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1、长 沙 学 院数 电 课 程 设 计 说 明 书题目 投弹游戏机系(部)专业(班级)姓名学号指导教师起止日期数字电子技术课程设计任务书(18)系（部）： 专业： 指导教师课题名称 投弹游戏机设计设计内容及要求基本要求10 个 LED 顺序点亮（移动速度可变） ，如果能够在点亮的同时将小球投中目标，则发出 1000Hz 庆贺声主要参考元器件555，CD4017，CD4001设计工作量1、系统整体设计；2、系统设计及仿真；3、在 Multisim 或同类型电路设计软件中进行仿真并进行演示；4、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、仿真分析、调试过程，参考文献、设计总结等。起止日期（或时间量）
2、 设计内容（或预期目标） 备注第一天 课题介绍，答疑，收集材料第二天 设计方案论证第三天 进行具体设计第四天 进行具体设计进度安排第五天 编写设计说明书教研室意见年 月 日系（部）主管领导意见年 月 日长沙学院课程设计鉴定表姓名 学号 专业 班级设计题目 指导教师指导教师意见：评定等级： 教师签名： 日期： 答辩小组意见：评定等级：答辩小组长签名： 日期： 教研室意见：教研室主任签名： 日期： 系（部）意见：系主任签名： 日期：说明 课程设计成绩分“优秀” 、 “良好” 、 “及格” 、 “不及格”四类；目录前言.第一章 设计要求.第二章 系统设计方案及选择.21 方案 1.22 方案 2.第
3、三章 第三章系统组成及工作原理. 31 脉冲发生器部分. 32 计时器及 LED 显示部分.33 延时电路.34 音频振荡部分.35 系统总图及整体工作原理.3.5.1 系统原理图.3.5.2 系统工作过程及原理.第 4 章 作品调试及结果分析.41 作品调试.42 结果分析.43 制作过程中的结果分析.第五章 实验结果及体会.第六章 心得体会.参考文献. 前言投弹游戏机是一种主要用于娱乐，使用只向获得许可的软件开发者开放的源代码，以电视机或其他专用显示器以及专用输入设备的电脑系统。其与 PC 机最大的区别在于源代码和软件的封闭性。广义来讲 人类用来进行游戏的机械电子装置都可称作游戏机 随着电
4、子技术 信息产业的长发展 以及电影漫画产业的带动投弹游戏机便成为了游戏机的实际代表，由于其更专业化的游戏性表现，因此即便电脑水平如此发达的今天，PC 游戏仍然无法替代游戏机的强势地位。投弹游戏在 1970 年代开始以一种商业娱乐媒体被引入，成为 1970 年代末日本、美国和欧洲一个重要娱乐工业的基础。在 1983 年美国游戏业萧条事件及继而重生后的两年，电子游戏工业经历了超过两个年代的增长，成为了达 100 亿美金的工业，并与电影业竞争成为世界上最获利的娱乐产业。投弹游戏早期是以主机运算、图形性能、以及主要储存媒介为世代区分标准。平均大约一个世代历时五至六年。时代之间的游戏机性能差别很大。 投
5、弹游戏早期是以主机运算、图形性能、以及主要储存媒介为世代区分标准。平均大约一个世代历时五至六年。世 代之间的游戏机性能差别很大。1972 年，电子游戏踏入第一期，当时所谓的游戏机主要是能用手柄控制电视屏幕上光点移动的装置，每部游戏机也只能玩特定的一种游戏；第二期，游戏机开始能通过卡带更换不同游戏，使游戏开始变得多元化；第三期之后游戏类型多样化、网络化、游戏机可携化、游戏开发专业化，其进步不但如卡通般伴随几代人成长外，其获利模式及与伦理道德间的关系亦值得深思。在科学技术发展的今天，不仅世界是日新月异，而且电子产品也是不断更新。但是千变万变不离其踪，只要我们有坚实的、牢固的知识作后盾，并且不断学习
6、外界的各种先进的科学文化知识，就可以构筑自己知识的大厦，在自己今后的人生道路上迈出稳健的步伐。这次实践使我认识到我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用中有些问题还不能解决，所以我要在今后的学习中更加努力，学好自己的专业知识以充实自己，来适应日新月异的现代社会。第一章 设计要求设计题目：数字投弹游戏机设计任务：（1）复习数字电路中芯片的真值表及其实现功能（2）根据原理框图设计出其电路原理图，并通过仿真看其实现功能。（3）焊接出电路并通过调试最终实现其功能。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。系统由无稳态多谐振荡器，十进制计数器，
