课程设计电子摇奖机

武汉理工大学课程设计（报告）摘要简易可靠的电子摇奖器,它可替代传统机械手动式摇奖机,具有公正性好、可靠性高、实用性强、小巧直观、经济实惠的特点,能广泛应用于需要公开摇奖的活动中。本产品可广泛应用于各种社会团体、公司、文化娱乐场馆等所举办的幸运观众（听众）摇奖、有奖销售、有奖储蓄、体育、福利彩票、六合彩票等需要公开摇奖的活动，推广应用前景广阔。本文就是一款利用模拟电子、数字电子技术设计的一款简易式摇奖器。它主要由脉冲波形产生电路和计数器电路和控制电路三大部分构成。详细介绍了电子摇奖机设计任务要求和特点，并对此设计方案作了认真比较与严密论证，其次详细介绍了设计原理和制作过程，实物调试与测试以及本次课程设计实践课的结论与总结。关键词：电子摇奖机、计数器电路、控制电路、脉冲发射电路武汉理工大学课程设计（报告）目录1绪论································································11.1设计背景························································11.2设计目的及意义··················································11.3仿真软件Proteus7.8介绍········································12电子摇奖机的主要内容················································22.1电子摇奖机的原理框图············································22.1.1复位选择控制················································22.1.2时钟脉冲发射················································22.1.3计数器······················································22.1.4译码与显示··················································33各模块电路及仿真设计················································43.1摇奖机复位选择控制电路··········································43.2时钟脉冲发射电路················································53.3计数电路························································73.4译码显示电路····················································93.5电子摇奖机的仿真分析结果········································124实物制作与调试·····················································134.1元件清单························································134.2实物调试环节····················································145实验总结和体会······················································166参考文献····························································177本科生课程设计成绩评阅表············································18武汉理工大学课程设计（报告）11绪论1.1设计背景1.1.1发展趋势现状及发展趋势简易可靠的电子摇奖器,它可替代传统机械手动式摇奖机,具有公正性好、可靠性高、实用性强、小巧直观、经济实惠的特点,能广泛应用于需要公开摇奖的活动中。本产品可广泛应用于各种社会团体、公司、文化娱乐场馆等所举办的幸运观众......通过此课题，既可以进一步了触摸式摇奖器工作原理，还可以知道随着我国各行各业的发展，一种简易可靠的电子摇奖器，它可替代传统机械手动式摇奖机，具有公正性好、可靠性高、实用性强、小巧直观、经济实惠的特点，能广泛应用于需要公开摇奖的活动中。本产品可广泛应用于各种社会团体、公司、文化娱乐场馆等所举办的幸运观众（听众）摇奖、有奖销售、有奖储蓄、体育、福利彩票、六合彩票等需要公开摇奖的活动，推广应用前景广阔。用摇奖机开奖，是当今世界公认最公平公正的方式，摇奖机该产品结构合理、适用范围广，设计先进，款式新颖，功能特多，是摇奖抽奖的首选设备。该设备全透明设计，开奖时一目了然，不怕被怀疑黑箱操作，体现出绝对的公平公正摇奖开奖方式。1.1.2适用范围适用于招标、拍卖、电子游戏机厅、彩票投注站和所有服务行业，促销、工厂公司、楼盘、庆典、大型活动等抽奖。1.2设计的目的与意义1：使学生具备模拟与数字电子电路的理论知识；2：使学生具备模拟与数字电子电路的设计能力；3：使学生具备模拟与数字电子电路的基本调试手段；4：锻炼学生自学软件的能力与分析问题、解决问题的能力；5：通过课程设计，使学生在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机应用方面的能力得到训练和提高。