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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流游戏投弹机 098204221.精品文档. 目 录目录1前言2第一章 设计内容及要求 3第二章 设计原理 3第三章 工作原理 5第四章 器件选择及其原理分析 6 4.1 555器件的选择64.2 CD4017十进制/计数器/分配器的选择 64.3 CD4001或非门的选择 7第五章 电路性能特点及测试 95.1 电路性能特点95.2 测试结果与分析9第六章 实验结论及体会9参考文献10附录11A、设备及元件清单 11B、参考电路原理图 12C、仿真截屏图 13前 言数字电子技术是当前发展最快的学科之一,数字逻辑器件已从60年代的小规模集成电路
2、(SSI)发展到目前的中、大规模集成电路(MSI、LSI)及超大规模集成电(VLSI)。相应地,数字逻辑电路的设计方法在不断地演变和发展,由原来的单一的硬件逻辑设计发展成三个分支,即硬件逻辑设计(中、小规模集成器件)、软件逻辑设计(软件组装的LSI和VSI,如微处理器、单片机等)及兼有二者优点的专用集成电路(ASIC)设计。 这次制作的是一个投弹游戏机,通过555组成的无稳态多谐振荡器产生脉冲再利用CD4017分频器将十个LED顺序点亮(移动速度可变),当LED点亮的同时小球投中目标便会发出1000HZ的庆贺声。通过本次设计,不仅仅熟悉了各芯片的功能,还对其引脚也有所了解,并且真正的意识到理论
3、与实践之间的差别。通过实践才能算是从真正实际意义上掌握了所学的知识,并懂得如何应用。在此次设计中也经历了很多,走入了很多误区,但从这些错误也让自己认识到了自己的不足,也深深地体会到做任何事情都要认真仔细,学会与他人合作、懂得团队合作的意义及重要性。第一章 设计内容及要求 设计题目:投弹游戏机设计内容:(1) 、复习数字系统设计基础。 (2) 、分析无稳态多谐振荡器、十进制计数器、R-S触发器、音频震荡器、喇叭驱动电路的工作原理。(3)、根据下面所选择的方案,由数字投弹机的系统杠图,画出完整的电路图。基本要求:10个LED顺序点亮,如果能在点亮的同时将小球投中,则发出1000Hz的庆贺声。系统由
4、无稳态多谐振荡器,十进制计数器,R-S触发器电路,音频震荡器,喇叭驱动电路组成。参考元器件:555、CD4017、CD4001第二章 系统设计方案选择 方案的比较论证与选择 满足上述设计要功能可以实施的方案很多,现提出下面两种方案.方案利用NE555构成脉冲发生器电路;CD4017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;最后利用CD4001因投弹产生的信号去驱动蜂鸣器,发出祝贺声。如图1.1所示,图中各部分的作用如下:555脉冲形成电路十进制移位计数器LED显示 按钮 延时电路 无稳音频振荡器扬声器 图1.11) 555脉冲形成电路 由555芯片、电阻
5、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,以驱动音频振荡器.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“祝贺”音响.方案如图2.1所示,该方案除传感器和555音频振荡器外,其他部分,均与方案相同.555脉冲形成电路十进制移位计数器LED显示 传感器延时电路555 音频振荡器扬声器 图2.1 1) 传感器: 接收小球投中的信号,并传给下一级电路.2) 555音频振荡器: 由555
6、芯片产生一1000Hz左右的音频信号. 方案结构简单,易于实现,但精度底;方案电路结构复杂,成本高,精度也高.根据设计要求,在满足设计要求的前提条件下,应尽量简化电路,降低成本,故选择方案。第三章 工作原理电路原理:利用NE555构成脉冲发生器电路;CD4017(十进制计数器/脉冲分配器)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。D4017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
7、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。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;最后利用CD4001因投弹产生的信号去驱动蜂鸣器,发出祝贺声。IC1(555)和R1、RP1、RP2、C1等组成无稳态多谐振荡器。在电
8、源电压下,产生一矩形脉冲,频率 f=1.44/(R1+RP1+RP2)C1占空比 q=tw1/T=(R1+RP2)/(R1+RP1+RP2)其频率和占空比可通过调节RP1、RP2来改变。IC2采用十进制计数器/脉冲分配器,在IC1输出的脉冲方波作用下,IC2的Q0输出端依次出现宽度为T=1/f的高频脉冲,与此相应的LED1LEB10依次发光。IC3为四2输入端或非门,IC3-1、IC3-2组成RS触发器,与R7、R8、C5组成延时电路,当小球投中与二极管(LED1LED10中某个)对应的开关(K2K11中的某个)闭合IC3-2的输入端6脚呈高电平,使RS触发器翻转并产生约5秒钟左右的延时,IC
9、3-2的4脚呈低电平,使由IC3-3、IC3-4、R11、C6组成的音频振荡器起振,发出约1000HZ的振荡信号,经VT推动扬声器发出“祝贺”音响,表明击中的指示灯亮了,调节RP1、RP2可改变所亮指示灯的移动速度。第四章 器件的选择及其原理分析3.1 555器件的选择:555芯片是一种模拟-数字混合电路芯片,555定时器如图所示:它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,如图3.1所示: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
