幸运转盘课程设计.doc

郑州科技学院数字电子技术课程设计题 目 电子幸运转盘 学生姓名 专业班级 14级电子科学与技术 学 号 院 （系） 电气工程学院 指导教师 完成时间 2017年 3月8 日 2019年10月23日目 录 前 言11 课程设计的目的22 设计任务与要求23 设计方案与论证33.1 设计思路33.2 设计方案33.3 设计论证44 设计原理及功能说明44.1 电路的设计原理44.2 由NE555组成的震荡器54.3 NE555介绍64.4 CD4017工作原理85 硬件的调试与制作95.1 硬件的调试95.2 硬件的制作96 实验总结11参考文献13附录1 实物图14附录2 总体电路仿真图16附录3 元器件清单17前 言在这个信息化的社会，我们每天都在进行数字化，电气化，简单化的发展。当我们在工作，学习，交友等不同的生活之中，我们的生活在慢慢地变得快捷轻松，这就是科技的力量。并且市场经济的发展，人们对科技的要求越来越高。在现实的生活中我们每一天都在与科技打交道。本次我们组设计的是电子幸运大转盘，现在许多得商家通过抽奖的活动勾引起消费者的购物狂潮。电子转盘游戏机是一种应用了数字电子技术的游戏,幸运转盘就是先预测旋转中的圆盘停止时，到底会停在哪个位置的工具。也可用作估号码游戏，电子骰子，抽奖机等。电子幸运转盘就是以电子的方式达成相同的功能，本套件把10只LED配置成一个圆圈，当按一下按键后，每只LED顺序轮流发光，流动速度越来越慢，最后停在某一只LED上不再移动。若最后发亮那个LED与玩家预测的相同，则表示“中奖”同时通过对本次课程设计的实践也能很好的回忆和巩固自己之前的知识。对动手能力的一次尝试和考验。并且通过对这个基础性的数字电子游戏的制作对更复杂的大型电子游戏有所了解和认识。对社会上的使用需求也有所料了解。总之，本次课程设计将是对自己综合能力的一次全面考察。通过此次的实训能够将芯片的引脚分布和参数进行具体的了解。我们当初设计的目的是为了生活的简单化，虽然我们是借鉴前人智慧，但是在这次的课程设计过程中，不得不让人明见前人的成功与对知识的见解。1 课程设计的目的本次设计本着锻炼学生的动手能力和思考能力的目的，把所学知识与实际相结合。学生通过理论设计和实际制作解决相应的实际问题，巩固和运用在数字电子技术一书中所学的理论知识和实验技能，掌握模拟电子系统的一般设计方法，提高设计能力和实际动手能力，为以后从事电子产品打下良好的基础。提高学生的就业竞争力，激发我校大学生事实就是，刻苦钻研，发扬团队合作精神，培养学生的创新思维和动手实践能力。加强学生对专业前沿技术的学习和能力的培养。例如，焊接技术，自我解决问题的能力。同时在设计以及实践的过程中不仅可以充分运用所学知识于实际中，还可锻炼学生的思维能力和知识拓展能完成力，调动学生学习电子信息技术的积极性。2 设计任务与要求1）可用10个发光二极管模拟幸运物。2）启动开关后，发光二极管高速循环点亮。3）二极管循环点亮速度越来越慢，并最终随机停止于某个灯上。3 设计方案与论证3.1 设计思路根据电子幸运转盘的功能要求，将电路划分为四个单元功能模块，即时钟信号发生模块、译码驱动LED显示模块、十进制计数模块和开关等逻辑控制。3.2 设计方案本电路由555组成的多谐振荡器和CD4017十进制计数器脉冲分配器组成。10颗发光二极管模拟幸运物，当按下启动键1秒以上，发光二极管高速循环点亮，几秒钟后旋转速度越来越慢并最终随机停止于某颗灯上。可以将每颗灯旁边标上幸运物品作为摇奖器。47F电解电容的数值决定延迟时间，1F的电解电容数值决定循环速度。电源供电电压为直流5V，也可以采用3节1.5V电池供电。电子幸运转盘设计方框图如下图3-1所示。电容式放电计时器555集成电路多谐震荡器按钮式启动开关发光二极管指示显示4017集成电路十进制计数器图3-1 电子幸运转盘电路系统方框图3.3 设计论证若当按下开关1秒以上，发光二极管高速循环点亮，几秒钟后旋转速度越来越慢并最终停于某颗灯上。重复试验，停留的位置随机。则设计成功,否则,设计失败。