LED猜盘游戏.docx

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LED猜盘游戏

课程设计说明书

课程设计名称：

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：

班级：

学号：

：

评分：

教师：

2015年月日

脉冲数字电路课程设计任务书

2014－2015学年第一学期　第1周－3周

题目

LED猜盘游戏

容及要求

系统有10个LED组成轮盘，开场前，先猜想某个LED，然后按下按钮，LED高速旋转，然后速度逐渐变慢，最后停下，假设最后停在所猜想的LED灯上，那么为赢。

进度安排

第1周周一至第1周周五：

查资料，完成原理图设计及仿真；

第2周周一至第2周周五：

完成系统的制作、调试；

第3周：

制作结果检查，撰写报告。

学生：

指导时间2014年9月9至14日

指导地点：

E610

任务下达

2014年9月7日

任务完成

2014年9月25日

考核方式

1.评阅□　2.辩论□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、课程设计完毕后与“课程设计小结〞、“学生成绩单〞一并交院教务存档。

摘要

LED猜盘游戏转盘游戏是一个比拟考验运气的游戏，它表现了事件的随机性，人们根据自己的选择猜想,然后通过转盘开场旋转直至停下，来验证猜想是否准确。

现在猜盘游戏广泛用于各种中奖活动，甚至老虎机都是猜盘游戏的原理。

本次设计中，采用模块化设计方案利用NE555定时器构成多谐振荡器，CD4510、CD4028芯片计数译码电路模块，LED灯显示结果。

开启开关后10盏LED灯高速旋转最后停顿在某一盏灯上。

关键词：

時钟震荡，脉冲，循环，计数，译码

附录三元件清单..................................................................................................14

