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鄭州科技學院 《數(shù)字電子技術》課程設計 題 目 電子幸運轉盤 學生姓名 專業(yè)班級 14級電子科學與技術 學 號 院 （系） 電氣工程學院 指導教師 完成時間 2017年 3月8 日 2019年10月23日 目 錄 前 言 1 1 課程設計的目的? 2 2 設計任務與要求 2 3 設計方案與論證 3 3.1 設計思路? 3 3.2 設計方案? 3 3.3 設計論證? 4 4 設計原理及功能說明?? 4 4.1 電路的設計原理? 4 4.2 由NE555組成的震蕩器 5 4.3 ?NE555介紹 6 4.4 CD4017工作原理 8 5 硬件的調試與制作? 9 5.1 ?硬件的調試? 9 5.2 ?硬件的制作? 9 6 實驗總結 11 參考文獻 13 附錄1 實物圖 14 附錄2 總體電路仿真圖 16 附錄3 元器件清單 17 前 言 在這個信息化的社會，我們每天都在進行數(shù)字化，電氣化，簡單化的發(fā)展。當我們在工作，學習，交友……等不同的生活之中，我們的生活在慢慢地變得快捷輕松，這就是科技的力量。? 并且市場經濟的發(fā)展，人們對科技的要求越來越高。在現(xiàn)實的生活中我們每一天都在與科技打交道。本次我們組設計的是電子幸運大轉盤，現(xiàn)在許多得商家通過抽獎的活動勾引起消費者的購物狂潮。電子轉盤游戲機是一種應用了數(shù)字電子技術的游戲,?幸運轉盤就是先預測旋轉中的圓盤停止時，到底會停在哪個位置的工具。也可用作估號碼游戲，電子骰子，抽獎機等。電子幸運轉盤就是以電子的方式達成相同的功能，本套件把10只LED配置成一個圓圈，當按一下按鍵后，每只LED順序輪流發(fā)光，流動速度越來越慢，最后停在某一只LED上不再移動。若最后發(fā)亮那個LED與玩家預測的相同，則表示“中獎”? 同時通過對本次課程設計的實踐也能很好的回憶和鞏固自己之前的知識。對動手能力的一次嘗試和考驗。并且通過對這個基礎性的數(shù)字電子游戲的制作對更復雜的大型電子游戲有所了解和認識。對社會上的使用需求也有所料了解?？傊?，本次課程設計將是對自己綜合能力的一次全面考察。通過此次的實訓能夠將芯片的引腳分布和參數(shù)進行具體的了解。? 我們當初設計的目的是為了生活的簡單化，雖然我們是借鑒前人智慧，但是在這次的課程設計過程中，不得不讓人明見前人的成功與對知識的見解。 1 課程設計的目的? 本次設計本著鍛煉學生的動手能力和思考能力的目的，把所學知識與實際相結合。學生通過理論設計和實際制作解決相應的實際問題，鞏固和運用在《數(shù)字電子技術》一書中所學的理論知識和實驗技能，掌握模擬電子系統(tǒng)的一般設計方法，提高設計能力和實際動手能力，為以后從事電子產品打下良好的基礎。提高學生的就業(yè)競爭力，激發(fā)我校大學生事實就是，刻苦鉆研，發(fā)揚團隊合作精神，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和動手實踐能力。加強學生對專業(yè)前沿技術的學習和能力的培養(yǎng)。例如，焊接技術，自我解決問題的能力。同時在設計以及實踐的過程中不僅可以充分運用所學知識于實際中，還可鍛煉學生的思維能力和知識拓展能完成力，調動學生學習電子信息技術的積極性。 2 設計任務與要求 1）可用?10個發(fā)光二極管模擬幸運物。?? 2）啟動開關后，發(fā)光二極管高速循環(huán)點亮。?? 3）二極管循環(huán)點亮速度越來越慢，并最終隨機停止于某個燈上。 3 設計方案與論證 3.1 設計思路? 根據(jù)電子幸運轉盤的功能要求，將電路劃分為四個單元功能模塊，即時鐘信號發(fā)生模塊、譯碼驅動LED?顯示模塊、十進制計數(shù)模塊和開關等邏輯控制。 3.2 設計方案? 本電路由555組成的多諧振蕩器和CD4017十進制計數(shù)器／脈沖分配器組成。10顆發(fā)光二極管模擬幸運物，當按下啟動鍵1秒以上，發(fā)光二極管高速循環(huán)點亮，幾秒鐘后旋轉速度越來越慢并最終隨機停止于某顆燈上?？梢詫⒚款w燈旁邊標上幸運物品作為搖獎器。47μF電解電容的數(shù)值決定延遲時間，1μF的電解電容數(shù)值決定循環(huán)速度。電源供電電壓為直流5V，也可以采用3節(jié)1.5V電池供電。電子幸運轉盤設計方框圖如下圖3-1所示。 ? 