脉冲发生电路模块
该模块主要有两个555芯片、若干电阻及电容、导线等组成。
第一个555芯片构成单稳振荡电路。
可以作为一个计时电路，定时t=R*C.该电路模块可以产生时间为t的高电平。
第二个555芯片构成无稳态多谐振荡电路。
可以作为一个方波产生器电路，它的4脚接上了第一个555芯片输出的高电平，促发产生方波。
与单稳模式不同之处仅在于触发端（2脚）接在充、放电回路的电容C上，而不是受外部触发控制。
当加上Ｖcc电压后，由于C上端电压不能突
变，故555处于置位状
态，输出端（3）脚呈高电平“1”，而内部的放电管ＶＴ1截止，Ｃ通过ＲA、ＲB对其充电，2脚电位随Ｃ上端电压的升高呈指数上升，如波形图3-1所示。
图3-1波形图
当Ｃ上的电压随时间增加，达到
Vcc阈值电平（6脚）时，上比较器A1翻转，使RS触发器置位，经缓冲级倒相，输出Vo呈低电平“0”。
此时，放电管VT1饱和导通，C上的电荷经RB至VT1放电。
当C放电使其电压降至
Vcc触发电平（2脚）时，比较器A2翻转，RS触发器复位，经倒相后，使输出端（3脚）呈高电平“1”。
以上过程重复出现，形成无稳态多谐振荡。
3.2CD4017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。
3.3LED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。
第四章实验调试及测试结果与分析
初始电路在CD4017与LED的显示链接上出现了错误，导致没有结果显示，电路处于僵滞状态。
此次电路连接的比较乱，出于时间上的考虑在检查电路与重连之间选择后者。
经过再次细心的连接有结果显示，但是转速过快。
在电容参数的选择上没考虑其给转速带来的影响，使得出现转速过快的问题，LED的显示人眼无法识别，观察不到整个变化过程，通过理论计算，发现因为555的振荡频率只要在数十赫兹以上，LED的发光变化，对人的眼睛来说都是无法辨别的。
于是在理论知识的基础上，改变了电容参数，但效果还是不明显。
根据理论计算及调试后确定较合理的电容参数后，把方向转移至电阻的改变上。
发现在原来改变电容的基础上，通过改变电阻、调节滑动变阻器，调试出比较合理的速度，便于人眼的观察。
因此，555的振荡阻容参数可以在很大范围内选择。
实验最后的所得的结果完全符合实验的要求。
为了实验中便于调节实验现象，我将R4由定值电阻换成了滑动变阻器，这次使得电路更具有可调性和更加完美的实现了电路的功能以及试验的要求。
该电路基本无需调试，安装正确无误后就能工作。
但是，连接电路时的细心是很重要的，一旦连错，就要花很多时间用于不必要的检查线路上。
这个电路在现实生活中也有很多方面的应用。
比如循环彩灯、博彩业等等均涉及到啦！
第五章结论
大三开学前两周的课程设计，一开始的好奇与热情高涨，过程中的失落与沮丧和打击，到最终的喜悦与成就感，付出的汗水预示这艰辛也见证了结果。
通过这次课程设计学到了很多。
这是个团队任务，一起工作中搭档俩相互配合，相互帮助，一起上网查资料，找电子专业的同学咨询，泡图书馆，晚上熬夜自学专业书。
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。
合作与优势互补是很重要的，这一星期体会颇深。
发扬团队协作精神的重要性，1+1>2的确是真理。
课程设计中仅仅一个人知道是不够的，必须和搭档认真交流沟通，相互补充，与其说学会了很多专业知识，不如说学会了在困难中学会相互信任，在自学中学会坚强。
虽说学了一个学期，也经过啦一个暑假都忘记好些东西，但对数字逻辑这门课的了解还不深刻，但通过这次课程设计把一个学期的课补回来了，学到了不少专业知识，理论与实际结合的较好。
不过经过这次课程设计实验使得理论以及实践动手能力得到了很大的提高。
一开始连接电路始终没有成功，但经过多次后，终于成功啦，很有成就感哦；但随之而来又有啦新的问题，灯光闪动不便于观察，根据理论对实验所用的电阻值和电容值做出了尝试修改，再多次修改后，终于达到了比较理想和易于观察的状态。
后来在老师的指导下，又对电阻再次做出更换，将定值电阻换成滑动变阻器，这样电路就可以手动调节，可以达到你想要的各种闪耀频率。
使得电路中LED闪动得人肉眼可见，可快可慢。
这两周的时间，同学们都受益匪浅，忙碌成了一种常态，但大家都是忙碌着充实着，可以说它是对这一年来前面所学课程的一个很好总结，更是一个前所未有的实践性挑战！
我觉得这两周不仅使得我们对自己所学的知识有了更好的理解和提高了自己的动手能力，也加深了同学间的友谊和配合的默契程度，借这个机会给了我们一个更好的相互了解加深友谊的机会。
一举多得啊！
！
参考文献
【1】白中英.数字逻辑与数字系统.科学出版社。
2007
【2】张晓林等译。
数字电路原理与设计实例解析。
电子工业出版社。
2003
【3】张秀娟薛庆军等编.数字电子技术基础实验教程。
北京航空航天大学出版社。
2007
【4】吕思忠，施奇云编.数字电路实验与课程设计，哈尔滨；哈尔滨工业大学出版社，2001
【5】MykePredko著张晓林等译.数字电路原理与设计实例解析，电子工业出版社。
2003
【6】赵珂，彭嵩编.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
【7】稻叶保。
振荡电路的设计与应用。
科学出版社。
2004。
附录一、LED猜盘游戏电路实验器材清单：
序号
数量
符号及参数
1
1
C1
10uF
RB.1/.2
2
1
C2
10nF
RB.1/.2
3
1
C3
100nF
RB.1/.2
4
1
R1
10KΩ
AXIAL-0.4
5
1
R2
0.68KΩ
AXIAL-0.4
6
3
R3
4.7KΩ
AXIAL-0.4
7
1
R4（滑动变阻器）
100KΩ
AXIAL-0.4
8
1
R5（滑动变阻器）
5KΩ
AXIAL-0.4
9
1
R6
0.1kΩ
VR5
10
2
A1、A2
555
DIP-8
11
1
U1
4017
DIP-16
12
11
D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11
LED-red
XTAL1
13
1
S1
SW-SPST
SIP2
14
若干
导线
略
略
附录二、芯片介绍
1、CD4017
十进制计数/分频器CD4017，它是一种用途非常广泛的电路：
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，～O59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有3个输（MR、CP0和~CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1～O9）均为低电平。
CP0和～CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由～CPl端输入。
置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。
由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。
2、芯片555简介
555时基集成电路是数字集成电路，是由21个晶体三极管、4个晶体二极管和16个电阻组成的定时器，有分压器、比较器、触发器和放电器等功能的电路。
它具有成本低、易使用、适应面广、驱动电流大和一定的负载能力。
在电子制作中只需经过简单调试，就可以做成多种实用的各种小电路，远远优于三极管电路。
555时基集成电路各管脚的作用：
脚①是公共地端为负极；脚②为低触发端TR，低于1／3电源电压以下时即导通；脚③是输出端V，电流可达2000mA;脚④是强制复位端MR，不用可与电源正极相连或悬空;脚⑤是用来调节比较器的基准电压，简称控制端VC，不用时可悬空，或通过0.01μF电容器接地;脚⑥为高触发端TH，也称阈值端，高于2/3电源电压发上时即截止;脚⑦是放电端DIS;脚⑧是电源正极VC。
附录三LED猜盘游戏总设计电路图
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