数字逻辑课程设计LED猜盘游戏

数字逻辑课程设计是对我们所学知识的一次实践检验，目的在与培养我们测试电子电路和使用电子仪器的能力。所选课题LED猜盘游戏，主要使用在有10个LED组成的轮盘，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，最后停下已猜中。该电路简单，焊接起来也来比较容易。该电路由两片555芯片、一个CD4017、开关、10个LED发光二极管和若干电阻及电容组成，焊接完成后能实现课设的基本要求。 关键词:设计、使用、测量、培养目录摘要 3前言第一章 5 2.1设计要求 52.1电路方案设计 62.3单元电路设计与计算 62.4实验调试及测试结果 6第三章 方案总结7第四章 参考文献8第五章 附录85.1附录1 85.2附录2 9第六章 芯片各引脚及功能图10 6.1 555功能及引脚图 106.2 CD4017功能及引脚图 116.3 CD40171C 的业余检测 136.4 输出端功能符号 14目录前言.第一章 课设要求和内容1.1 课设内容要求1.2 系统的组成及工作原理第二章 课设设计方案.2.1 设计原理图第三章 工作原理及电路设计.3.1 电路设计方案3.2 工作原理3.3 单元电路设计与计算.3.4 实验、调试及测试结果与分析.第四章 方案结论参考文献附录摘要: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。所选课题LED猜盘游戏，主要使用元器件有555芯片、CD4017、LED及电阻电容若干。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，最后停下已猜中。该电路简单，焊接起来也来比较容易。关键词：游戏、旋转、停下前言：课程设计是工科各专业的主要实践性教学环节之一，是围绕一门主要基础课或专业课，运用所学课程的知识，结合实际应用设计而进行的一次综合分析设计能力的训练。通过对电子元器件的识别，性能的测试和对各种电子电路性能指标的测量，巩固所学的电子技术理论知识，学会正确使用仪器和科学地测量电路的方法，并通过综合实验进行电路组装、调试、故障排除等训练，提高实践动手能力。课程设计是针对某一门课程的要求，对学生进行综合性的训练，培养学生运用课程中所学到的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题。“电子技术课程设计”是电子技术课程的实践性教学环节，使对学生学习电子技术的综合性训练，这种训练是通过学生独立进行某一课题的设计、安装和调试来完成的。学生通过动脑动手解决一两个实际问题，巩固和运用在“模拟电子技术”、“数字电子技术”及“单片机原理与应用”等课程中所学的理论知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高设计能力和实验技能，为以后从事电子电路设计、研制电子产品打下基础。第一章 课设内容要求1.1课设内容要求要求：系统有10个LED组成的轮盘，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，最后停下已猜中。提高要求：系统由电压制器（包括自激振荡器+2分频电路），触发器减控制，分频器组成。主要参考元器件：555,74ls73,74ls193,74ls154,74ls001.2系统的组成及工作原理系统有10个LED组成的轮盘，2个555芯片其中第一个555芯片构成单稳态触发器，第2个555芯片构成多谐振荡器，1个CD4017十进制计数器和电阻电容若干等等。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，最后停下已猜中。电路主要元器件：NE555芯片、CD4017芯片、B键开关、发光二极管第二章 课设设计方案2.1设计原理图 多谐振荡器单稳态触发器产生脉冲产生方波合上开头LED高速旋转断开开关只有一个LED亮十进制计数器 表1-1 第三章 工作原理及电路设计电路设计方案 图1-1 3.2工作原理555定时器工作时过程分析如下：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。 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。单稳类电路 多态类电路3.3单元电路设计与计算充电时间为：0.695(R1+R5)C1=0.139s； 放电时间为；0.695 R5 C1=0.0000695s总振荡周期为：0.695(R1+2R5)C1=0.0002085s； 自激振荡频率为：1.443/(RI+2R5)C1=4810s。 3.4实验、调试及测试结果与分析调节电位器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 LEDll 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 IED 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，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 LEDl LEDl0 采用3mm 的，LEDll 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， LEDl 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，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。第三章 方案结论设计，给人以创作的冲动。在画家眼里，设计是一幅清明上河图或是一幅向日葵;在建筑师眼中，设计是昔日鎏金般的圆明园或是今日一塑自由女神像;在电子工程师心中，设计是贝尔实验室的电话机或是华为的程控交换机。凡此种种，但凡涉及设计都是一件良好的事情，因为她能给人以美的幻想，因为她能给人以金般财富，因为她能给人以成就之感，更为现实的是她能给人以成长以及成长所需的营养，而这种营养更是一种福祉，一辈子消受不竭享用不尽。我就是以此心态对待此次电子技术课程设计的，所谓“态度决定一切”，于是偶然又必然地收获了诸多，概而言之，大约以下几点：1、巩固和加强“模拟电子技术”、“数字电子技术”课程的理论知识。2、掌握电子电路的一般的设计方法，了解电子产品研制开发过程。3、提高电子电路实验技能及仪器使用能力。4、掌握电子电路安装和调试的方法及故障排除方法。5、学会撰写课程设计总结报告。