数字电路课程设计电子摇奖器

专业班级：工作单位：目:（包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）年年信息工程学院简易电子摇奖机的设计月月日日

数字电子技术基础课程设计专业班级：工作单位：目:（包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）年年信息工程学院简易电子摇奖机的设计月月日日课程设计任务书

学生姓名：

指导教师：

题

初始条件：

本设计主要使用集成数字电路和必要的元器件来实现。用3位数码管显示3个不停变化的数字，用户通过按钮先后让数字停止变化，如果最终显示的3位数字相同则中奖。要求完成的主要任务:

1、课程设计工作量：1周。2、设计简易的电子摇奖机并进行仿真验证，具体技术要求如下：1）用3位数码管显示3个不停变化的数字，要求肉眼基本不可准确地识别出数字的变化。2）游戏开始之后，3位数字不断变化，在规定时间内（比如10秒）用户可以按动按键分别让3位数字停止变化，如果最终显示的3位数字相同则中奖。3）如果在规定时间内，若用户全程没有按动按键则给出游戏结束的提示。4）选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。制作实物时，数码管可以减少至两位。时间安排：

1、第1-2天，查阅相关资料，学习设计原理。2、第3-4天，方案选择和电路设计仿真。3、第5天，设计说明书撰写。4、第6天，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。

指导教师签名：

系主任（或责任教师）签名：

：555芯片构成施密特触发器；55：555芯片构成施密特触发器；555芯片构成单稳态电路；计数器摘要

简易电子摇奖机实现了以下功能：规定时间内，绿色指示灯亮，红色指示灯灭，数码管变化抽奖，当按下抽奖按键时数码管停止变化，若数码管显示数字相同，则中奖；超出规定时间后，绿色指示灯灭，红色指示灯亮，不能抽奖，数码管不在变化。设置了两个开关，一个开关用于开启抽奖模式，另一个开关闭合后即为抽奖。本电路使用555电路的单稳态电路和施密特触发器构成多谐振荡器电路实现。关键词

数字电子技术基础课程设计目录

1总体设计方案及基本思路...............................................................1

1.1基本思路........................................................................1

1.2时钟电路的实现.................................................................1

1.3抽奖系统的实现.................................................................1

1.NE555构成的多谐振荡器（方波电路）。..........................................1

2.NE555构成的单稳态电路（限时电路）。..........................................1

3.数码管显示电路。.............................................................2

2.模块电路介绍.........................................................................3

2.1数码管显示模块以及所用芯片......................................................3

2.3门信号产生模块以及所用芯片......................................................5

2.4方波信号产生电路以及所用芯片....................................................7

3电路仿真测试........................................................................10

3.1单稳态电路仿真图...............................................................10

3.2方波信号产生电路...............................................................10

3.3计数器数码管显示部分...........................................................12

4.实物安装、调试、运行、结果分析......................................................13

5.总结.................................................................................................................................................................15

参考文献.............................................................................................................................................................16

附录.....................................................................................................................................................................17

1相关电路图......................................................................................................................................................17

数字电子技术基础课程设计1总体设计方案及基本思路

1.1基本思路

（1）3个数码管需要显示显示3个不断变化的数字，所以要使用三个计数器和三个1位数码管，以实现三位不同数字的显示。（2）计数器需要使用时钟信号实现计数，由于三个数码管要显示不同数字，故要为三个数码管使用不同的时钟信号。（3）需要在规定时间内进行抽奖，故可以使用单稳态电路，选择合适的参数控制时间。

1.2时钟电路的实现

方案一：采用NE555芯片构成施密特触发器的多谐振荡器，产生方波信号。由于控制摇奖机的有时间限制，所以不能直接采用多谐振荡器产生的方波信号作为计数器的方波信号。可以使用另一个NE555芯片构成的单稳态电路产生的门信号与方波信号通过逻辑门想与，即可得到维持一段时间的方波信号，可以将此信号作为计数器1的CLK输入。由于该电路为电子摇奖机，故显示三位数码管所使用的CLK不能相同，可以将计数器1的A输出端和B输出端分别作为计数器2和计数器3的时钟信号，即可实现摇奖所需的时钟信号。

