led猜盘游戏机论文

1、 郑州科技学院数字电子技术课程设计 题 目 LED猜盘游戏机 学生姓名 申 明 康 专业班级 电气工程及其自动化一班 学 号 201247020 院 （系） 电气工程学院 _ 指导老师 李 杰 完成时间 2014年5月9日 目 录绪论11 设计内容要求12 工作原理13 设计原理图24 系统各模块工作原理24.1 时钟振荡脉冲发生电路模块25 电路及系统调试75.1 仪器75.2 调试方法75.3 调试出现的故障75.4 测试结果及分析76 元器件选择87 电路仿真图108 总结与展望10参考文献12附录1：实物图12附录2：元器件清单13绪论这次课程专门设计了一种简易的可控LED猜盘游戏。利

2、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。 转盘游戏是一种非常有趣的游戏，在很多稍微大点的游戏城里都可以看到。例如老虎机、转盘大猜猜。而课程设计的LED转盘游戏，虽然结构简单、但原理却是和老虎机一样的。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

3、，最后停下已猜中。该电路简单，焊接起来也来比较容易。实验中也加强了对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。1 设计内容要求系统有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。2 工作原理第一个555芯片构成单稳振荡电路。可以作为一个计时电路，第二个555芯片构成无稳态多谐振荡电路

4、。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。第一个555芯片输出的高电平，促发产生方波。 4017芯片接受到震荡电路的方波后，译码器对输入信号进行时序编排，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。 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

5、周期。3 设计原理图该课程设计题目是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。4 系统各模块工作原理4.1 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，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。第一个555芯片输出的高电平，促发产生方波。 图4.1-1 555管脚图 图4.1-2 模块电路仿真图555定时器工作时

6、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VI12/3VCC，VI21/3VCC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VI12/3VCC，VI21/3VCC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。   &

7、#160;  当VI12/3VCC，VI21/3VCC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VI12/3VCC，VI21/3VCC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

8、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4.2 CD4017时序分配电路模块图4.2.1  CD4017引脚图 图4.2.2 时序分配模块仿真图CO：进位脉冲输渊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     

9、; 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

10、链的下级脉动时钟。 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。C

11、P0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。设置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。4.3 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。图4.3 LED模块仿真图5 电路及系统调试5.1

12、 仪器：示波器、函数信号发生器、万用表5.2 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。5.3 调试出现的故障 仿真电路的时候电路运行很成功，第二天就进行了实物焊接，焊接完成后接通电路发现十个LED灯均不亮，仔细检查电路后确定电路的焊接并没有问题，完全是按照仿真电路图来连接的，最后在老师的帮助下才发现cd4017bd芯片的8引脚和16引

13、脚以及震荡电路中的555芯片的8引脚没有接入电路，原因是在仿真电路中这三个引脚是默认接入电路的，所以在焊接时没有发现这个问题，霸者三个引脚都成功接入电路以后10个LED灯均亮，但是问题又出现了，理论上这十个LED灯在一定周期内闪动然后速度减慢，直至停止在某个灯上，但现在10个LED灯闪动的频率太快，也一直不停，最后在老师的指导下通过调节电容的以及电位器阻止大小，最终实验与理论结果取得了一致。5.4 测试结果及分析调节电位器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

14、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 LED1 l 也点亮(在该电路中没有用到该引脚，所以只作了解)，该 LED ll 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 LED 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，

15、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、tlA555LM555SL555 等均可。IC2 只是一个标准的16脚双列插座，RP可选用 10k线性电位器，电阻全部采用 l /4W 金属膜的，发光二极管 LED l LEDl0 采用3mm 的，LED ll 采用5mm 的，前者可用红色，后者可用绿色，以示区别。 具体安装时， LED l LED 重 0 可按 Y0uY9 的顺序排列，测试时更醒目些。电路只要元器件良好

16、，且焊接无误，一般不需调试即可正常工作。然后找一些合适的塑料板将该检测仪做成如上图成品所示的样子即可投入使用。6.元器件选择本次设计中，运用到了NE555芯片，CD4017芯片、LED灯以及电阻、电容、导线若干。 NE555简介 555定时器是一种模拟-数字混合式集成定时器，555 定时器成本低，性能可靠，外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路，在工业控制等方面也有很广泛的应用。它的内部结构图以及管脚图如图4.1.1所示。 图6-1 NE555内部结构图以及管脚图它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个&#

17、160;RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3。  555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC

18、 /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。  NE555的各个引脚功能如下：  1脚：外接电源负端V

19、SS或接地，一般情况下接地。  8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5V 至16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3V至18V，一般用5V。  3脚：输出端Vo。  2脚：低触发端。  6脚：TH高触发端。  4脚：是直接清零端。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。  5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F

20、电容接地，以防引入干扰。  7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。7 电路仿真图8 总结与展望通过这一周的课程设计，我对一些专业知识和电子设计有了更深的了解，同时也尝试着去应用自己的所掌握的知识。本次电子课程设计主要是对本学年学习的模拟电子技术和数字电子技术的应用，同时加上电路等知识，设计一些课题。经过几天的奋战,我感受很深.通过这次课程设计学到了很多。这不仅提高了同学的同手能力，而且有效地巩固了我们对知识的记忆和理解，无论是焊接还是调试，在其中都要求实验者必须认真，而且要有怕失败的毅力。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

21、补充，互相信任，互相提醒，在调试中把握成功的方位。在设计的过程中我们也不可避免的遇到了很多的问题.尤其是在调试过程中,会因为某些原因产生错误,或二个人在设计的环节出现了意见分歧,但在最后都达成了一致. 最后在调试结果出来后,我们更是无比的兴奋,无比的自豪.总之,通过这次电子课程设计,我不仅对自己的知识有了更好的掌握和应用,更了解到团队精神的力量.在以后的学习和生活中受用终身。 另外，尽管课程设计是在期末才开始，我们的教材学习完毕，掌握许多知识，但是还有很多地方理解领悟不到位，由于对555电路相关章节未能掌握以致用到秒脉冲产生电路无法自行设计，只得参考其他文献，在EWB中试行操作，逐步摸索。此外，搭接电路时LED灯无法正常循环闪烁，在计算机仿真模拟过程中，由于不明原因，LED灯只亮一盏或几盏，无论EWB中开关控制，还是无法正常闪烁，最后还是调了滑阻这时LED灯才正常循环闪烁。 综上所述，课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是