投彈游戲機(jī)設(shè)計(jì)

1、長 沙 學(xué) 院數(shù)電課程設(shè)計(jì)說明書題目投彈游戲機(jī)系(部)電信系專業(yè)(班級(jí))電氣工程姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師起止日期2014.6.23-2014.6.28數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(18)系（部）：電子與通信工程系 專業(yè)：電氣工程 指導(dǎo)教師：課題名稱投彈游戲機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求基本要求10個(gè)LED順序點(diǎn)亮（移動(dòng)速度可變），如果能夠在點(diǎn)亮的同時(shí)將小球投中目標(biāo)，則發(fā)出1000Hz慶賀聲主要參考元器件555，CD4017，CD4001設(shè)計(jì)工作量1、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)；2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真；3、在Multisim或同類型電路設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行仿真并進(jìn)行演示；4、提交一份完整的課程設(shè)計(jì)說明書，包括設(shè)計(jì)原理、仿真分析、調(diào)試過程，

2、參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)總結(jié)等。進(jìn)度安排起止日期（或時(shí)間量）設(shè)計(jì)內(nèi)容（或預(yù)期目標(biāo)）備注第一天課題介紹，答疑，收集材料第二天設(shè)計(jì)方案論證第三天進(jìn)行具體設(shè)計(jì)第四天進(jìn)行具體設(shè)計(jì)第五天編寫設(shè)計(jì)說明書教研室意見 月 日系（部）主管領(lǐng)導(dǎo)意見年 月 日長沙學(xué)院課程設(shè)計(jì)鑒定表姓名學(xué)號(hào)專業(yè)班級(jí)設(shè)計(jì)題目投彈游戲機(jī)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師意見：評(píng)定等級(jí)： 教師簽名： 日期： 答辯小組意見：評(píng)定等級(jí)：答辯小組長簽名：日期：教研室意見：教研室主任簽名： 日期： 系（部）意見：系主任簽名：日期：說明課程設(shè)計(jì)成績分“優(yōu)秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四類；目錄前言5一設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求61.1設(shè)計(jì)題目：投彈游戲機(jī)61.2設(shè)計(jì)任務(wù)61

3、.3設(shè)計(jì)目的6二設(shè)計(jì)方案6三系統(tǒng)組成及工作原理73.1 555脈沖形成的電路設(shè)計(jì)73.2計(jì)時(shí)器及LED顯示部分73.3 延時(shí)電路83.4 音頻振蕩電路93.5 系統(tǒng)總圖及原理10四 實(shí)驗(yàn)調(diào)試與仿真104.1 仿真調(diào)試104.2 分析結(jié)果11五實(shí)驗(yàn)心得與體會(huì)12六 參考文獻(xiàn)12 14 前言隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，人們正處于一個(gè)信息時(shí)代?，F(xiàn)代信息的存儲(chǔ)、處理和傳輸越來越趨于數(shù)字化。在人們的日常生活中，常用的計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、音響系統(tǒng)、視頻記錄設(shè)備、長途電信等電子設(shè)備或電子系統(tǒng)，無一不采用數(shù)字電路或數(shù)字系統(tǒng)。因此，數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。投彈游戲機(jī)是一種新型數(shù)字游戲，是采用模塊化設(shè)計(jì)、分模塊化安

4、裝調(diào)試等方法設(shè)計(jì)制作的一種游戲機(jī)，它采用555構(gòu)成的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（CD4017），R-S觸發(fā)器電路（CD4001），音頻震蕩器(CD4001)，喇叭驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)而成。由555芯片組成無穩(wěn)多諧振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，經(jīng)CD4017十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，使10個(gè)LED順次點(diǎn)亮，在LED點(diǎn)亮的同時(shí)如果小球投中移動(dòng)的目標(biāo)，就會(huì)產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，觸發(fā)R-S觸發(fā)器和延時(shí)電路，延時(shí)約5秒,再經(jīng)音頻振蕩器，發(fā)出一定頻率的祝賀聲。 一設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求 1.1設(shè)計(jì)題目：投彈游戲機(jī) 1.2設(shè)計(jì)任務(wù) (1)利用NE555，CD4017，CD4001等元器件，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)設(shè)計(jì)電路。 (2)10個(gè)LED順序點(diǎn)亮。

