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赣南师院物理与电子信息学院数字电路课程设计报告书姓名：班级：学号：时间：论文题目LED猜盘游戏课程论文要求系统有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：555,74ls73,74ls193,74ls154,74ls00设计过程二、总体框图1、电路组成及原理第三章工作原理及电路设计3.1电路设计方案图:13.2工作原理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3.2.1：555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VI1＞2/3VCC，VI2＞1/3VCC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VI1＜2/3VCC，VI2＞1/3VCC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VI1＞2/3VCC，VI2＜1/3VCC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VI1＜2/3VCC，VI2＜1/3VCC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。3.2.2：555定时器555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图4所示。它内部包括两个电压比较器，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/3555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RS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A1的反相输入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。3.2.3：555的应用：（1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等；（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路；(3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路，频率变换电路、自动控制电路等555多谐振荡器(1)555的逻辑框图图2单稳类电路图3多态类电路图4CD4017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（Q1～Q9）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Y0～Y7，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。555内部结构图5555工作壮态图1-6元件清单元件名称元件符号元件个数元件大小555芯片NE5552——CD4017芯片CD40171——按键JK2——电阻R1，R8210kohmR211kohmR41510ohmR51200ohmR614.7kohmR71100kohmR91330ohm滑阻R3110k电容C1110ufC2110nFC31100Nf发光二极管LED11——表1-2芯片各引脚及功能555功能及引脚图图6555定时器由3个阻值为5kΩ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1V—3V，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5V—18V范围内使用。当VI1＜2/3VCC，VI2＜1/3VCC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引脚图图7CD4017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1：①脚(Y5)，第5输出端；②脚(Y1)，第1输出端；③脚(Y0)，第0输出端，电路清零时，该端为高电平；④脚(Y2)，第2输出端；⑤脚(Y6)．第6输出端；⑥脚(y7)，第7输出端；⑦脚(Y3)，第3输出端；⑧脚(vss)．电源负端；⑨脚(Y8)，第8输出端；⑩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．3～18V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（Q0～Q9）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。3.3单元电路设计与计算充电时间为：0.695(R1+R3)C1=0.139s；放电时间为；0.695R3C1=0.0000695s总振荡周期为：0.695(R1+2R3)C1=0.0002085s；自激振荡频率为：1.443/[(RI+2R5)C1]=4810s。3.4实验、调试及测试方法数据、结果分析调节电位器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LED1l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I．ED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、tlA555＼LM555＼SL555等均可。IC2只是一个标准的16脚双列插座，RP可选用10kΩ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ф3mm的，LEDll采用ф5mm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Y0／uY9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。第四章心得体会设计，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，