7、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 系统设计方案及选择方案选择 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2.1 方案 第一部分：利用 NE555 构成占空比及频率可调的脉冲发生电路（多谐振荡电路） ； 第二部分：由 CD4017 计数器对由 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； 第三部分：利用 CD4001 因投弹产生的信号进行延时控制 LED 灯亮时长，并由CD4001 中的或非门构成的音频振荡器驱动蜂鸣器，发出一定频率的祝贺声。其工作的原理框图如图 2.1
8、所示图 2.1 方案一原理框图 1）555 脉冲形成电路：由 555 芯片、电阻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；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； 2.2 方案第一部分：利用 NE555 构成占空比及频率可调的脉冲发生电路（多谐振荡电路） ； 第二部分：由 CD4017 计数器对由 NE555 产生的脉冲进行编码、译码和分配工作，其输出信
9、号用于控制 LED 的点亮； 第三部分：传感器接收小球投中的信号，并将该信号传输给下一级； 第四部分：信号经由或非门构成的延时电路产生延时； 第五部分：用 555 构成的音频振荡受信号控制产生振荡，以驱动蜂鸣器工作 如图 2.2所示,该方案除传感器和 555 音频振荡器外,其它部分,均与方案相同555 脉冲形成电路 十进制移位 LED 显示按钮 延时电路无稳音频振荡 扬声器图 2.21) 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 芯片产生一 1000Hz 左右的音频信号 综上所述，我们可以发现方案结构简单,易于实现,但精度底；方案电路结构复杂,成本高
10、,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 系统组成及工作原理3.1 脉冲发生器部分：矩形脉冲发生器的设计电路如下图所示3.2 计时器及 LED 显示部分 ：由于要使 LED 依次移动，故选择十进制计数器 CD4017，CD4017 是由计数器和译码器两部分电路组成。CD4017 有 3 个输入端：复位端 R，时钟端 CP（上升沿输入端）和时钟端 CPE（也叫EN，下降沿输入端） ；有十个译码输出端： 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。另外还有进位输出端 OC，用于级联以构成多位计55
11、5 脉冲形 十进制移位 LED 显示555 音频振荡器 延时电路 传感器 扬声器数器。 在选择上升沿作用后，该器件的 10 个译码输出通常处于低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,进位输出端 OC 由低电平转换到高电平,并能与时钟允许端连接成 n 级，以构成多位计数器，实现更广的计数功能。CD4017 又称时序脉冲分配器。它的功能是在时钟脉冲的作用下，实现顺序脉冲产生功能，整个输出时序是 Q0 Q1Q2Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。这种计数器的两个时钟输入端 CP 和
12、EN。当 EN 端接低电平时，计数脉冲由另一输入端 CP 输入，在脉冲上升沿时触发计数；当 CP 端接低电平时，计数脉冲由 EN 端输入，在脉冲下降沿触发计数。另外，该计数器有复位清零功能，CD4017 的复位端是高电平有效，当清零端 R 接高电平时，输出端 Q0 输出高电平,将输出初始化，而 Q1Q9 输出低电平。CD4017 计数器的时序波形图如下图所示时序波形图LED 显示部分由十个 LED 灯和十个按键开关组成，一个按键控制一个 LED 灯，以模拟投弹系统。3.3 延时电路：电容延时电路由或非门 CD4001 构成电容延时电路下图所示： 电容延时电路 输入信号由上图 U1A 的悬空端输入，当该端接收到一个脉冲信号时 ,输出端 OUT（即U1A 的输出端）输出低电平,R-S 触发器另一输出端（U1B 的输出端）由低电平变为高电平,并通过 R 给 C 充电 ,延时约秒，R-S 触发器 OUT 端由低电平变为高电
