2020年数电课设LED猜盘游戏分析方案.pdf

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1、数 电 课 设 LED猜 盘 游 戏 分 析 方 案文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。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：L E D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：20 1 1月 2 7 日文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。脉 冲 数 字 电 路 课 程 设 计 任 务 书 一 第 二 学 期 第 周 一 旦 周 题 目 L E D猜 盘 游 戏 内 容 及 要 求 系

2、 统 有 1 0个 L E D组 成 轮 盘，开 始 前，先 猜 测 某 个 L E D,然 后 按 下 按 钮，L E D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 1 0日 进 行 仿 真 调 试，并 将 工 作 原 理 图 交 由 老 师 审 批 3)10月 1 1日 领 取 元 器 件 并 开 始 焊 接 4)10月 14至 1 5日 进 行 调 试 5)10月 1 7日 上 交 作 品 学 生 姓

3、名：指 导 时 间 10月 11至 1 5日 指 导 地 点：任 务 下 达 20 12年 10月 8 日 任 务 完 成 20 1 2年 10月 1 7日 考 核 方 式 1.评 阅 2.答 辩 3.实 际 操 作 口 4.其 它 口 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。文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。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

4、 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 经 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

5、 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 N E555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

6、的 时 间 范 围 内 使 高 速 旋 转 的 LED停 止 在 某 一 盏 灯 上。文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。关 键 词：L E D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.11.2 设 计 要 求.第 二 章 方 案 比 较 及 确 定文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。2.1 设 计 要 求 分 析.22.2 方 案 比 较.22.2.1 方 案 22.2.2 方 案 42.2.3 方 案.52.3 方 案 确 定.

7、6第 三 章 系 统 组 成 及 工 作 原 理 3.1 系 统 构文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。成.73.1.1 时 钟 脉 冲 发 生 端.73.1.2 时 序 分 配 端.73.1.3 显 示 端.83.2 工 作 原.83.3 参 数 计 算.9第 四 章 器 件 选 择 4.1NE555.文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。.104.2CD4017134.3LED.14第 五 章 系 统 调 试 及 测 试 结 果 分 析 5.1 系 统 调 试.155.1.1 仿 真 调 I式.155.1.2 实 物 调 试.155.2 焊 接

8、 及 结 果 分 析.16文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。结 论.17参 考 文 献.18附 录.19附 录.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 求文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。系 统 有 10个 L E D 组 成 轮 盘，开 始 前，先 猜 测 某 个 L E

9、D,然 后 按 下 按 钮，L E D 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 成文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。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 nr D-口-,单 稳 态 触-x多 谐 振 荡 器 最 后 随 机 L E D 高-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

10、的 电 路，能 够 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 而 且 较 为 经 济 的 方 案。同 理，实 现 该 设 计 要 求 能 够 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 器文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。3.时 序 分 配 电 路 4.显 示 模 块 第 一 部 分 采 用 C D 4011与 非 门 构 成 的

11、 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.L 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:文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。图 2 2 1.2方 案 一 实 现 功 能 仿 真 图 987654321000000000002.2.2方 案 二 本 电 路 包 括 三 部 分:1.单

12、 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。文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。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 L H D 3L E D 5L H D 6L E D X

13、O 二 二 3图 2.2 2 2 方 案 二 实 现 功 能 仿 真 图 2.2.3方 案 三文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。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 布 模 块 第 一 部 分 采 用 N E 555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

14、 单 稳 态 电 路 仿 真 图 如 图 2 2 3.2所 示文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。图 2 2 3.2 方 案 三 实 现 功 能 仿 真 图 2.3方 案 确 定 能 够 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 C D 4 0 U的 两 个 与 非 门 实 现 单 稳 触 发 器 电 路，基 本 实 现 了 让 L E D灯 高 速 旋 转 直 至 停 在 某 一 盏 灯 上 的 功 能，可 是 当 按 下 B 键 时，所 产

15、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 L E D灯 的 亮 暗 时 间 不 固 定。经 过 仿 真 能 够 知 道，该 电 路 能 够 实 现 L E D灯 的 旋 转，可 是 有 时 会 停 在 两 盏 灯 上，因 此 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，可 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 N

16、E555插 槽 相 比，其 焊 接 技 术 要 求 更 高。方 案 三 中 只 用 了 两 个 N E 555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，其文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。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.