前言

科技是第一生产力，科技开展了，人民生活才能提高。

猜盘游戏以前是由人工旋转转盘，最后决定成功与否。

现在可以开展了，猜盘游戏也已经升级成芯片控制。

随着现在人们生活质量提高，各种抽奖活动层出不穷。

所以就有了LED猜盘游戏。

本次课程设计工程LED猜盘游戏，通过合理使用芯片，运用数字电路知识。

理论与实践相结合，完成一个由芯片控制，可以正转，反转，翻转的LED猜盘游戏。

拟采用方案如下：

方案一：

使用两个555芯片，第一个555芯片为单稳态触发器产生脉冲。

第二个555芯片为多谐振荡器产生方波。

10盏LED灯按照顺序点亮。

关掉开关后LED灯闪烁速度逐渐变慢，最后停顿。

根据事先选中的灯与最后结果判断输赢。

方案二：

使用一个555芯片作为多谐振荡器产生方波，CD4510同步加减计数器与CD4028译码器并添加了一个双D触发器CD4013，用于改变计数器的加、减计数。

选中某盏灯之后，将该灯下方开关拨下，然后开启总开关。

LED灯按顺序点亮，关掉开关后，LED灯速度逐渐变慢，最后停顿。

假设猜中，那么指示灯亮起，为赢。

假设未猜中，那么指示灯不亮，为输。

第一章系统设计方案选择

1.1方案一

该方案分为四局部第一局部采用NE555构成单稳触发器。

第二局部采用NE555构成的多谐振荡器。

第三局部采用CD4017实现脉冲分配。

第四局部采用LED实现结果显示。

图1.1.1方案一实现功能仿真图

1.2方案二

方案二采用CD4510同步加减计数器与CD4028译码器并添加了一个双D触发器CD4013，用于改变计数器的加、减计数。

开关开启后，电容充电，555芯片产生矩形波，经计数译码后，使得10个发光二极管顺序发光。

断开开关后，充放电电容开场放电，使各个芯片逐渐停顿工作。

高速转动的LED灯慢慢变慢直至停顿在某盏灯。

图1.2.1方案二实现功能仿真图

1.3方案确定

可以看出，两种方案的脉冲分配端是一样的，差异在于脉冲发生端的设计。

盒中间控制电路的不同。

方案一中用了两个NE555即可构成脉冲发生端，电路比拟常见，使用广泛，稳定性及可控性都较强，其焊接要求也比拟低。

但缺点是最后猜中与否是依靠人工来确定，而且LED灯只能依照一个方向转动。

方案二中采用更多的控制芯片，能够控制好LED亮灯的方式，且是依靠电路控制判断猜中与否。

还能改变LED灯的循环方式。

两种方案中方案二设计比拟合理，并且完全符合电路要求。

因此采用方案二作为本次的原理设计方案用以实现LED猜盘游戏。

第二章系统组成及工作原理

2.1总体设计思路

2.2电路各模块设计

2.2.1多谐振荡器电路

图2.2.1.1多谐振荡器电路图图2.2.1.2多谐振荡器波形图

多谐振荡器只有两个暂稳态。

在电路处于一暂稳态后，经过一段时间后自动触发翻转到另一暂稳态。

两个暂稳态自行相互转换而输出方波。

经过计算分析得出

振荡周期T=（R1+2R2）Cln2

输出高电平时间T=（R1+R2）Cln2

输出低电平时间T=R2Cln2

电路的振荡周期T、占空系数D，仅由外接元件R1、R2和C有关，不受电源电压的影响。

改变R1、R2，即可改变占空系数。

改变电容C的值可改变周期，而不影响占空比。

2.2.2同步加减计数器与译码器

图2.2.2.1同步加减计数器〔左〕译码器〔右〕

加减计数电路由可逆加减计数器CD4510构成，CD4510为可预置8421BCD可逆计数器，该器件主要由四位具有同步时钟的D型触发器有可预置、加减计数器和多片级联使用等功能。

CD4510具有复位CR、置数控制LD、加减控制U/D、CP时钟等。

CR为高电平时，计数器清零，当LD为高电平时，D0~D3上的数据置入计数器中，CI控制计数器的计数操作，当CI=0时，允许计数，此时，假设U/D为高电平，在CP时钟上升沿计数器加一计数；反之，在CP时钟上升沿减一计数。

译码器由CD4028芯片来完成。

CD4028可将BCD码译为十进制码。

利用其中的三位二进制输入，可驱动八进制码输出。

输出可驱动LED灯显示相应的十进制数。

CD4028还具有拒伪码功能，当输入代码超过1001时，输出端呈现出低电平。

由4个译码输入端A0，A1，A2，A3输入的为8421BCD码，而计数器4510为其提供BCD码，Q0~Q9为译码输出端，高电平有效。

2.2.3电容充放电电路

图2.2.3.1电容充放电电路图

滑动变阻器R1用来限制电流的，其目的是为了保护好电解电容，另外可以通过改变阻值来改变灯旋转的快慢。

其中二极管是起单向导电的作用，即当开关闭合时只对电容充电，断开时，电容通过二极管放到电。

2.2.4LED显示电路

图2.2.4.1LED显示电路

将10个LED灯分别连在CD4028的十个译码输出端并将它们的负极连在同一个电阻上就构成了发光电路。

并且在开关后面参加一个LED指示灯，如果猜中，那么灯亮。

如果不中那么指示灯不亮。

第三章参数设计

3.1电容充放电时间参数

V0为电容上的初始电压值；V1为电容最终可充到或放到的电压值；

Vt为t时刻电容上的电压值。

那么Vt=V0+〔V1-V0〕×[1-exp（-t/RC）]