4 设计原理及功能说明4.1 电路的设计原理图4-1电路总设计图脉冲产生器由NE555及外围元件构成多谐振荡器，当按下按键S1时Q1导通，NE555的3脚输出脉冲，则CD4017的10个输出端轮流输出高电平驱动按钮时启动开关电容式放电计数器555集成电路多谢振荡器4017集成电路十进制计数器发光二极管1-10显示10只LED轮流发光。松开按键后，由于有电容C1的存在，Q1不会立即截止，随着C1两端电压的下降，Q1的导通程序逐渐减弱，3脚输出脉冲的频率变慢，LED移动频率也随之变慢。最后当C1放电结束后。Q1截止，NE555的3脚不再输出脉冲，LED停止移动。一次“开奖”过程就这样完成了。R2决定LED移动速度，C1决定等待“开奖”的时间。4.2 由NE555组成的震荡器图4-2NE555组成的震荡器4.3 NE555介绍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。一般用双极型（TTL）工艺制作的称为555，用互补金属氧化物（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4.5V16V工作，7555可在318V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。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C1的反相输入端的电压为2VCC/3，C2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C2的输出为0，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C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。它的各个引脚功能如下：图4-3引脚图和内部逻辑框图1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。2脚：低触发端3脚：输出端Vo4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH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：VC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准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。6脚：TH高触发端。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。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.516V，CMOS型时基电路VCC的范围为318V。一般用5V。4.4 CD4017工作原理CD4017是一个十进制数集成电路，是十进制计数器脉冲分配器，它的内部由计数器及译码器两部分组成。16脚以及8脚分别为正负极电源接脚，可在3-18V下工作。14是时钟脉冲输入端，每当输入由低电位（约0V）转高电位时令输出端依次序轮流输出高电位。13端是时钟脉冲控制端，一般接低电位，若接高电位会使14端暂停作用。15端是置零端，一般接零电位，若接高单位则是输出置零，即Q0输出端永远为高单位，12端是进位端，用来接下一个十进计数器，变成双位计数器，本电路不用，故空接。CD4017的内部结构图如图所示。图4-4 CD4017引脚图5 硬件的调试与制作5.1 硬件的制作采用电烙铁手工焊接方法将元件按电路图焊接。焊接的时候我们要避免元件的各个部分的链接，焊接前要严格按照仿真电路图上的各元器件的连接先在电路板上进行排版，应做到各元件的排列合理，容易焊接。避免焊接时交叉短路及确保电路板美观程度。焊接时不要直接焊芯片，焊接时不要直接焊芯片，各元器件应先固定再剪去引脚。焊接时应注意锡的跟进度，确保焊接后的焊点光滑整洁。焊接时不应焊接时间过长，以免烧坏电路板和元器件，还应注意锡的用量，节约资源，做到美观与技术的巅峰，让人看到一种舒服、高端、大气、上档次！5.2 硬件的调试在元件的调试过程中，整个过程大多数是仿真上进行的。