電容式放電計時器 555集成電路多諧震蕩器 按鈕式 啟動開關 發(fā)光二極管 指示顯示 4017集成電路十進制計數(shù)器 圖3-1 電子幸運轉盤電路系統(tǒng)方框圖 3.3 設計論證? 若當按下開關1秒以上，發(fā)光二極管高速循環(huán)點亮，幾秒鐘后旋轉速度越來越慢并最終停于某顆燈上。重復試驗，停留的位置隨機。則設計成功,否則,設計失敗。?? 4 設計原理及功能說明?? 4.1 電路的設計原理? 圖4-1電路總設計圖 脈沖產生器由NE555及外圍元件構成多諧振蕩器，當按下按鍵S1時Q1導通，NE555的3腳輸出脈沖，則CD4017的10個輸出端輪流輸出高電平驅動 按鈕時啟動開關?電容式放電計數(shù)器?555集成電路多謝振蕩器??4017集成電路十進制計數(shù)器?發(fā)光二極管1-10顯示?10只LE?D輪流發(fā)光。松開按鍵后，由于有電容C1的存在，Q1不會立即截止，隨著C1兩端電壓的下降，Q1的導通程序逐漸減弱，3腳輸出脈沖的頻率變慢，LED移動頻率也隨之變慢。最后當C1放電結束后。Q1截止，NE555的3腳不再輸出脈沖，LED停止移動。一次“開獎”過程就這樣完成了。R2決定LED移動速度，C1決定等待“開獎”的時間。? 4.2 由NE555組成的震蕩器 圖4-2NE555組成的震蕩器 4.3 NE555介紹 555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極型（TTL）工藝制作的稱為?555，用?互補金屬氧化物（CMOS?）工藝制作的稱為?7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器?556/7556。555?定時器的電源電壓范圍寬，可在?4.5V~16V?工作，7555?可在?3~18V?工作，輸出驅動電流約為?200mA，因而其輸出可與?TTL、CMOS?或者模擬電路電平兼容。555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。? 它內部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個?RS?觸發(fā)器，一個放電管?T?及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC?/3?和?2VCC?/3? 555?定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS?觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當?5?腳懸空時，則電壓比較器?C1?的反相輸入端的電壓為?2VCC?/3，C2?的同相輸入端的電壓為VCC?/3。若觸發(fā)輸入端?TR?的電壓小于VCC?/3，則比較器?C2?的輸出為?0，可使?RS?觸發(fā)器置?1，使輸出端?OUT=1。如果閾值輸入端?TH?的電壓大于?2VCC/3，同時?TR?端的電壓大于VCC?/3，則?C1?的輸出為?0，C2?的輸出為?1，可將?RS?觸發(fā)器置?0，使輸出為?0?電平。?它的各個引腳功能如下：? 圖4-3引腳圖和內部邏輯框圖 1腳：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。?2腳：低觸發(fā)端?3腳：輸出端Vo? 4腳：是直接清零端。當此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。? 5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只0.01μF電容接地，以防引入干擾。? 6腳：TH高觸發(fā)端。? 7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。? 8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5?~?16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3?~?18V。一般用5V。 4.4 CD4017工作原理 CD4017是一個十進制數(shù)集成電路，是十進制計數(shù)器／脈沖分配器，它的內部由計數(shù)器及譯碼器兩部分組成。