17、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。文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。图 3.1.13.1.2时 序 分 配 端 U398765432100000000000-T 5-=13-P J-4 0 1 7 B P _ 5 V图 3.1.2图 3.1.2所 示 是 用 CD 4017十 进 制 计 数 器，作 为 十 分 频 来 使 用，实 现 脉 冲 分 配 的

18、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 频文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。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:文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。图 3.2工 作 原 理 图 系 统 包 括 三 部 分：1.单 稳

19、 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 5 V直 流 稳 压 电 源 供 电，5 5 5在 开 关 的 启 动 下 产 生 渐 慢 脉 冲 作 用 下 驱 动 1 0个 L E D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：

20、Tw句.IRC当 调 动 滑 动 变 阻 器 为 R l=5 0 k Q时，得 Tw-1.1 RC=l.l*50kQ 47uf=2.6s2）计 算 多 谐 振 荡 器 周 期 的 公 式：Tw-0.7*R3+2R4）*C3止 匕 处 R3=4.7 k Q R4=100kQ C3=100nfTw0.7*4.7 k Q+2*100 k Q)*100nf=0.014s文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。第 四 章 器 件 选 择 本 次 设 计 中，运 用 到 了 N E555芯 片，CD4017芯 片、L E D灯 以 及 电 阻、电 容、导 线 若 干。4.1 NE555

21、1.NE555 简 介 5 5 5定 时 器 是 一 种 模 拟-数 字 混 合 式 集 成 定 时 器，5 5 5定 时 器 成 本 低，性 能 可 靠，外 接 几 个 电 阻、电 容，就 能 够 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。文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。图 4.1.1 NE555内 部 结 构 图 以 及 管 脚 图 它 内 部 包

22、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。5 5 5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 R S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 C 1的 同 相 输 入 端 的 电 压 为 2VCC/3,C 2的 反 相 输 入 端 的 电 压 为 V C C/3。若 触 发 输

23、入 端 T R 的 电 压 小 于 V C C/3,则 比 较 器 C 2的 输 出 为 0,可 使 R S触 发 器 置 1，使 输 出 端 OUT=1。如 果 阈 值 输 入 端 T H 的 电 压 大 于 2 V C C/3,同 时 T R端 的 电 压 大 于 V C C/3,则 C 1的 输 出 为 0,C 2的 输 出 为 1,可 将 R S触 发 器 置 0,使 输 出 为 0 电 平。文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。N E555的 各 个 引 脚 功 能 如 下：1脚：外 接 电 源 负 端 V SS或 接 地，一 般 情 况 下 接 地。8脚：外

24、接 电 源 V C C,双 极 型 时 基 电 路 V C C的 范 围 是 4.5V至 16V,C M O S型 时 基 电 路 V C C的 范 围 为 3 V 至 18V,一 般 用 5Vo3 脚：输 出 端 Vo。2 脚：低 触 发 端。6 脚：T H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、T H 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：V C 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

25、 准 电 压，当 该 端 不 用 时，应 将 该 端 串 入 一 只 O.OlpiF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。2.NE555的 应 用 1.NE555构 成 单 稳 触 发 器（如 图 4.1.2所 示）文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。(a)单 稳 态 触 发 电 路(b)工 作 波 彩.，图 4.1.2单 稳 态 触 发 器 只 有 一 个 稳 态 状 态。在 未 加 触 发 信 号 之 前，触 发 器 处 于 稳 定 状 态，经 触 发 后，

26、触 发 器 由 稳 定 状 态 翻 转 为 暂 稳 状 态，暂 稳 状 态 保 持 一 段 时 间 后，又 会 自 动 翻 转 回 原 来 的 稳 定 状 态。单 稳 态 触 发 器 一 般 用 于 延 时 和 脉 冲 整 形 电 路。接 通 电 源 后，未 加 负 脉 冲，而 C 充 电,V c上 升，当 V c 上 升 到 2/3V cc时，电 路 输 出 为 低 电 平，放 电 管 T 导 通，C 快 速 放 电，使 Vc=O。这 样，在 加 负 脉 冲 前，为 低 电 平，Vo=0,这 是 电 路 的 稳 态。在 1=4 时 刻 负 跳 变，而 Vc=O,因 此 输 出 翻 为 高 电

27、 平，T 截 止，C 充 电。按 指 数 规 律 上 升。t=t l 时，负 脉 冲 消 失。t=t2时，上 升 到 2/3 V c c,又 自 动 翻 为 低 电 平。在 这 段 时 间 电 路 处 于 暂 稳 态。t t2,T 导 通，C 快 速 放 电，电 路 又 恢 复 到 稳文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。态。由 分 析 可 得：输 出 正 脉 冲 宽 度 tw=1.1RC。经 过 改 变 R、C的 大 小，可 使 延 时 时 间 在 几 个 微 秒 和 几 十 分 钟 之 间 变 化。2.NE555构 成 多 谐 振 荡 器 其 电 路 及 波 形 图

