电子摇奖器课程设计报告.doc

湖南人文科技学院课程设计报告课程名称: 电子原理及应用课程设计设计题目： 电子摇奖器 系 别： 通信与控制工程系 专 业： 通信工程专业 班 级： 08级通信（二）班 学生姓名: 成振华 彭冲 陈锋 学 号: 08416240 08416207 08416202 起止日期: 2009年6月7日 2009年6月25日 指导教师: 侯海良 教研室主任： 刘建闽 指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日成绩评定项 目权重成绩成振华彭冲陈锋1、设计过程中出勤、学习态度等方面0.22、课程设计质量与答辩0.53、设计报告书写及图纸规范程度0.3总 成 绩 教研室审核意见：教研室主任签字： 年 月 日教学系审核意见： 主任签字： 年 月 日摘 要介绍一种简易电子摇奖器的设计方法，以555芯片和CD4017芯片为主控核心，与按键、LED、电阻、电容等较少的辅助硬件电路相结合，利用开关实现对LED灯进行控制。本电路具有体积小、元件少、电路结构简单及容易操作、现象明显等优点。这个电子摇奖器是利用十进制时序分配器对振荡脉冲进行随时计数制成。计数在人体触摸下进行，这个触摸时间长短不太有重复性，具有很大的随机性.通过按键控制产生随机数，LED先循环闪亮，最后停留在某个LED上，从而实现抽奖。关键词： 多谐振荡器，计数器，LED目录2、设计课题任务及指标23、系统设计方案论证24、电路需要的元器件45、单元电路设计4一脉冲发生器3二十进制计数器CD40175 6、电路图及电路的工作原理77、组装调试78、设计成果的评价89、课程设计的收获、体会810、致谢911、参考文献9 电子摇奖器2、设计课题任务及指标：（1） 通过本课程的选题、方案论证、设计计算、安装调试、资料整理、撰写“设计报告”等环节，初步掌握电子工程设计方法和组织实施的基本技能，深化、扩展并综合运用课堂上所学的电子电路分析设计方法以及集成电路知识完成小系统的电路设计。（2） 利用555多谐振荡器、十进制计数器、发光二极管等设计电子摇奖器。（3） 在实验装置上或者利用仿真软件完成数字秒表的线路连接和调试。设计要求：要求设计一个电子摇奖器，当来客按下触摸金属之后，根据触摸时间长短有得到摇奖号码（09），设置10个LED灯，摇奖号码由相应的灯亮来表示。电源用4节干电池供电。扩展部分：将摇奖号码通过两个数码管来显示。3、系统设计方案与分析a.方案一 如图所示为电子摇奖器的具体电路。IC1为二输入端四与非门CD4011。其中，与非门ICl-1、ICl-2组 成时钟脉冲发生器。与非门ICl-3组成计数闸门电路，它的一个输入端接时钟脉冲发生器的输出端，另一个输入端经电阻R3与触摸金属片M相连。IC2为十进制计数/分配器CD4017，在它的输出端Q0Q9上接有LED1LED10十个发光二极管，分另廿代表“09”十个数。电容C2与电阻R5组成通电自动清零复位电路。当人手没有触摸金属片M时，与非门IC1的下输入端为低电平，使计数闸门封锁，IC2不计数。 分析：该电路能基本符合设计的要求，但图中的时钟脉冲发生器电源电压对振荡频率影响较大，不利于电路功能的实现。 方案二：用555芯定时器组成多谐振荡器代替方案一的振荡电路。由于频率，555的振荡频率设计为1KHz以上。实际上，这个频率只要在数十赫以上，LED的发光变化对人的眼睛来说都是无法辨别的，振荡组容参数可以在很大的范围内选择。所以选定了分析:经改进后，电路更加稳定。但要实现其扩展功能的实现，即把结果用数码管显示。需用一个十进制转换成二进制的编码器，在用74HC4511进行译码，然后接数码管显示输出。这样改进电路更加完善，但比较复杂，故采用LED显示输出。 4、电路需要的元器件：元器件明细表，其格式如表1-1。 名 称 符 号 参 数 备 注 电 阻 R 4.7K 1 电 阻 R 47 K 1 电 阻 R 100 K 1 电 阻 R 3 K 1 电 阻 R 1 M 1 电 容 C 0.1u 2 电 容 C 220 u 1 发光二极管 LED 11 开关二极管 1N4148 1 多谐振荡器 NE555 1 十进制计数器 CD4017 15、单元电路设计（绘制时序图）、参数计算和元器件选择说明（接口要求）：一.脉冲发生器（由555构成的多些振荡器）： 管脚图脉冲波形图如下：二、十进制计数器（CD4017）CD4017是5位Johnson计算器，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，计算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。 