方案二：方波信号的产生采用方波自激振荡电路的方案，将方波自激振荡电路产生的方波信号直接传输给位移寄存器。

结合任务书中的相关要求，方案二不符合任务书中的要求，方案一完全符合任务书中的相关要求，并且采用集成芯片更加简便，且可以提高电路的稳定性。综合分析选择方案一。

1.3抽奖系统的实现

抽奖的实现包括部分：1.NE555构成的多谐振荡器（方波电路）。2.NE555构成的单稳态电路（限时电路）。

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图1.13.数码管显示电路。

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图2.18421码对应数码管显示图图2.18421码对应数码管显示图2.3CD4511BD管脚

2.模块电路介绍

摇奖机所使用的数码管需要不断变化实现摇奖功能，将数码管（包括驱动数码管所需的译码器）与计数器相连，将NE555产生的时钟信号作为计数器CLK输出，就构成了实现抽奖功能的主要电路。

2.1数码管显示模块以及所用芯片

因为三位数码管显示不同数字，故数码管显示模块使用3个一位数码管而不是1个三位数码管。数码管采用8脚共阴极数码管。经查阅资料，使用八脚共阴极数码管需要使用译码器作为驱动。根据实际条件，在该项目中使用5V供电4511BD译码器即可满足需求，为防止电流过大导致数码管烧毁，在输出端各连接一个300欧姆起限流作用。

2.2计数器模块

图2.2

3

显示

数字电子技术基础课程设计显示

LEBILIDCBAabcdefg

图2.4所使用的CD4511逻辑真值表2.2计数器模块以及所用芯片

为使三位数码管实现不同的数字显示，可以为三个计数器采用不同的时钟信号实现不同的输出。计数器1A可以使用由电路产生的时钟信号作为时钟。计数器2A和计数器3A则可以使用由计数器1A使用的时钟信号的变形作为输入。方案一：使用倍频芯片将CLK1分别进行二倍频和四倍频作为CLK2，CLK3。方案二：将计数器1A输出a，b分别作为CLK2，CLK3。比较两种方案，方案二简单可行且可靠性更好。

图2.5

CD4518是二、十进制（8421编码）同步加计数器，内含两个单元的加计数器。每单个单元有两个时钟输入端CLK和EN，可用时钟脉冲的上升沿或下降沿触发。可知，若用ENABLE信号下降沿触发，触发信号由EN端输入，CLK端置“0”；若用CL℃K信号上升沿触发，触发信号由CL℃K端输入，ENABLE端置“1”。RESET端是清零端，RESET端置“1”时，计数器各端输出端Q1～Q4均为“0”，只有RESET端置“0”时，CD4518才开始计数。4

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图2.6

图2.72.3门信号产生模块以及所用芯片

用555定时器组成单稳态电路：2脚作输入；6脚和7脚相连，分别通过电阻、电容接电源和地；负脉冲触发,暂态为1；单稳态电路连线图1）电源刚接通：电容肯定没电，V6=0，V2=1保持，如果输出＝0,T导通,电容不能充电,输出保持＝0;如果输出＝1,T截止,电容充电,V6>2Vcc/3输出＝0,T导通,电容迅速放电,V6=0。综上两种情况，初始状态时输出为零

图2.8

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输入出现负脉冲V2=0，此时输出为1，T截止，电容C充电。当V6>2Vcc/3时，输出变为0，T导通，电容迅速放电V6=0。

图2.9Tw计算式

选择47uF电容，200K电阻，经计算，tw约等于10s

图2.10V2出现单脉冲后V6和Vo（V3）的变化

图2.11

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图2.14图2.167

数字电子技术基础课程设计图2.14图2.1672.4方波信号产生电路以及所用芯片

NE555芯片构成的施密特触发器

图2.13

555构成施密特触发器连线图，及其重要参数：VT-=Vcc/3VT+=2Vcc/3施密特触发器应用：1.波形变换eg:

图2.15

2.波形产生电路（多谐振荡器）

电容初始状态时没有电，故VI=0，VO=1电容C开始充电，充电至2Vcc/3，输出VO=0，电容C放电至Vcc/3，VO变为1，电容开始充电，如此循环往复产生方波输出。