V1=5v,V0=0v,Vt≈5v

t=470uf×5kΩ×Ln[（5-0〕/（5-5）]=2.35s

3.2多谐振荡器周期参数

Tw≈1.1×〔R3+2R4〕×C3

此处R3=4.7kΩR4=10kΩC3=1000nf

Tw≈1.1×〔4.7kΩ+2×10kΩ〕×1000nf=0.027s

3.3电路仿真图

图3.3.1电路仿真图

开关闭合后，555芯片产生方波，同时电源给电容充电。

方波传递给计数器，经过编码计数后传递给译码器，译码器经过译码再输出到10盏LED灯上。

LED灯按顺序点亮。

关闭开关以后，电容放电，LED等逐渐停顿。

第四章电路的焊接与调试

4.1电路焊接

由于芯片比拟多，涉及到较多跳线的情况，且电路板较小，所以焊接比拟紧凑，但容易产生互相接触短路现象。

①先在电路板上按照原理图放上元件并根据位置大小适当调整。

②焊接时先将元件固定在电路板上，再进展元件之间的焊接。

③把元件焊接完整。

注意烙铁焊接时间接触不易过长。

时间过长容易因为温度过高损坏元件。

④注意不虚焊，使用锡丝拖锡完成焊接。

假设软件间阻挡不能拖锡，使用导线完成连接

4.2电路调试

电路调试按照四个功能模块进展逐个检查调试，电路采用模块化电路搭建，电路由多谐振荡电路、计数电路、译码电路、电容充放电电路、发光电组成。

电容充放电电路使用示波器进展检查。

接通电源后，示波器显示图4.2.1所示即电容充电正常

图4.2.1电容充电示波器波形

多谐振荡器电路采用示波器检查，假设出现图4.2.2所示方波，那么电路正常工作

图4.2.2方波示波器波形

计数器和译码器使用函数信号发生器进展检查。

将函数信号发生器接入计数器输入端。

观察10个LED灯是否按顺序点亮。

如果符合要求那么电路正常。

且LED显示电路也正常。

经过检测发现接入电源以后LED灯只有一个亮，其他都没有亮，没有到达流水灯的效果。

用万用表检测发现时计数器9管脚没有接入地，经过改正。

LED灯成功按要求显示.LED灯有时会在两个灯之间来回闪烁，说明电路还存在短路或断路情况，由于元器件多，电路较复杂。

能初步实现工程设计要求。

小结

经过调试与改成，成功的制作出了LED猜盘游戏，并且具备正转，反转，正反交替转动。

经过本次课程设计，发现了自己在知识点存在问题，对一些具体细化的东西不是很清楚，查找了很多书籍和网上资料。

经过排查和筛选，最终选定方案后。

才稍微放松。

同时通过本次课程设计，更加了解了CD4028，CD4510两个芯片的具体作用，为以后的学习生活增加了经历与见识。

从焊接电路方面，本次焊接除了一两个管脚漏焊，跳线偶有接触的情况外。

并没有发生其他的虚焊的短路情况。

相比以前焊接完以后找不出不成功的原因，这次已经成功了很多了。

增加了自己对焊接电路的信心。

以后可以多进展此类活动，稳固了课堂上学习的理论知识，同时增加自己的实践动手能力。

参考文献

[1]阎石.数字电子技术根底.：

高等教育，1997.

[2]华容茂、盛过军.电工电子技术实习与课程设计[M].电子工业，2000.

[3]骆雅琴.电子技术辅导与实习教程.：

中国科学技术大学，2004.

[4]康永华.电子技术根底：

数电局部.第四版.：

高等教育，2000

[5]贾达.数字电子技术根底.：

化学工业，2001.

[6]良荣.现代电子设计技术—基于Multisin72001.：

机械工业，2004.

附录一实物图

图7.1电路实物图正面

图7.2电路实物图反面

附录二PCB板图

附录三元件清单

名称

型号

数量

芯片

NE555

1个

CD4028

1个

CD4510

1个

CD4013

1个

电容

470uf

1个

1uf

1个

电阻

100Ω

2个

可变电阻

20k

2个

开关

拨动式

14个

LED

red

11个

插槽

16脚

2个

8脚

1个

14脚

1个

二极管

IN4007

1个

电阻

4.7k

1个