28、如 图 4.1.3所 示.图 4.1.3多 谐 振 荡 器 又 称 为 无 稳 态 触 发 器，它 没 有 稳 定 的 输 出 状 态，只 有 两 个 暂 稳 态。在 电 路 处 于 某 一 暂 稳 态 后，经 过 一 段 时 间 能 够 自 行 触 发 翻 转 到 另 一 暂 稳 态。两 个 暂 稳 态 自 行 相 互 转 换 而 输 出 一 系 列 矩 形 波。多 谐 振 荡 器 可 用 作 方 波 发 生 器。接 通 电 源 后，假 定 是 高 电 平，则 T 截 止，电 容 C充 电。充 电 回 路 是 VCCR1R2C地，按 指 数 规 律 上 升，当 上 升 到 时 TH、端 电

29、平 大 于）,输 出 翻 转 为 低 电 平。是 低 电 平，T 导 通，C放 电，放 电 回 路 为 CR2T地，按 指 数 规 律 下 降，当 下 降 到 时 TH、端 电 平 小文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。于)，输 出 翻 转 为 高 电 平，放 电 管 T 截 止，电 容 再 次 充 电，如 此 周 而 复 始，产 生 振 荡，经 分 析 可 得 输 出 高 电 平 时 间 T=(Rl+R2Cln2输 出 低 电 平 时 间 T=R2Cln2振 荡 周 期 T=(Rl+2R2Cln2输 出 方 波 的 占 空 比 为：D _ tpH _ R1+%f R

30、i+2R?4.2 CD4017CD4017：十 进 制 计 数 器/脉 冲 分 配 器。其 内 部 电 路 如 图 4.2.1所 示。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。IN H为 低 电 平 时，计 数 器 在 时 钟 上 升 沿 计 数；反 之，计 数 功 能 无 效。C R为 高 电 平 时，计 数 器 清 零。Johnson计 数 器，提 供 了 快 速 操 作

31、、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 C O信 号 完 成 一 次 进 位，并 用 作 多 级 计 数 链 的 下 级 脉 动 时 钟。如 图 4.2.2。该 模 块 构 成 分 频 电 路。CD 4017,其 内 部 由 计 数 器 及 译 码 器 两文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。部 分 组 成，由 译 码 输 出 实 现 对 脉 冲 信 号 的

32、分 配，整 个 输 出 时 序 就 是 0 0、O1、0 2 0 9依 次 出 现 与 时 钟 同 步 的 高 电 平，宽 度 等 于 时 钟 周 期。CD4017的 管 脚 图 如 图 4.2.3所 示。CO：进 位 脉 冲 输 出；CP：时 钟 输 入 端；CR：清 除 端；INH：禁 止 端 Q 0-Q 9计 数 脉 冲 输 出 端；VDD：正 电 源；VSS：地 输 出 高 电 平 的 顺 序 分 别 是、(10)(1).(5)、(6)、(9)、(11)脚,这 10个 管 脚 依 次 产 生 高 电 平。MYO,MY.ffnY图 4.2.1 C D 4017内 部 电 路文 档 仅 供

33、 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。输 入 输 出 CP INH CRQo-QgCOX X HQ。计 数 脉 冲 为 必-包 时:CO=Ht L L计 数 H l LL X L保 持 计 数 脉 冲 为 Qs-a时：CO=LX H L1 X LXt L图 4.2.2VpDCRCPINHCOQ9Q4Q8otcooeo O JTFU I TOECODfD OUTPUT 1OECODtO IUTPUT VOECOOEO O H W TDFCOOtD OUTFUT VDfCQOfD O U W TDECODCO OUTPU1 TV$SCD4017BCD4017r.i.l|iJmwocm nC

34、LO CKCLOCK(hAILCCARRYOUTD E C O D E。O U IV U T rO CCO O BO OUPUTO C C O O E O OUPUT r图 4.2.3 CD4017管 脚 图 4.3 LED发 光 二 极 管，是 一 种 能 够 将 电 能 转 化 为 可 见 光 的 固 态 的 半 导 体 器 件，它 能 够 直 接 把 电 转 化 为 光.L E D的 心 脏 是 一 个 半 导 体 的 晶 片，晶 片 的 一 端 附 着 在 一 个 支 架 上，是 负 极，另 一 端 连 接 电 源 的 正 极，整 个 晶 片 被 环 氧 树 脂 封 装 起 来。半 导

