投弹游戏机设计

1、长 沙 学 院数电课程设计说明书题目投弹游戏机系(部)电信系专业(班级)电气工程姓名学号指导教师起止日期2014.6.23-2014.6.28数字电子技术课程设计任务书(18)系（部）：电子与通信工程系 专业：电气工程 指导教师：课题名称投弹游戏机设计设计内容及要求基本要求10个LED顺序点亮（移动速度可变），如果能够在点亮的同时将小球投中目标，则发出1000Hz庆贺声主要参考元器件555，CD4017，CD4001设计工作量1、系统整体设计；2、系统设计及仿真；3、在Multisim或同类型电路设计软件中进行仿真并进行演示；4、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、仿真分析、调试过程，

2、参考文献、设计总结等。进度安排起止日期（或时间量）设计内容（或预期目标）备注第一天课题介绍，答疑，收集材料第二天设计方案论证第三天进行具体设计第四天进行具体设计第五天编写设计说明书教研室意见 月 日系（部）主管领导意见年 月 日长沙学院课程设计鉴定表姓名学号专业班级设计题目投弹游戏机的设计指导教师指导教师意见：评定等级： 教师签名： 日期： 答辩小组意见：评定等级：答辩小组长签名：日期：教研室意见：教研室主任签名： 日期： 系（部）意见：系主任签名：日期：说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；目录前言5一设计的内容与要求61.1设计题目：投弹游戏机61.2设计任务61

3、.3设计目的6二设计方案6三系统组成及工作原理73.1 555脉冲形成的电路设计73.2计时器及LED显示部分73.3 延时电路83.4 音频振荡电路93.5 系统总图及原理10四 实验调试与仿真104.1 仿真调试104.2 分析结果11五实验心得与体会12六 参考文献12 14 前言随着现代电子技术的发展，人们正处于一个信息时代。现代信息的存储、处理和传输越来越趋于数字化。在人们的日常生活中，常用的计算机、电视机、音响系统、视频记录设备、长途电信等电子设备或电子系统，无一不采用数字电路或数字系统。因此，数字电子技术的应用越来越广泛。投弹游戏机是一种新型数字游戏，是采用模块化设计、分模块化安

4、装调试等方法设计制作的一种游戏机，它采用555构成的无稳态多谐振荡器，十进制计数器（CD4017），R-S触发器电路（CD4001），音频震荡器(CD4001)，喇叭驱动电路设计而成。由555芯片组成无稳多谐振荡器产生时钟脉冲，经CD4017十进制计数器，使10个LED顺次点亮，在LED点亮的同时如果小球投中移动的目标，就会产生一驱动信号，触发R-S触发器和延时电路，延时约5秒,再经音频振荡器，发出一定频率的祝贺声。 一设计的内容与要求 1.1设计题目：投弹游戏机 1.2设计任务 (1)利用NE555，CD4017，CD4001等元器件，运用所学的知识设计电路。 (2)10个LED顺序点亮。

5、(3)如果能够在点亮的同时将小球投中目标，则发出1000Hz庆贺声。 1.3设计目的 学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握数字电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。 学会投弹游戏机的设计方法和如何改变相关参数以变化投弹游戏机状态的方法，进一步加深对无稳态多谐振荡器，十进制计数器，R-S触发器电路,音频振荡器，喇叭驱动电路的理解。 二设计方案 1.利用NE555构成占空比及频率可调的脉冲发生电路（多谐振荡电路）； 2.由CD4017计数器对由NE555产生的脉冲进行编码、译码和分配工作，其输出信号用于控制LED的点亮； 3.利用CD4001因投弹产生的信号进行延时控制LE

6、D灯亮时长，并由CD4001中的或非门构成的音频振荡器驱动蜂鸣器，发出一定频率的祝贺声。其工作的原理框图如图2.1所示 LED显示 十进制移位计数 555脉冲形成电路 无稳音频振荡器 扬声器 按钮 延时电路 图2.1 投弹游戏机设计框图 1）555脉冲形成电路：由555芯片、电阻和电容组成占空比可调的无稳态多谐振荡器,产生时钟脉冲； 2）十进制移位计数器：使10个LED顺次点亮； 3）LED显示；  4）按钮：在小球投中时,产生一脉冲信号； 5）延时电路：产生的脉冲信号,经延时电路延时5秒左右； 6）无稳音频振荡器：振荡产生1000Hz左右的音频信号； 7）扬声器：发出小球投中的“祝

7、贺”音响；  三系统组成及工作原理 3.1 555脉冲形成的电路设计555芯片是一种模拟-数字混合电路芯片，555定时器是由与非门和两个电压比较器及其他元件组成集成块经常用来构成定时电路或矩形波、方波产生电路，本设计使用它构成无稳态多谐振荡器，当直流电源接通后，电源通过R1.R2对电容C1充电。当电容C1充电到电源电压的2/3 VCC时，电容开始经R2、管脚7对地放电。当电容C1放电到电源电压的 1/3 VCC时，7脚内部断开，电源又开始对电容充电。如此重复上述过程，在3脚可输出矩形波。矩形脉冲发生器的设计电路图 3.2计时器及LED显示部分 由于要使L

8、ED依次移动，故选择十进制计数器CD4017，CD4017是由计数器和译码器两部分电路组成。CD4017有3个输入端：复位端R，时钟端CP（上升沿输入端）和时钟端CPE（也叫EN，下降沿输入端）；有十个译码输出端：Q0Q9。在复位状态时，只有Q0表现为高电平“1”状态，其它端均为低电平“0”状态。另外还有进位输出端OC，用于级联以构成多位计数器。 CD4017的管脚排列及真值表如图3.21所示：图3.21CD4017的管脚排列及真值表 在选择上升沿作用后，该器件的10个译码输出通常处于低电平且在时钟脉冲由低到高的转换过程中依次进入高电平;每个输出在高电平维持10个时钟周期中的1个时钟

