数电课设LED猜盘游戏分析方案.docx
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数电课设LED猜盘游戏分析方案
课程设计说明书
课程设计名称:
脉冲数字电路课程设计
课程设计题目:
LED猜盘游戏
学院名称:
信息工程学院
专业:
电子信息工程班级:
学号:
姓名:
评分:
教师:
2013年11月27日
脉冲数字电路课程设计任务书
2018-2018学年第一学期 第12周-13周
题目
LED猜盘游戏
内容及要求
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,然后速度逐渐变慢,最后停下,若最后停在所猜测的LED灯上,则为赢。
进度安排
1)10月8至9日确定工程、方案,并设计出原理图
2)10月10日进行仿真调试,并将工作原理图交由老师审批
3)10月11日领取元器件并开始焊接
4)10月14至15日进行调试
5)10月17日上交作品
学生姓名:
指导时间2018年10月11至15日
指导地点:
任务下达
2012年10月8日
任务完成
2012年10月17日
考核方式
1.评阅□2.答辩□3.实际操作□ 4.其它□
指导教师
系<部)主任
注:
1、此表一组一表二份,课程设计小组组长一份;任课教师授课时自带一份备查。
2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
摘要
转盘游戏是一种特别有意思的游戏,它突出了事件的随机性,人们根据这种不确定性事件的等可能发生性进行猜测,然后通过转盘开始旋转直至停下,来验证猜测是否准确。
近年来,由简单的猜盘逐渐发展到益智转盘游戏、猜奖、老虎机等等不同形式,广受大家的喜爱。
因此,本次课程设计采用数字电路知识,利用时钟振荡脉冲进行计数并控制发光二极管的亮灭来简单实现转盘游戏的功能。
本次设计中,采用两片NE555芯片以及一片CD4017脉冲分配器来完成设计要求。
该方案利用NE555定时器构成单稳触发器和多谐振荡器,构成时钟脉冲发生电路模块,CD4017实现时序分配模块,LED实现显示模块。
时钟振荡电路控制脉冲信号的时间长短和频率,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停止在某一盏灯上。
关键词:
LED猜盘游戏,NE555,CD4017,时钟振荡脉冲,时序分配
目录
第一章设计的目的及要求
1.1设计目的········································1
1.2设计要求········································1
第二章方案比较及确定
2.1设计要求分析····································2
2.2方案比较········································2
2.2.1方案一···································2
2.2.2方案二···································4
2.2.3方案三···································5
2.3方案确定········································6
第三章系统组成及工作原理
3.1系统构成········································7
3.1.1时钟脉冲发生端····························7
3.1.2时序分配端································7
3.1.3显示端····································8
3.2工作原理········································8
3.3参数计算········································9
第四章器件选择
4.1NE555···········································10
4.2CD4017··········································13
4.3LED·············································14
第五章系统调试及测试结果分析
5.1系统调试········································15
5.1.1仿真调试··································15
5.1.2实物调试··································15
5.2焊接及结果分析··································16
结论····················································17
参考文献················································18
附录一··················································19
附录二··················································20
第一章设计目的及要求
1.1设计目的
(1)学会并掌握脉冲数字电路设计的基本方法
(2)能运用NE555计时器、CD4017脉冲分配器实现LED转盘游戏的设计
(3)掌握焊接的基本要领
1.2设计要求
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,然后速度逐渐变慢,最后停下,若最后停在所猜测的LED灯上,则为赢。
第二章方案比较及确定
2.1设计要求分析
1.系统组成
1)时钟脉冲发生端
2)时序分配端
3)功能显示端
2.系统框图
图2.1系统框图
2.2方案比较
众所周知,要实现具有一定功能的电路,可以采取多种不同的方案。
在众方案中,应力求选择一种最简单、实用、稳定性好并且较为经济的方案。
同理,实现该设计要求可以运用很多种方法,本文仅列举出其中三种进行比较,比较方案如下:
2.2.1方案一
本电路包括四部分:
1.单稳态电路
2.多谐振荡器
3.时序分配电路
4.显示模块
第一部分采用CD4011与非门构成的单稳态电路。
<如图2.2.1.1所示)
第二部分采用NE555构成多谐振荡器。
第三部分采用CD4017实现脉冲分配。
第四部分采用LED灯实现结果的显示。
图2.2.1.1由CD4011的两个与非门构成的单稳态电路原理图
仿真图如图2.2.1.2所示:
图2.2.1.2方案一实现功能仿真图
2.2.2方案二
本电路包括三部分:
1.单稳态电路
2.多谐振荡器
3.时序分配电路
4.显示模块
第一部分采用NE555构成单稳触发器。
第二部分采用由晶体管构成的多谐振荡器。
<如图2.2.2.1所示)
第三部分采用CD4017实现脉冲分配。
第四部分采用LED实现结果显示。
图2.2.2.1晶体管构成多谐振荡器原理图
仿真图如图2.2.2.2所示
图2.2.2.2方案二实现功能仿真图
2.2.3方案三
本电路包括三部分:
1.单稳态电路
2.多谐振荡器
3.时序分配电路
4.显示模块
第一部分采用NE555构成单稳触发器。
<如图2.2.3.1所示)
第二部分采用NE555构成的多谐振荡器。
第三部分采用CD4017实现脉冲分配。
第四部分采用LED实现结果显示。
图2.2.3.1由555构成的单稳态电路
仿真图如图2.2.3.2所示
图2.2.3.2方案三实现功能仿真图
2.3方案确定
可以看出,三种方案的脉冲分配端以及结果显示端是一样的,差别在于脉冲发生端的设计。
方案一电路采用CD4011的两个与非门实现单稳触发器电路,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。
通过仿真可以知道,该电路能够实现LED灯的旋转,但是有时会停在两盏灯上,所以不可靠。
方案二中,采用两个三极管实现多谐振荡,也能够基本实现功能,但是其随机性太强,不易控制时间,而且,三极管是怕热元器件,与NE555插槽相比,其焊接技术要求更高。
方案三中只用了两个NE555即可构成脉冲发生端,电路比较常见,使用广泛,稳定性及可控性都较强,其焊接要求也比较低。
可见,三种方案中方案三设计比较合理,且价格比较低廉,因此采用方案三作为本次的原理设计方案用以实现LED转盘游戏。
第三章系统组成及工作原理
3.1系统组成
3.1.1时钟脉冲发生端
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3.1.1所示。
图3.1.1
3.1.2时序分配端
图3.1.2
图3.1.2所示是用CD4017十进制计数器,作为十分频来使用,实现脉冲分配的功能。
3.1.3显示端
由十个LED灯组成。
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3.1.3所示。
图3.1.3结果显示端
3.2工作原理
按照本次设计的要求,设计的工作原理图如图3.2所示:
图3.2工作原理图
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。
系统电路如图3.2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,然后逐渐停止。
3.3参数计算
<1)计算单稳触发器周期的公式:
Tw≈1.1RC
当调动滑动变阻器为R1=50kΩ时,得
Tw≈1.1RC=1.1*50kΩ47uf=2.6s
<2)计算多谐振荡器周期的公式:
Tw≈0.7* 此处R3=4.7kΩR4=100kΩC3=100nf Tw≈0.7*<4.7kΩ+2*100kΩ)*100nf=0.014s 第四章器件选择 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。 4.1NE555 1.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4.1.1NE555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
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- 数电课设 LED 游戏 分析 方案