35、 体 晶 片 由 两 部 分 组 成，一 部 分 是 P 型 半 导 体，在 它 里 面 空 穴 占 主 导 地 位，另 一 端 是 N 型 半 导 体，在文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。这 边 主 要 是 电 子。但 这 两 种 半 导 体 连 接 起 来 的 时 候，它 们 之 间 就 形 成 一 个“P-N结”。当 电 流 经 过 导 线 作 用 于 这 个 晶 片 的 时 候，电 子 就 会 被 推 向 P 区，在 P 区 里 电 子 跟 空 穴 复 合，然 后 就 会 以 光 子 的 形 式 发 出 能 量，这 就 是 L E D发 光 的 原 理。而 光

36、 的 波 长 决 定 光 的 颜 色，是 由 形 成 P-N结 材 料 决 定 的。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，因 此 10个 发 光 二 极 管 依 次 接 受 来 自 它 产 生 的 高 电 平，逐 一 闪 亮 并 循 环。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，能 够 自 由 调 节。第 五 章 系 统 调 试 及 测 试 结 果 分 析 5.1 系 统 调 试 5.1.1 仿 真 调 试 按 照 工 作 原 理 图，

37、用 Multisim进 行 仿 真 调 试，仿 真 图 如 图 5.1所 示:文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。图 5.1.1仿 真 图 用 Multisim仿 真 软 件 运 行 图 5.1.1所 示 的 原 理 图，闭 合 开 关，LED灯 将 依 次 亮 起 来，并 最 终 停 下。调 试 时，根 据 现 象 适 当 调 节 参 数。5.1.2实 物 调 试 1）仪 器 示 波 器、直 流 稳 压 电 源、万 用 表 2）调 试 方 法 将 电 路 板 接 上 5 V电 源 之 后 测 试 555芯 片 能 否 正 常 工 作。将 第 一 片 555芯 片 的

38、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。文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。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。3）调 试 现 象 将 连 接 好 的 555定 时 器 的 输 出 端 接 在 示 波

39、器 上，呈 现 如 图 5.1.2所 示 符 合 要 求 的 方 波。图 5.L2 555定 时 器 输 出 波 形 说 明 两 片 555芯 片 工 作 正 常。LED灯 轮 流 亮 灯，说 明 CD4017正 常 工 作。5.2焊 接 及 结 果 分 析 焊 接：1）焊 接 前 设 计 好 各 个 元 器 件 在 电 路 板 上 的 位 置，即 排 版，并 画 好 排 版 草 图。领 元 器 件，并 检 查 所 需 各 元 器 件 是 否 齐 全。2）焊 接 是 很 重 要 的 一 步，它 直 接 决 定 设 计 的 成 败。因 此，焊文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改

40、 正。接 时 须 格 外 小 心。按 照 草 图 上 面 设 计 的 排 版，将 各 个 元 件 及 管 脚 焊 在 电 路 板 上，焊 接 时 应 注 意 方 法，避 免 虚 焊。3）检 查 电 路，看 其 连 接 是 否 与 工 作 原 理 图 一 致。若 不 一 致，则 加 以 修 正；若 一 致，则 可 将 电 路 的 正 负 极 接 5 V 直 流 稳 压 电 源。结 果 分 析：1）调 试 过 程 中 只 出 现 一 盏 灯 亮，并 未 达 到 灯 轮 流 高 速 旋 转 的 目 的，经 万 用 表 蜂 鸣 档 检 查 断 路 和 短 路 现 象，均 正 常，将 13管 脚 所 接

41、 电 容 断 路，LED灯 开 始 旋 转，说 明 CD4017的 13管 脚 需 要 直 接 接 到 地。2）将 所 有 器 件 安 装、焊 接 及 用 导 线 连 接 好 后，接 通 电 源，只 有 电 路 板 上 其 中 的 一 个 定 义 为 指 示 灯 的 LED灯 能 亮，其 它 灯 没 有 反 映，故 不 能 实 现 功 能，经 过 仔 细 检 查，所 有 线 路 没 有 错 误，可 是 CD4017芯 片 没 有 接 电 源，导 致 芯 片 CD4017不 能 正 常 工 作。3）单 稳 态 电 路 的 电 阻 阻 值 调 的 不 恰 当 使 灯 旋 转 的 时 间 很 短，致

42、 使 L E D灯 的 旋 转 圈 数 很 少，调 整 滑 动 变 阻 器 阻 值 使 时 间 值 达 到 一 个 合 适 值，效 果 还 比 较 满 意。结 论文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。经 过 本 次 的 课 程 设 计，学 到 了 很 多 的 东 西。在 上 个 学 期 的 脉 冲 数 字 电 路 课 程 中，对 知 识 的 把 握 不 是 很 好。因 此，选 择 课 程 设 计 题 目 的 时 候，有 点 犯 难，感 觉 每 个 题 目 都 没 多 大 把 握。当 看 到“LED转 盘 游 戏”这 个 标 题 时，一 股 新 奇 感 促 使 了 这 个