5、(3)如果能夠在點(diǎn)亮的同時(shí)將小球投中目標(biāo)，則發(fā)出1000Hz慶賀聲。 1.3設(shè)計(jì)目的 學(xué)習(xí)基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步經(jīng)驗(yàn)，掌握數(shù)字電路設(shè)計(jì)的基本方法、設(shè)計(jì)步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試能力。 學(xué)會(huì)投彈游戲機(jī)的設(shè)計(jì)方法和如何改變相關(guān)參數(shù)以變化投彈游戲機(jī)狀態(tài)的方法，進(jìn)一步加深對(duì)無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，R-S觸發(fā)器電路,音頻振蕩器，喇叭驅(qū)動(dòng)電路的理解。 二設(shè)計(jì)方案 1.利用NE555構(gòu)成占空比及頻率可調(diào)的脈沖發(fā)生電路（多諧振蕩電路）； 2.由CD4017計(jì)數(shù)器對(duì)由NE555產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行編碼、譯碼和分配工作，其輸出信號(hào)用于控制LED的點(diǎn)亮； 3.利用CD4001因投彈產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行延時(shí)控制LE

6、D燈亮?xí)r長，并由CD4001中的或非門構(gòu)成的音頻振蕩器驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，發(fā)出一定頻率的祝賀聲。其工作的原理框圖如圖2.1所示 LED顯示 十進(jìn)制移位計(jì)數(shù) 555脈沖形成電路 無穩(wěn)音頻振蕩器 揚(yáng)聲器 按鈕 延時(shí)電路 圖2.1 投彈游戲機(jī)設(shè)計(jì)框圖 1）555脈沖形成電路：由555芯片、電阻和電容組成占空比可調(diào)的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器,產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖； 2）十進(jìn)制移位計(jì)數(shù)器：使10個(gè)LED順次點(diǎn)亮； 3）LED顯示；  4）按鈕：在小球投中時(shí),產(chǎn)生一脈沖信號(hào)； 5）延時(shí)電路：產(chǎn)生的脈沖信號(hào),經(jīng)延時(shí)電路延時(shí)5秒左右； 6）無穩(wěn)音頻振蕩器：振蕩產(chǎn)生1000Hz左右的音頻信號(hào)； 7）揚(yáng)聲器：發(fā)出小球投中的“祝

7、賀”音響；  三系統(tǒng)組成及工作原理 3.1 555脈沖形成的電路設(shè)計(jì)555芯片是一種模擬-數(shù)字混合電路芯片，555定時(shí)器是由與非門和兩個(gè)電壓比較器及其他元件組成集成塊經(jīng)常用來構(gòu)成定時(shí)電路或矩形波、方波產(chǎn)生電路，本設(shè)計(jì)使用它構(gòu)成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，當(dāng)直流電源接通后，電源通過R1.R2對(duì)電容C1充電。當(dāng)電容C1充電到電源電壓的2/3 VCC時(shí)，電容開始經(jīng)R2、管腳7對(duì)地放電。當(dāng)電容C1放電到電源電壓的 1/3 VCC時(shí)，7腳內(nèi)部斷開，電源又開始對(duì)電容充電。如此重復(fù)上述過程，在3腳可輸出矩形波。矩形脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)電路圖 3.2計(jì)時(shí)器及LED顯示部分 由于要使L

8、ED依次移動(dòng)，故選擇十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4017，CD4017是由計(jì)數(shù)器和譯碼器兩部分電路組成。CD4017有3個(gè)輸入端：復(fù)位端R，時(shí)鐘端CP（上升沿輸入端）和時(shí)鐘端CPE（也叫EN，下降沿輸入端）；有十個(gè)譯碼輸出端：Q0Q9。在復(fù)位狀態(tài)時(shí)，只有Q0表現(xiàn)為高電平“1”狀態(tài)，其它端均為低電平“0”狀態(tài)。另外還有進(jìn)位輸出端OC，用于級(jí)聯(lián)以構(gòu)成多位計(jì)數(shù)器。 CD4017的管腳排列及真值表如圖3.21所示：圖3.21CD4017的管腳排列及真值表 在選擇上升沿作用后，該器件的10個(gè)譯碼輸出通常處于低電平且在時(shí)鐘脈沖由低到高的轉(zhuǎn)換過程中依次進(jìn)入高電平;每個(gè)輸出在高電平維持10個(gè)時(shí)鐘周期中的1個(gè)時(shí)鐘