16腳以及8腳分別為正負極電源接腳，可在3-18V下工作。14是時鐘脈沖輸入端，每當輸入由低電位（約0V）轉高電位時令輸出端依次序輪流輸出高電位。13端是時鐘脈沖控制端，一般接低電位，若接高電位會使14端暫停作用。15端是置零端，一般接零電位，若接高單位則是輸出置零，即Q0輸出端永遠為高單位，12端是進位端，用來接下一個十進計數(shù)器，變成雙位計數(shù)器，本電路不用，故空接。CD4017的內部結構圖如圖所示。 圖4-4 CD4017引腳圖 5 硬件的調試與制作? 5.1 ?硬件的制作? 采用電烙鐵手工焊接方法將元件按電路圖焊接。焊接的時候我們要避免元件的各個部分的鏈接，焊接前要嚴格按照仿真電路圖上的各元器件的連接先在電路板上進行排版，應做到各元件的排列合理，容易焊接。避免焊接時交叉短路及確保電路板美觀程度。? 焊接時不要直接焊芯片，焊接時不要直接焊芯片，各元器件應先固定再剪去引腳。焊接時應注意錫的跟進度，確保焊接后的焊點光滑整潔。焊接時不應焊接時間過長，以免燒壞電路板和元器件，還應注意錫的用量，節(jié)約資源，做到美觀與技術的巔峰，讓人看到一種舒服、高端、大氣、上檔次！ 5.2 ? 硬件的調試? 在元件的調試過程中，整個過程大多數(shù)是仿真上進行的。? 在電路上存在著一些的問題如下：??? ?故障一：CD4017輸出的10個LED不亮?? 故障分析：C2的值太大。? 故障二：LED燈在最后的放電過程中停止的太快，觀察不到效果。? 故障分析：由于各元器件的制作過程中存在著允許的誤差，可能會由導致接完后與仿真的效果不太一樣。此時應根據(jù)現(xiàn)象適當替換電容C1，若是交替閃爍頻率過快，應替換較大電容。 ?故障三：在焊接完成后發(fā)現(xiàn)當接上電源，用鎖存開關進行演示前發(fā)現(xiàn)有多個LED亮。? 故障分析：由于開關S1只是鎖存多諧振蕩的，而電源還是接通。最開始會出現(xiàn)震蕩情況，所以會產生多個LED燈亮?。  6 實訓總結 通過這次電子作品的制作使我們的專業(yè)技能得到了很大的鍛煉和提高。在電子作品制作的過程中。不僅僅需要基本的電子焊接技術，而且在制作過程中需要先對需要的元器件有充分的認識。其次，子制作過程中還要適當?shù)慕Y合電子仿真軟件的應用。另外還要記得電子仿真中是對各種干擾理想化的仿真，在實際制作中需要結合實際情況對需要更改的參數(shù)進行更改，否則制作肯定不能成功。? 這次電子實訓設計中，我們小組的題目是電子幸運輪盤。設計的時候并不順利，芯片的選擇和電路的接法對于我?這種從來沒有實際操作過的學生還是有一定難度的。經過我們大家的集體?討論后，我們還是把最終的電路圖設計了出來。這讓我充分體會到了團隊了力量，團結才能讓大?家把事情干好。一個人的力量始終太渺小，集思廣益才能讓我們進步得更快，讓我們學習到更多知識。最讓我頭疼的是在?實際操作過程中，我們經常會因一個小失誤，比如線接錯了，有的線沒有接上等等問題讓實驗板的燈無法亮起來。這些都是讓我始料未及的。由于不細心的地方太多，老是求快，想早點完成設計和焊接，但是這反而導致了很多次的失敗，當時甚至有放棄的念頭。但是我們堅持下來了，當最終看到成品的時候，我覺得一切都是值得的。? 在這次的實訓中，我們要對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。因此在實訓中我對集成芯片555，4017的原理更加深入和應用更加熟悉了。同時我所做的電子作品電子幸運轉盤的構成和工作原理都有了相應的理解。? 其次，在電子作品制作過程中無疑要用到相應的設計軟件同時也要做作品的PCB板的制作與焊接。因此在實訓中使我對Multisim10、DXP2004等電子設計與仿真軟件的使用更加的熟悉與靈活了。還有焊接的接點有要比之前有了很大的提高，減少了虛焊等還接點的數(shù)量。? 然后，電子作品的制作不僅僅鍛煉了自己的實踐能力，并且在此過程中還鍛煉了自己在制作產品上的邏輯思維，知道了要設計一個產品需要什么必備條件和設計產品時候的邏輯步驟。因此做這樣的電子作品的制作的實訓，將會很好擴展我們得思維能力，將學習的理論與與實踐相結合，作品制作與生活相結合，做出對社會和生活有的產品來。? 最后，要感謝指導老師在電子作品制作實訓中的精心指導和幫助。?謝謝老師。  參考文獻 [1] 邱關源.電路 第五版[M] 高等教育出版社2009,6:27~35. 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