43、设 计 的 进 行。选 定 题 目 后，接 下 来 的 工 作 让 人 感 觉 压 力 很 大。虽 然 网 上 以 及 书 籍 中，都 有 与 本 设 计 有 关 的 内 容，但 这 却 无 形 中 增 加 了 许 多 诸 如 筛 选 信 息 等 方 面 的 困 难。终 于，选 定 方 案 以 后，接 下 来 的 工 作 就 相 对 来 说 比 较 容 易 了。可 是 由 于 平 常 对 Multisim软 件 不 够 熟 悉，以 至 于 本 次 仿 真 时，由 于 操 作 不 熟 练 等 各 方 面 问 题，花 了 大 量 的 时 间。同 时，增 长 了 许 多 的 知 识。虽 然 以 前

44、也 用 过 NE555芯 片，可 是 从 来 不 曾 了 解 其 内 部 结 构 及 各 个 管 脚 的 功 能。在 这 次 的 课 程 设 计 中，不 但 更 加 了 解 了 N E 5 5 5,还 对 CD4017芯 片 有 了 一 定 的 认 识。相 信 以 后 再 用 到 此 类 芯 片 时，会 更 加 的 得 心 应 手。另 外，在 焊 接 方 面，也 树 立 起 了 信 心。曾 经 的 几 次 失 败，造 就 了 对 焊 接 的 排 斥 感。虽 然，在 本 次 焊 电 路 板 时，也 出 现 了 一 点 问 题，但 后 来 从 分 析 问 题，检 查 电 路 以 及 纠 错 以 至

45、 电 路 焊 接 的 成 功，那 种 排 斥 感 已 化 为 一 种 勇 敢 面 对 问 题 的 勇 气。特 别 是 看 到 LED灯 旋 转 起 来 的 时 候，心 中 更 是 无 比 的 激 动。这 种 成 就 感 就 是 对 这 一 切 的 努 力 的 最 好 回 报。文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。因 此，以 后 更 加 要 勤 加 练 习，将 所 学 的 知 识 运 用 出 去，化 为 实 物，才 能 不 枉 所 学。虽 然 本 次 设 计 成 功 了，可 是，其 明 显 缺 点 还 是 存 在 的。例 如，实 验 结 果 的 显 示 过 于 简 单，对

46、于 猜 中 和 猜 错 没 有 其 它 的 明 显 的 判 断 电 路。虽 然，其 对 电 路 的 影 响 不 大，可 是 少 了 这 一 模 块 却 让 整 个 设 计 的 趣 味 性 减 了 许 多。对 于 这 样 的 失 策 情 况，以 后 一 定 会 尽 量 避 免。选 择 方 案 时，不 要 盲 从 资 料 上 的 方 案，查 找 到 的 方 案 只 能 是 作 为 参 考。实 际 设 计 时，一 定 要 从 实 际 出 发，从 电 路 复 杂 度、性 能 稳 定 性、焊 接 难 易 以 及 经 济 实 用 性 等 多 方 面 加 以 考 虑，才 能 找 寻 到 最 佳 方 案。参

47、考 文 献：1 王 毓 银.数 字 电 路 逻 辑 设 计 第 三 版）.高 等 教 育 出 版 社，.2 张 秀 娟 等.数 字 电 子 技 术 基 础 实 验 教 程.北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社，.【3】阎 石 等.数 字 电 子 技 术 基 础.北 京：高 等 教 育 出 版 社，.4 白 彦 霞 等.数 字 电 子 技 术 基 础.北 京 邮 电 大 学 出 版 社，.【5】赵 珂 彭 嵩 等.脉 冲 与 数 字 电 路 实 验 指 导 书.南 昌 航 空 大 学文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。电 子 信 息 工 程 学 院 实 验 实 践

48、中 心,附 录 工 作 原 理 图 及 实 物 图文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。图 1原 理 图 图 2实 物 图文 档 仅 供 参 考，不 当 之 处，请 联 系 改 正。附 录 二 元 件 清 单 名 称 型 号 数 量 芯 片 NE555 2 块 CD4017 1块 电 阻 10KQ 1个 100KQ 1个 4.7 KQ 1个 470。1个 100 Q 1个 可 调 电 阻 200KQ 1个 电 容 47J 1个 0.01 uf 1个 100nf 1个 插 槽 8 管 脚 1个 16管 脚 1个 开 关 按 键 式 1个 LED red 10个 电 路 板 1个 导 线 若 干