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图2.17逻辑电路图图2.18555芯片连线图

多谐振荡器振荡周期计算T1=RCln[(Vcc-Vcc/3)/(Vcc-2Vcc/3)]T2=RCln[(0-2Vcc/3)/(0-Vcc/3)]T=T1+T2=RCln[(Vcc-Vcc/3)/(Vcc-2Vcc/3)]+RCln[(0-2Vcc/3)/(0-Vcc/3)]=RC(ln2+ln2)=RCln4=1.4RC图2.19VI与VO的波形图

根据实验指导书要求数码管的变化达到肉眼基本不可准确地识别出数字的变化的速度，根据仿真调试，选择47uF电容搭配10k欧可调电位器即可实现要求。

NE555芯片NE555（TimerIC）为8脚时基集成电路，大约在1971年由SigneticsCorporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的TimerIC。NE555体积小、重量轻、稳定可靠，操作电源范围大，输出端的供给电流能力强，计时精确度高，温度稳定度佳，且价格便宜

图2.20

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555可实现的主要功能：（1）多谐振荡器：电阻R1、R2和电容C1构成定时电路。定时电容C1上的电压UC作为高触发端TH（6脚）和低触发端TL（2脚）的外触发电压。放电端D（7脚）接在R1和R2之间。电压控制端K（5脚）不外接控制电压而接入高频干扰旁路电容C2（0.01uF）。直接复位端R（4脚）接高电平，使NE555处于非复位状态。（2）单稳态触发器：NE555的高触发端TH（6脚）和放电端D（7脚）接RC定时电路，低触发端TL（2脚）外接触发信号。（3）RS触发器：当6脚（相当于R端）电压高于（2/3）VCC时，输出为低电平。当2脚（相当于/S端）电压低于（1/3）VCC时，输出为高电平。逻辑与门HEF4018BT该系统为电子抽奖机，故要有开关作为抽奖键，当抽奖键按下时，计数器停止计数，保持当前状态。抽奖有时间限制，当时间到时，计数器也应停止计数。为实现上述功能，可以将单稳态电路的门信号输出，方波信号和抽奖开关三项相与，输出作为时钟信号。即单稳态电路输出为1，按键未按下时，逻辑与门输出方波时钟信号，当按键按下或门信号结束后，出现一项输入为0，此时时钟信号保持为0，计数器停止工作，数码管保持当前显示数字不再变化。故采用逻辑与门HEF4018BT实际电路图如下（红色标出为输出）

图2.21

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图3.3

数字电子技术基础课程设计图3.3

3电路仿真测试

3.1单稳态电路仿真图

仿真部分采用multisim作为仿真软件，由于软件问题，10s门信号实现较为困难，修改参数使用20k欧电阻与47uF电容，经计算产生时常为1s的信号，故单稳态电路仿真验证成功。

图3.1单稳态电路输出为高电平时，绿色发光二极管导通，红色发光二极管截止，单稳态电路输出为低电平时，红色二极管导通，绿色发光二极管截止。

图3.2仿真结果符合预期3.2方波信号产生电路

电位器R1调至5%即500欧。经计算T=1.4*500*47e-6=0.0329s。经过仿真，得到的波形符合预期。

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图3.3

当开关按下后，时钟信号应该不再变化，通过仿真得

图3.4仿真结果符合预期

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数字电子技术基础课程设计3.3计数器数码管显示部分

经过仿真，计数器可以正常计数下图分别为计数器输出波形与显示效果012345678901234

图3.5该图为数码管正常显示图片。

图3.6

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数字电子技术基础课程设计4实物安装、调试、运行、结果分析

开始计数前

图4.1开始计数

图4.2规定时间内摇奖

图4.3

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超出规定时间

图4.4

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5.总结

本次数电课设收获了很多东西，首先在熟悉原理的基础上利用仿真软件multisim对电路的功能进行仿真，第一次接触到multisim，在仿真过程终于到了很多问题，如元器件在multisim中的位置、如何利用multisim进行仿真等问题，但都通过自己查资料和同学讨论解决了