9、周期;第10个输出进入低电平后,进位输出端OC由低电平转换到高电平,并能与时钟允许端连接成n级，以构成多位计数器，实现更广的计数功能。CD4017又称时序脉冲分配器。它的功能是在时钟脉冲的作用下，实现顺序脉冲产生功能，整个输出时序是Q0Q1Q2Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。这种计数器的两个时钟输入端CP和EN。当EN端接低电平时，计数脉冲由另一输入端CP输入，在脉冲上升沿时触发计数；当CP端接低电平时，计数脉冲由EN端输入，在脉冲下降沿触发计数。另外，该计数器有复位清零功能，CD4017的复位端是高电平有效，当清零端R接高电平时，输出端Q0输出高电平,将输出初始化，而Q1Q

10、9输出低电平。CD4017计数器的时序波形图如图3.22所示：图3.22 CD4017时序波形图 3.3 延时电路 电容延时电路由或非门CD4001构成 电容延时电路如图3.3所示：图3.3电容延时电路输入信号由上图U1A的悬空端输入，当该端接收到一个脉冲信号时,输出端OUT（即U1A的输出端）输出低电平，R-S触发器另一输出端（U1B的输出端）由低电平变为高电平，并通过R给C充电，延时约秒，R-S触发器OUT端由低电平变为高电平，使R-S触发器翻转，OUT端由低电平变为高电平，完成延时过程。 3.4 音频振荡电路 音频振荡部分由或非门CD4001组成，其电路如图3.4所示： 图3.4 音频振

11、荡电路 该电路通过C和R的反馈和反复充放电过程来实现触发器连续不断地翻转，从而使OUT（即图中的U1C的输出端）产生振荡信号，进而驱动下面的蜂鸣器部分电路。 3.5 系统总图及原理 投弹游戏机的电路图如图3.5所示图3.5 投弹游戏机的电路图 如上图所示，当开关键A闭合后，NE555芯片开始工作，产生一定频率及占空比的矩形波，其频率由RP1、R2、C2，实现功能后可调节电位器RP1来改变矩形波的频率和占空比。555输出的矩形波由管脚3输出到CD4017的CP输入端（上升沿触发），此时CD4017开始工作计时，该芯片的复位清零端（15脚）在由C2和R2构成的微分电路上电后立即变成低电平，不再工作

12、于复位状态，即计数器正常计数，当输入端接收第一个脉冲上升沿时，Q0输出端立即跳变为低电平，与此同时，Q1输出端跳变为高电平以驱动发光二极管LED1，当输入端再接收一个上升沿脉冲时，Q1则变成低电平，其对应的二极管熄灭，同时Q2变为高电平，LED2点亮如此循环，实现了十个LED灯的顺序循环点亮。当在某个灯亮期间闭合与该灯对应的开关时，联系CD4001的桥梁即连通了，使得由计数器对应的高电平使CD4001中的电容延时电路开始工作，不断地进行电平翻转和R10和C7放电，实现延时功能，从而使被投中的那个灯延长点亮时间；再由Y2输出端触发音频振荡电路工作，使之驱动蜂鸣器发出一定频率的声响，从而使电路的功

13、能更加完善，其中LED13用来显示延长时间及蜂鸣时长。四 实验调试与仿真 4.1 仿真调试 电路仿真图如图4.1所示图4.11仿真波形图根据仿真图的结果，555输出方波，设计方案可行。 图4.12仿真LED图 电路仿真时，在开关未闭合的状态下，LED110循环点亮，但LED13不会亮，蜂鸣器也不会响。 图4.13仿真LED图 将开关J3闭合，可以发现当LED灯循环点亮到J3时，LED13将会点亮，此时蜂鸣器也会响。 4.2 分析结果 在闭合开关后，可以发现555定时器工作正常，示波器上有方波出现，在没有闭合J1J10开关时，LED1LED10将会循环点亮，但LED13不会亮，在闭合J1J10开

14、关中的任何一个，LED13都会点亮，此时蜂鸣器也会响起。五实验心得与体会通过本次课程设计，我学到了很多知识，明白了很多的道理。在刚拿到这个课题时，感受最多的是茫然与无助，不知道如何下手。经过一个下午的查找资料，对这个课题有了大概的了解，理清了思路。但是实践起来往往比想象中难很多。首先是对Multisim10.0这个软件的不熟悉，在摸索了很久之后，才逐渐掌握是用的方法，还有就是自己对所学的知识掌握的不够牢固，不能完全把学到的知识运用到实践中来。通过这次课程设计使我懂得了只有理论知识是远远不够的，理论与实际相结合是很重要的，要把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的

15、能力。在这次课程设计中，我也遇到了很多的问题，但是这些问题我们还是解决了。在仿真中，开关J3到J8开关闭合后，就再也打不开了，这个问题困扰了我很久。最后在移动了几次开关后，我才发现，是由于自己在排版上安排的不够合理，将开关排列的太密集，导致开关连接在一起了。知道问题所在后，将电路改动后，电路又能正常运行了。其实在课程设计中不可能不出现问题，但是不能将其放置一边，不去管它，要努力的将电路中出现的问题解决掉，自己也能从中获取更多的知识，在完成后续的工作时，也能避免自己犯同样的错误。这次课程设计中，我知道了自己现在知道的东西远远不够，在今后的学习中，我需要更加的努力，只有不断地努力，才能让自己更加充实！六 参