在电路上存在着一些的问题如下：故障一：CD4017输出的10个LED不亮故障分析：C2的值太大。故障二：LED灯在最后的放电过程中停止的太快，观察不到效果。故障分析：由于各元器件的制作过程中存在着允许的误差，可能会由导致接完后与仿真的效果不太一样。此时应根据现象适当替换电容C1，若是交替闪烁频率过快，应替换较大电容。故障三：在焊接完成后发现当接上电源，用锁存开关进行演示前发现有多个LED亮。故障分析：由于开关S1只是锁存多谐振荡的，而电源还是接通。最开始会出现震荡情况，所以会产生多个LED灯亮。6 实训总结通过这次电子作品的制作使我们的专业技能得到了很大的锻炼和提高。在电子作品制作的过程中。不仅仅需要基本的电子焊接技术，而且在制作过程中需要先对需要的元器件有充分的认识。其次，子制作过程中还要适当的结合电子仿真软件的应用。另外还要记得电子仿真中是对各种干扰理想化的仿真，在实际制作中需要结合实际情况对需要更改的参数进行更改，否则制作肯定不能成功。这次电子实训设计中，我们小组的题目是电子幸运轮盘。设计的时候并不顺利，芯片的选择和电路的接法对于我这种从来没有实际操作过的学生还是有一定难度的。经过我们大家的集体讨论后，我们还是把最终的电路图设计了出来。这让我充分体会到了团队了力量，团结才能让大家把事情干好。一个人的力量始终太渺小，集思广益才能让我们进步得更快，让我们学习到更多知识。最让我头疼的是在实际操作过程中，我们经常会因一个小失误，比如线接错了，有的线没有接上等等问题让实验板的灯无法亮起来。这些都是让我始料未及的。由于不细心的地方太多，老是求快，想早点完成设计和焊接，但是这反而导致了很多次的失败，当时甚至有放弃的念头。但是我们坚持下来了，当最终看到成品的时候，我觉得一切都是值得的。在这次的实训中，我们要对所做的作品的原理和所用到的元器件的工作原理和用法做深入的了解。因此在实训中我对集成芯片555，4017的原理更加深入和应用更加熟悉了。同时我所做的电子作品电子幸运转盘的构成和工作原理都有了相应的理解。其次，在电子作品制作过程中无疑要用到相应的设计软件同时也要做作品的PCB板的制作与焊接。因此在实训中使我对Multisim10、DXP2004等电子设计与仿真软件的使用更加的熟悉与灵活了。还有焊接的接点有要比之前有了很大的提高，减少了虚焊等还接点的数量。然后，电子作品的制作不仅仅锻炼了自己的实践能力，并且在此过程中还锻炼了自己在制作产品上的逻辑思维，知道了要设计一个产品需要什么必备条件和设计产品时候的逻辑步骤。因此做这样的电子作品的制作的实训，将会很好扩展我们得思维能力，将学习的理论与与实践相结合，作品制作与生活相结合，做出对社会和生活有的产品来。最后，要感谢指导老师在电子作品制作实训中的精心指导和帮助。谢谢老师。参考文献1 邱关源.电路 第五版M 高等教育出版社2009,6:2735.2 杨全科.模拟电子技术基础M 高等教育出版社2003,11:100135.3 阎石.数字电子技术基础M (第五版) 高等教育出版社2007,2:5564.4 伊仕电工电子工程基础M 华中科技大学出版社 2004,9:74112.5 Protel DXP电路设计与制版实用教程M人民邮电出版2006,5:1325.6 康华光.电子技术基础数字部分第4版M.北京高等教育出版社2000，33-367 郑家龙.集成电子技术基础M.北京高等教育出版社2002，55-588 路成红.专用集成电路设计与电子设计自动化M.清华大学出版社2001，25-279 王 涛. 电工电子工艺实习实验教程M山东大学出版社，22-2610 韩亚萍.Protel DXP基础教程M清华大学出版社，26-3011 赵春云、曹经稳、赵春强 .常用电子元器件及应用电路手册M电子工业出版社，36-37附录1： 实物图（正面视图）（被面焊接图）20附录2： 总体电路仿真图附录3： 元器件清单序号名称型号规格数量1电阻470K22电阻10K13电阻10014电解电容47UF15电解电容1UF16LED901317集成电路NE55518集成电路CD401719集成电路插座8P110集成电路插座16P111发光二极管5mm1012轻触按键6X6X10mm113接线座2P114PCB65X65nm1