1.3仿真软件Proteus7.8介绍Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编武汉理工大学课程设计（报告）2译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。2电子摇奖机的主要内容2.1电子摇奖机的原理框图图2.12.1.1复位选择控制此电路是用来控制电路进行工作的，在S1、S2闭合之前，产生的脉冲不输入到计数器，显示器部工作。当S1闭合，S2闭合后，脉冲输入到计数器然后不停的产生0~9这些随机数字，显示器显示这些数字并以肉眼难以看见的速度跳变。此时打开S2后，D触发器的第一端输出为高电平，第二端输出为低电平，这时计数器停止工作，此时译码器就把在计数器内产生的随机数字（输出的数字就是计数器最后在停止工作前的信号）显示出来，得到抽奖数字。重复取数抽奖。最终S1、S2打开，摇奖机停止工作，抽奖完毕。2.1.2时钟脉冲发射用555芯片与门电路(包括由反相器、与非门和或非门)来构成时钟脉冲发生器，并控制计数器的工作。当触发器的第二脚输出为低电平时，控制门禁止脉冲进入计数器，通过显示驱动，摇奖机就完成了取数摇奖过程；当触发器的第二脚输出为高电平时，振荡脉冲通过控制门进入CD4518的CLK，不作显示驱动，故此时摇奖机不显示任何数据。2.1.3计数器复位与选择电路时钟脉冲发射电路计数电路译码与显示电路武汉理工大学课程设计（报告）3计数器的作用是用来产生0~9这些数字，然后通过显示驱动，最后在摇奖机上产生一个随机数字。由于计数器内的数据变化极快，而且操作人员根本无法控制产生特定数据，因此它是完全随机的。2.1.4译码与显示译码器的主要作用就是用来作显示驱动工作，它可直接驱动数码管。当计数器内产生随机数字后，译码器就把这个随机数通过数码管显示出来。武汉理工大学课程设计（报告）43各模块电路及仿真设计3.1摇奖机复位选择控制电路3.1.1控制电路仿真图取数摇奖过程，首先得了解复位控制电路部分，如图3-1所示。图3.1复位与选择控制电路图工作原理分析：当S1、S2都断开时，D触发器两端输出都为低电平，电路不作任何指示；当S2闭合时，D触发器的第一脚输出为高电平，第二脚输出为低电平；当S1闭合的时候，D触发器的第一脚输出为低电平，第二脚输出为高电平。3.1.24013芯片简介CD4013是双D触发器芯片，在数字电路中常用来进行锁存数据,组成分频电路等。SD1和CD1接至D触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD1=0且CD1=1时,不论输入端D为何种状态，都会使O=1，~O=0，即触发器置1；当SD1=1且CD1=0时，触发器的状态为0,SD1和CD1通常又称为直接置1和置0端。当摇奖取数按钮S2被按下时，D触发器直接置“1”，当需要取第二个数据时，只要按下复位按钮S1，直接置“0”端有效，就可以进行对摇奖机的控制，实现对数字的摇奖。表3.1为4013的真值表。表3.1CD4013真值表CPD1CD1SD1O~O武汉理工大学课程设计（报告）5上升沿00001上升沿10011下降沿X00O~OXX1001XX0110XX11113.2时钟脉冲发射电路3.2.1仿真电路分析时钟脉冲发射电路有555芯片构成的时钟脉冲发射器，如图3.2：图3.2始终脉冲发射电路工作原理分析：接通仿真按钮后，输出端为3端输出时钟脉冲信号。3.2.2NE555芯片简介图3.3NE555芯片引脚图武汉理工大学课程设计（报告）65kΩvICvI1＋－C15kΩvI2＋－C25kΩvOTSRRD&&&1GvO图3.4555芯片内部结构图555芯片可构成三种主要电路：施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。本模块的555芯片的主要作用是产生周期为1秒的脉冲信号，来出发计时器工作，则用555芯片组成多谐振荡器来组成连续脉冲，具体电路和波形如下图所示vCVCC23VCC13OvOOtPLtPHtt图3.5555多谐振荡器的电路及波形相关的参数计算：充电tpH=(R1+R2)C1n2≈0.7(R1+R2)C（3.1）武汉理工大学课程设计（报告）7频率CRRtpLtpHf22143.11（3.3）其中3脚为输出端，输出连续脉冲，则可以用3接到计数部分来完成计数功能。3.2.3仿真结果分析电路进行仿真后，其波形图如图3.6所示。图3.6时钟脉冲波形图3.3计数电路3.3.1仿真电路分析计数器仿真电路图如下。放电tPL=R2C1n2≈0.7R2C（3.2）武汉理工大学课程设计（报告）8图3.7计数器仿真图3.3.24518芯片简介计数器CD4518是一个双BCD同步加计数器，由两个相同的同步4位计数器组成。其引脚图如图3-8所示，真值表见表3.2所示。16脚2/10进制同步加计数器,IC是一个封装中含有两个可以互换2/10进制计数器,其功能引脚分别为1-7,9-15。该计数器是单路系统脉冲输入（1脚或2脚；9脚或10脚）4路BCD码信号输出（3-6,11-14脚）它有两个时钟输入端CP和EN,若用时钟上升沿触发,信号由CP输入,此时EN端为高电平（1）,若用时钟下降沿触发,信号由EN输入,此时CP端为低电平（0）,同时复位端Cr也保持低电平（0）,只有满足了这些条件,电路才会处于计数状态。武汉理工大学课程设计（报告）9图3.84518引脚图表3.24518真值表CPE