10、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 图3.1述过程,在3脚可输出矩形波。此多谐振荡器输出矩形波形脉冲频率可由充电时间常数和放电时间常数确定, f=1.44/(R1+RP1+RP2)C1,占空比由充电电阻(R1+RP2)与放电电阻(R1+RP1+RP2)的比值确定,占空比为q=(R1+RP2)/(R1+RP1+RP2)3.2 CD4017十进制计数器/分配器的选择:由于要使LED依次移动,故选择十进制计数器CD4017,CD4017是由约翰的计数器和译码器两部分电路组成。它们有3个输入端:复位端R,时钟端CP和CPE(也叫EN)。有十个
11、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。另外还有进位输入端CO,可作为级联时使用。CD4017的管脚排列及真值表分别如图3.2.1和表3-2所示:CPCPER输出QN0*0N*10N100N+1110N+11*0N*10N*1Q0 图3.2.1 表3-2该器件是具有10个译码输出的5段约翰逊记数器;每个译码输出通常处于底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个时钟周期;第10个输出进入低电平后,进位输出由低电平转换到高电平,并能与时钟允许端连接成n级时序脉冲分配器。它的功能是在时钟脉冲
12、的作用下,实现顺序冲产生功能,整个输出时序是Q0Q1Q2Q7依次出现与时钟同步的高电平,宽度等于时钟周期。这也属于计数器。CD4017是十进制脉冲分配器,有Q0Q9十个输出端,它们的管脚排列见上图3.2所示。这种计数器有两个时钟输入端CP和。当=0时,计数脉冲由CP端输入,在脉冲上跳沿时触发计数;当CP=0时,计数脉冲由端输入,在脉冲下跳沿触发计数。另外,该计数器均有清零功能,当清零端R=1时,输出端Q0输出高电平,Q1Q9输出低电平。CD4017计数器的时序波形图如图3.2.2所示: 图 3.2.23.3 CD4001或非门的选择:由于电路图中需要用到由或非门组成的R-S触发器及由或非门组的
13、音频振荡器,故需用到或非门集成块CD4001,其引脚排列如图3.3.1所示: 图3.3.1其逻辑表达式为: O1=I1+I2,真值表如表3-3所示:输入端输出端I1I2O1001010100110 表3-3由或非门组成的触发器及电阻、电容构成延时电路,如图3.3.2所示: 图 3.3.2当输入端IN接收到一个脉冲信号时,输出端OUT输出低电平,R-S触发器另一端4由低电平变为高电平,并通过R7给C5充电,延时约秒,-触发器3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.由或非门、电阻和电容构成音频振荡器,产生1000Hz的振荡信号,如图3.3.3所示: 图
14、3.3.3通过C6及R11的反馈和反复的充放电过程来实现触发器连续不断地翻转,从而使OUT端产生振荡信号。第五章 电路性能特点及测试4.1 电路性能特点:此电路中LED的移动速度主要由矩形脉冲控制,根据脉冲频率f=1.44/(R1+RP1+RP2)C1可以通过调节RP1、RP2来改变LED的移动速度,这样很方便且易调;当LED移动的速度非常快的时候,小球投中时不一定能够察觉到,而本电路中使用R-S触发器的翻转并产生5秒钟的延时,使LED13产生约5秒钟的延时,这样就可以清楚地观察哪一个球击中了目标。4.2 测试结果与分析:在这次设计实验过程中,所使用的电源是直流5V,12V都可以,此次实验,由
15、于大意第一次没能够成功,原因在于在焊接过程中没有稳扎稳打,一步一步来,从而导致电路焊接完了,但结果没有出来。最后经老师指导重新整理器材来焊接新的电路,在之后的焊接过程中,为了更好的检查及完成电路,于是把电路分为三部分,分别以三块芯片为中心,步步为营,在每个关键点焊接完时,及时检查其是否有脉冲信号导出,最终使电路能够满足课题的设计要求。第六章 实验结论及体会投弹游戏机是采用中、小规模集成器件 NC555,CD4017及CD4001等元器件设计而成.投弹游戏机是由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,
16、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,产生1000Hz左右的音频信号.游戏者可以手持小球站在投弹游戏机前面,如果小球投中移动的目标,就会自动发出祝贺音响。通过本次的设计实践,使我们对一些简单电子产品的组成及原理有了简单的理解和认识。同时知道了555芯片,CD4001,CD4017等数字电路元件是一些数字电路中的基本的一些元件,其中涉及到的无稳态多谐振荡器和如何实现各种数制之间的运算,触发器的一些书本上知识如何应用到实践当中。当然,除了一些课本当中的知识应用之外,还有焊接、排线和接线,这些知识在考验实践能力的同时也是在提高实践能力参考文献【1】 康华光主编.
17、 电子技术基础 华中理工大学电子学教研室【2】 王琉银主编.数字电路逻辑设计 高等教育出版社【3】 毕满清主编. 电子技术试验与课程设计 机械工业出版社【4】 宋春荣主编. 通用集成电路速查手册 山东科学技术出版社【5】 付子仪主编. 电子技术课程设计指导书 河南理工大学【6】 王震江,张常年主编. 综合电子设计与实践 清华大学出版社,2004【7】 刘修文主编. 新编电子控制电路 机械工业出版社,2006附录A、设备及元件清单:a、元件清单:元件类别元件名称所需数量芯片555芯片1块CD40171块CD40011块电阻10K3个1K3个47K1个100K4个20K1个0.1K1个0.001K1个电容0.01u3个0.1u1个33u1个100u1个二极管发光二极管(LED)13个硅二极管IN4007(整流)1个三极管90131个其他扬声器1个b、计过程中所需的仪器设备:仪器名称所需数量双踪示波器1台万用表1台稳压直流电源1台代替芯片:CD4017=74HC160或74HC162 CD4001=CD4011B、参考电路原理图C、仿真截屏图
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