9、周期;第10個(gè)輸出進(jìn)入低電平后,進(jìn)位輸出端OC由低電平轉(zhuǎn)換到高電平,并能與時(shí)鐘允許端連接成n級(jí)，以構(gòu)成多位計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)更廣的計(jì)數(shù)功能。CD4017又稱時(shí)序脈沖分配器。它的功能是在時(shí)鐘脈沖的作用下，實(shí)現(xiàn)順序脈沖產(chǎn)生功能，整個(gè)輸出時(shí)序是Q0Q1Q2Q9依次出現(xiàn)與時(shí)鐘同步的高電平，寬度等于時(shí)鐘周期。這種計(jì)數(shù)器的兩個(gè)時(shí)鐘輸入端CP和EN。當(dāng)EN端接低電平時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖由另一輸入端CP輸入，在脈沖上升沿時(shí)觸發(fā)計(jì)數(shù)；當(dāng)CP端接低電平時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖由EN端輸入，在脈沖下降沿觸發(fā)計(jì)數(shù)。另外，該計(jì)數(shù)器有復(fù)位清零功能，CD4017的復(fù)位端是高電平有效，當(dāng)清零端R接高電平時(shí)，輸出端Q0輸出高電平,將輸出初始化，而Q1Q

10、9輸出低電平。CD4017計(jì)數(shù)器的時(shí)序波形圖如圖3.22所示：圖3.22 CD4017時(shí)序波形圖 3.3 延時(shí)電路 電容延時(shí)電路由或非門CD4001構(gòu)成 電容延時(shí)電路如圖3.3所示：圖3.3電容延時(shí)電路輸入信號(hào)由上圖U1A的懸空端輸入，當(dāng)該端接收到一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí),輸出端OUT（即U1A的輸出端）輸出低電平，R-S觸發(fā)器另一輸出端（U1B的輸出端）由低電平變?yōu)楦唠娖?，并通過R給C充電，延時(shí)約秒，R-S觸發(fā)器OUT端由低電平變?yōu)楦唠娖?，使R-S觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，OUT端由低電平變?yōu)楦唠娖?，完成延時(shí)過程。 3.4 音頻振蕩電路 音頻振蕩部分由或非門CD4001組成，其電路如圖3.4所示： 圖3.4 音頻振

11、蕩電路 該電路通過C和R的反饋和反復(fù)充放電過程來實(shí)現(xiàn)觸發(fā)器連續(xù)不斷地翻轉(zhuǎn)，從而使OUT（即圖中的U1C的輸出端）產(chǎn)生振蕩信號(hào)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)下面的蜂鳴器部分電路。 3.5 系統(tǒng)總圖及原理 投彈游戲機(jī)的電路圖如圖3.5所示圖3.5 投彈游戲機(jī)的電路圖 如上圖所示，當(dāng)開關(guān)鍵A閉合后，NE555芯片開始工作，產(chǎn)生一定頻率及占空比的矩形波，其頻率由RP1、R2、C2，實(shí)現(xiàn)功能后可調(diào)節(jié)電位器RP1來改變矩形波的頻率和占空比。555輸出的矩形波由管腳3輸出到CD4017的CP輸入端（上升沿觸發(fā)），此時(shí)CD4017開始工作計(jì)時(shí)，該芯片的復(fù)位清零端（15腳）在由C2和R2構(gòu)成的微分電路上電后立即變成低電平，不再工作