6、通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。7、培养创新能力和创新思维。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R5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，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。至于建议，一言以蔽之，大学教育当如此。参考文献【1】陈国华.CD4017集成电路应用200例.北京：人民邮电出版社1996年10月【2】白彦霞，张秋菊.数字电子技术基础.北京邮电大学出版社2009-8-1【3】张兴忠.数字逻辑与数字系统-面向21世纪高等院校计算机系列教材(计算机类). 科学出版社.2004-12-1【4】本文参考来自： 电子技术.3COME文档频道()原文附录1555引脚图 555内部结构 555工作壮态 附录2元件名称元件符号元件个数元件大小555芯片NE5552CD4017芯片CD40171按键JK1电阻R1110kohmR214.7kohmR31100kohmR41680ohmR61100ohm滑阻R5110k电容C1110ufC2110nFC31100Nf发光二极管LED11芯片各引脚及功能555功能及引脚图555定时器由3个阻值为5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中，1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V18V范围内使用。 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。CD4017引脚图 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，并用作多级计数链的下级脉动时钟。CMOS集成电路CD4017C采用标准的双列直插式脚塑封，它的引脚排列如图1所示。CC4017 是国标型号，它与国外同类产品CD4017 在逻辑功能、引出端和电参数等方面完全相同，可以直接互换。其引脚功能如1： 脚(Y5)，第5输出端； 脚(Y1)，第1输出端； 脚(Y0)，第0输出端，电路清零时，该端为高电平； 脚(Y2)，第2输出端； 脚(Y6)第6输出端； 脚(y7)，第7输出端； 脚(Y3)，第3输出端； 脚(vss)电源负端； 脚(Y8)，第8输出端； 脚(Y4)第4输出端； 脚(Y9)第9输出端； 脚(Qco)，级联进位输出端，每输入 10 个时钟脉冲，就可得一个进位输出脉冲，因此进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。 脚(EN)，时钟输入端，脉冲下降沿有效； 脚(CP)，时钟输入端脉冲上升沿有效； 脚(R)，清零输入端，在“R”端加高电平或正脉冲时，CD40171C 计数器中各计数单元输出低电平“0”，在译码器中只有对应“0”状态的输出端 Y0 为高电平； 脚(VDD)，电源正端318V 直流电压。 CD4017 提供了16 引线多层陶瓷双列直插(D)、熔封陶瓷双列直插(J)、塑料双列直插(P)和陶瓷片状载体(C)4 种封装形式。引出端功能符号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：地数字电路CD4017是十进制计数分频器，它的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Q0、Q1、Q2、Q9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（Q0Q9）和1个进位输出端Q5-9。每输入10个计数脉冲，Q5-9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Q0为高电平，其余输出端（Q1Q9）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。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。CD4017有两个时钟端 CP 和 EN，若用时钟脉冲的上沿计数，则信号从 CP 端输入；若用下降沿计数，则信号从 EN 端输入。设置两个时钟端是为了级联方便。CD4017 与 CD4022 是一对姊妹产品，主要区别是 CD4022 是八进制的，所以译码输出仅有 Y0Y7，每输入 8 个脉冲周期，就可得到一个进位输出，它们的管脚相同，不过 CD4022 的 6、9 脚是空脚。CD4017 有 10 个译码输出端 Q0 Q9，它仍随时钟脉冲的输入而依次出现高电平，见图 3。此外，为了级联方便，还设有进位输出端 QC，每输入 10 个时钟脉冲，就可得到一个进位输出脉冲，所以QC 可作为下一级计数器的时钟信号。从上述分析中可以看出，CD4017(它的基本功能是对“CP”端输入脉冲的个数进行十进制计 数，并按照输入脉冲的个数顺序将脉冲分配在 Yo Y9 这十个输出端，计满十个数后计数器复零，同时输出个进位脉冲。我们只要掌握了这些基本功能就能设计出千姿百态的应用电路来。2CD40171C 的业余检测 工厂里对器件进行检测时，都使用专门的逻辑测试仪，而业余电子爱好者不具备这种条件。但 是可以采取搭接电路的方法来对 CD4017 进行 功能判别，至于该器件的电参数只能由器件的品牌来加以保证。对于单只器件使用前最好搭一个简易的电路，让 CD4017IC 参与工作，以检验各功能逻辑是否正常。对于中、小批量 CD4017IC 的检测可以自制一千简易检测仪。其电路工作原理如图 l 5 所示。 它是由时钟发生电路和功能显示电路两部分组成。以 ICl NE555 为核心器件构成自激多谐振荡器。 当电源开关 S 闭合时，电源通过电阻 RI 和电位器 RP 向电容器 C1 充电。当 C1 刚充电时，由于ICl的脚处于低电平，故输出端脚呈高电平；当电源经 R1、RP 向C1 充电到 2/3 电源电压时，输出端脚电平由高变低，ICl 内部放电管导通，电容C1 经 RP 和 ICl 的脚放电，直至 C1 两端的电压低于 13 电源电压时，ICl 的脚又由低电平变为高电平，C1 又再次充电，如此循环工作，形成振荡。出端功能符号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：地真值表输入 输出CP INH CR Q0-Q9 CO H Q0 L LH L计数计数脉冲为Q0-Q4时：CO=HL L H L L L保持计数脉冲为Q5-Q9时：CO=L18