数字逻辑课程设计-LED猜盘游戏 (2).doc

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： 姓名： 评分： 教师： 20 10 年 9 月 13 日摘要新学期开学我们做了数字逻辑课程设计，我们设计的是led数字猜盘游戏，刚开始接触的时候觉得这个东西好难，通过查资料，进一步了解后发现这就是巩固课堂学习的数字逻辑的基本知识。这次设计的led猜盘游戏使用的元器件非常简单。主要是使用 555 和cd4017构成此电路的.该猜盘游戏的功能是 先猜测哪个led发光二极管会亮，由10个led发光二极管组成的灯盘高速旋转，按下开关，最后只有1个灯会亮，猜中为赢。555的功能主要是构成两个振荡电路.一个负责产生振荡电压，另一个产生方波，555会控制最后猜盘中哪个灯会亮，因为10个led发光二极管是高速旋转，在按下开关后，也就模拟出最后灯亮是随机的。555的输出接cd4017的使能端，通过控制cd401710个led发光二极管能够按照次序一个一个循环去亮（应用二极管的特性）。制作过程中发现了一些问题，通过共同的分析研究得到的解决，此次的课程设计巩固了前阶段所学的理论知识，增强了动手实践能力。在这次设计过程中，采用了模块设计，使得电路能更简洁，在排除障碍过程中也能很好的找到问题的根源。根据原理图，领好元器件，做完仿真实验，连出了实验图并且得到了实验结果，到实验室后连接电路。目 录（页码不对）摘 要1前 沿3第一章设计内容及要求4第二章 系统组成及工作原理5第三章 系统各模块工作原理5第四章 实验调试与分析 5第五章 结论 5参考文献6附 录7正文里面没有标页码前沿新世纪电子产品更新的突飞猛进，led在生活中应用广泛。此次led灯盘猜谜游戏的设计，提高我们对led的了解，以及他在生活中式普及程度，并且在这个高速发展的科技时代，我们要懂得创新，即便是各种小的物品，通过不同的方式，可以实现各种令人满意的效果。 led的设计要求由10个（或者18）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。最后只有1个灯亮，猜中的即为赢家。设计过程中需要了解相关芯片（cd4017，555，）的具体功能，引脚图，真值表，认真布局，。由于数字实验现象具有简易明确的特点，所以实验结果的测试没有太多的复杂性。第一章 设计内容及要求设计一个led灯盘（10个led灯组成），让灯一个接一个得去亮.速度可另由开关控制.开始前猜测某个led，然后按下按钮，led高速旋转，速度逐渐减缓，最后停下猜中即为赢。第二章 系统组成及工作原理在前期准备工作中，根据我们有在网上和图书馆查询到的相关资料,搜索与led猜盘游戏相关的内容,以便从中得到启发.具体得到相关的有,led赌盘.与我们所要做的猜盘游戏很是接近.从而决定了使用的芯片(555和cd4017).从电路图中可知道,10个led灯盘由芯片cd4017控制.每一个led灯盘都是一个发光二极管,只有正向导通时才会亮.cd4017在555的控制下让这10个led灯盘的在每一时刻,只有一个灯会亮.由555控制cd4017的使能端,在每一时刻,cd4017的输出端(既连接led灯盘的10个地方)只有一个输出端会产生高电平,也就是说每一时刻都只有一个灯亮.而在下一时刻(由于555的控制),使得cd4017的另一个输出端为高电平.既亮的为另外一个led灯.这样就使10个led灯盘围绕成一个灯盘.在电路正常工作是.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(调解电路中的电阻)便可以看到我们实验所需要的实验现象了。 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cc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1截止，通过a、b对其充电，2脚电位随上端电压的升高呈指数上升，如波形图所示。 图3-1当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。3.2 cd4017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（o0o9）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、脚，故、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。3.3 led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 实验调试与分析完成电路设计，安装元器件及连好实验结果测试。实验前首先完成以下步骤：1.到达实验室领完导线后，因为我们已经做过仿真，就一个人负责检查导线的好坏一个人负责连电路图。2.同组人连号了电路图后，调试发现未达到实验效果。于是我们开始检查线路的好坏，等等。经检查线路是对的，连接也是对的。3.检查实验仪器和器材是否完好。电源12伏直流电压输出正常，元器件cd4017，555测试其功能均正常，用万用表检查开关，按下时导通均正常。4.但是我们看到了有点现象，只是不明显，而且有点混乱，于是开始算我们的使用器件中的电阻算频率，经过更改电阻我们看见想象越来越明显，最终得到了满足实验要求的实验效果。完成上述步骤后，接通12伏的直流电源，实验现象为：10个led灯依次循环的亮，前期由于速度十分的快，感觉像是同时在亮，后来加大电阻后，有明显改善的效果。按下控制的开关(sw2)后，最后只有1个灯亮，完成了设计所需的要求。测试并分析：第一次将电路图完整接好后，并没有实现全部的设计要求。开始的灯只有半数亮，而且也没有加入开关，控制灯转速的功能也没有实现。接好线路后，从所得出的现象在参考实验前查找好的资料来分析问题出现的原因。因为知道电路图并无问题，估计就是自己在接线时有些不小心，只好重新再来。在第二次接线后，大部分功能已经实现，此时只需在电路的适当地方加以改进即可。因为此次电路设计使用的器件也十分的少，使得电路更加的简洁.led猜盘游戏的设计这个课题重点考察了对数字电路知识的理解和应用，进一步强化和巩固了理论知识的学习，理论和实践相结合，从而更好地掌握所学知识，达到学为所用的目的。第五章 结论 经历差不多一个星期的课程设计结束了。数日来，为了这个设计可谓废寝忘食，在实验室里日出而作，日落而归。除了上网查找相关资料，还要去图书馆查询更详细的介绍. 在这几日里，经历了阶段性成功的狂喜、测试失败后的绝望、陷入困境时的不知所措，重新投入的振作。这样的设计无法孤军作战的，只有通力合作才有可能成功。作者和搭档在数日里的朝夕相伴中培养出了无与伦比的默契和深厚的友谊。参考文献1 白中英.数字逻辑与数字系统.科学出版社。2007 2 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，20083 李海 74系列芯片手册 重庆大学出版社 1999.94 稻叶保。 振荡电路的设计与应用。科学出版社。2004。5 myke predko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附录1电路原理总图：附录2电路元件清单：序号数量符号及参数11c110ufrb.1/.221c210nfrb.1/.231c3100nfrb.1/.241r110kaxial-0.451r20.68kaxial-0.463r34.7kaxial-0.471r4(滑动变阻器)100kaxial-0.481 r5(滑动变阻器)5kaxial-0.491r60.1kvr5102a1、a2555dip-8111u14017dip-161211d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8、d9、d10、d11led-redxtal1131s1sw-spstsip214若干导线略略附录3cd4017bd原理图 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（o0o9）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（o1o9）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。 图7-3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。 图7-4555时基集成电路各管脚的作用：脚是公共地端为负极；脚为低触发端tr，低于13电源电压以下时即导通；脚是输出端v，电流可达2000ma;脚是强制复位端mr，不用可与电源正极相连或悬空;脚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0.01f电容器接地;脚为高触发端th，也称阈值端，高于2/3电源电压发上时即截止