12、于復(fù)位狀態(tài)，即計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)，當(dāng)輸入端接收第一個(gè)脈沖上升沿時(shí)，Q0輸出端立即跳變?yōu)榈碗娖?，與此同時(shí)，Q1輸出端跳變?yōu)楦唠娖揭则?qū)動(dòng)發(fā)光二極管LED1，當(dāng)輸入端再接收一個(gè)上升沿脈沖時(shí)，Q1則變成低電平，其對(duì)應(yīng)的二極管熄滅，同時(shí)Q2變?yōu)楦唠娖?，LED2點(diǎn)亮如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了十個(gè)LED燈的順序循環(huán)點(diǎn)亮。當(dāng)在某個(gè)燈亮期間閉合與該燈對(duì)應(yīng)的開關(guān)時(shí)，聯(lián)系CD4001的橋梁即連通了，使得由計(jì)數(shù)器對(duì)應(yīng)的高電平使CD4001中的電容延時(shí)電路開始工作，不斷地進(jìn)行電平翻轉(zhuǎn)和R10和C7放電，實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能，從而使被投中的那個(gè)燈延長點(diǎn)亮?xí)r間；再由Y2輸出端觸發(fā)音頻振蕩電路工作，使之驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出一定頻率的聲響，從而使電路的功

13、能更加完善，其中LED13用來顯示延長時(shí)間及蜂鳴時(shí)長。四 實(shí)驗(yàn)調(diào)試與仿真 4.1 仿真調(diào)試 電路仿真圖如圖4.1所示圖4.11仿真波形圖根據(jù)仿真圖的結(jié)果，555輸出方波，設(shè)計(jì)方案可行。 圖4.12仿真LED圖 電路仿真時(shí)，在開關(guān)未閉合的狀態(tài)下，LED110循環(huán)點(diǎn)亮，但LED13不會(huì)亮，蜂鳴器也不會(huì)響。 圖4.13仿真LED圖 將開關(guān)J3閉合，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)LED燈循環(huán)點(diǎn)亮到J3時(shí)，LED13將會(huì)點(diǎn)亮，此時(shí)蜂鳴器也會(huì)響。 4.2 分析結(jié)果 在閉合開關(guān)后，可以發(fā)現(xiàn)555定時(shí)器工作正常，示波器上有方波出現(xiàn)，在沒有閉合J1J10開關(guān)時(shí)，LED1LED10將會(huì)循環(huán)點(diǎn)亮，但LED13不會(huì)亮，在閉合J1J10開

14、關(guān)中的任何一個(gè)，LED13都會(huì)點(diǎn)亮，此時(shí)蜂鳴器也會(huì)響起。五實(shí)驗(yàn)心得與體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識(shí)，明白了很多的道理。在剛拿到這個(gè)課題時(shí)，感受最多的是茫然與無助，不知道如何下手。經(jīng)過一個(gè)下午的查找資料，對(duì)這個(gè)課題有了大概的了解，理清了思路。但是實(shí)踐起來往往比想象中難很多。首先是對(duì)Multisim10.0這個(gè)軟件的不熟悉，在摸索了很久之后，才逐漸掌握是用的方法，還有就是自己對(duì)所學(xué)的知識(shí)掌握的不夠牢固，不能完全把學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中來。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，要把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的

15、能力。在這次課程設(shè)計(jì)中，我也遇到了很多的問題，但是這些問題我們還是解決了。在仿真中，開關(guān)J3到J8開關(guān)閉合后，就再也打不開了，這個(gè)問題困擾了我很久。最后在移動(dòng)了幾次開關(guān)后，我才發(fā)現(xiàn)，是由于自己在排版上安排的不夠合理，將開關(guān)排列的太密集，導(dǎo)致開關(guān)連接在一起了。知道問題所在后，將電路改動(dòng)后，電路又能正常運(yùn)行了。其實(shí)在課程設(shè)計(jì)中不可能不出現(xiàn)問題，但是不能將其放置一邊，不去管它，要努力的將電路中出現(xiàn)的問題解決掉，自己也能從中獲取更多的知識(shí)，在完成后續(xù)的工作時(shí)，也能避免自己犯同樣的錯(cuò)誤。這次課程設(shè)計(jì)中，我知道了自己現(xiàn)在知道的東西遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在今后的學(xué)習(xí)中，我需要更加的努力，只有不斷地努力，才能讓自己更加充實(shí)！六 參