CD4017引脚功能：CD4017内部是除10的计数器及二进制对10进制译码电路。CD4017有16支脚，除电源脚VDD及VSS为电源接脚，输入电压范围为315V之外，其余接脚为：A、频率输入脚：CLOCK(Pin14)，为频率信号的输入脚。B、数据输出脚：a、 Q1-Q9(Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11)，为*后的时进制输出接脚，被计数到的值，其输出为Hi，其余为Lo 电位。b、CARRY OUT（Pin12），进位脚，当4017计数10个脉冲之后，CARRY OUT将输出一个脉波，代表产生进位，共串级计数器使用。D、 控制脚：a、 CLEAR(Pin15)：清除脚或称复位(Reset)脚，当此脚为Hi时，会使CD4017的Q0为”1”，其余Q1-Q9为”0”。b、CLOCK ENABLE(Pin13)，时序允许脚，当此脚为低电位，CLOCK输入脉波在正缘时，会使CD4017计数，并改变Q1-Q9的输出状态。6、电路图及电路的工作原理：电路图如下电路工作原理：555构成多谐振荡器，向4017提供快速计数脉冲。4017按选通方式进行计数，也就是仅仅在第13脚CE端为低电平期间才进行计数，在CE为高电平期间不计数。S1为轻触开关。当人手触摸S1期间，人体感应电压通过1N4148二极管将使4017第13脚放电为低零电平，4017对555振荡脉冲快速计数，QOQ9外接LED依次快速导通循环发光，看起来像是一个光环。当人手离开S1后，4017第13脚电位充电上升到高电平，4017停止计数。这时仅有10个LED中某一个LED发光显示，用于表示摇奖所得的编号。 555第3和7脚所接LED仅用作电源指示。 如果希望能看到摇奖过程中LED发光闪亮过程，只要把555第2和6脚所连接的电阻器组值和电容器容量加大就可以实现。例如选用电阻1M、电容0.68uF,振荡周期约1s。LED发光就会每秒钟改变一次。7、组装调试：本设计采用EDA电路仿真对设计电路进行了调试。运用软件Multisim。在调试的过程中遇到不少的麻烦，经过多次反复的检查和排除，最终实现了部分功能。8、设计成果的评价：通过将近两周的设计，总算是有了一个结果。只是方案和结果都令我不甚满意。首先是方案，主要是是参考了老师的方案，然后按照老师的方案修改而成。最终没有能够实现上电路清零功能和低电平有效的功能，经过反复的修改也没能实现。虽然大体满足了需要，但总的来说，实用性并不高。由于时间太短，所以设计结果不很完善，只要在设计时间之余，下苦工夫，其它诸如存储、报时等功能都能够一一实现。9、课程设计的收获、体会： 经过三周的课程设计，我从中学到学到了不少知识。虽然过程比较曲折和艰辛，但最终付出得到了回报。这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有扎实的知识基础，要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。要有耐心和毅力。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是利用Multisim 仿真，因为以前没有学过这个软件，只用过protel,所以其中的一部分我们要从头学起，自行摸索的学习。在各个单元电路的连接上花费了大量时间。我们在设计时做出了两套方案以及仿真电路，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后请老师指导了一下，这才确定了我们的电路。实习过程中，我深刻的体会到在设计过程中，要考虑到各个元器件的功能和特性，要翻阅大量资料，参考别人的经验。只有这样才能把自己的电路设计的完美。通过这次对数字钟的设计与制作，让我们了解了设计电路的程序，也让我们了解了关于电子摇奖器的原理与设计理念。在此次的设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。在电路的仿真过程中出错的主要原因都主要是接线的错误所引起的。接线的时候一定要细心，不要接错，同时也要学会如何判别芯片的功能，要是芯片不具备要求的功能，或者，不匹配，即使接线再正确也出不来结果。对自己的设计要仔细考虑，是否可行，尤其是进位输出，着重看看进位的CP脉冲是否正确等。 总体来说，通过这次课程设计学习，让我对各种电路都有了大概的了解，也学会了常用绘图软件的使用，在平时的理论学习中遇到的问题都一一解决，加深了我对专业的了解，培养了我对学习的兴趣，为以后的学习打下了好的开端，我受益匪浅10.致谢 经过3周的努力奋斗，课程设计终