电子摇奖器文档

湖南人文科技学院课程设计报告课程名称：电子技术课程设计设计题目：电子摇奖器系别：通信与控制工程系专业：电信专业班级：一班学生姓名:李马平陈建晓王鹤林学号:46535起止日期:2011年6月6日~2011年6月26日指导教师:侯海良苏芙华教研室主任：侯海良1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李马平陈建晓王鹤林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2摘要电子摇奖器是利用十进计数时序分配器对振荡脉冲进行随机计数制成，用来产生10位随机数字,通过LED,显示中奖号码.在摇奖器面板上设有两个按键开关,分别是开始和复位开关,复位开关用来清除显示的号码,以便重新摇奖。电子摇奖器的电路主要由三部分组成,其中,555芯片和CD4017芯片是电路的核心部分。摇奖器的设计,该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：振荡脉冲；随机计数；摇奖器；LED。3目录设计要求……………………………………………………………………….31、方案论证与对比…………………………………………………………….41.1方案一…………………………………………………………………51.2方案二..................................................51.3方案三..................................................52、设计原理.....................................................63、各功能块具体电路…………………………………………………………84、摇奖器的特点………………………………………………………………115、元器件及仪器设备明细表………………………………………………….116、安装调试小结……………………………………………………………….127、参考文献……………………………………………………………………138、设计图纸……………………………………………………………………149、致谢…………………………………………………………………………1510、附录………………………………………………………………………164电子摇奖器的设计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（0~9），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。前言本文介绍一种简易可靠的电子摇奖器．它可替代传统机愫手动式擂奖机，具有公正性好、可靠性高、宴用性强、小巧直观经济实惠的特点，能广泛应用于需要公开撂奖的活动中。本产品可广迂应用于备种社会闭悼、公司、文化娱乐场馆等所举办的幸运观众(昕众)撂奖、有奖销售、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。1、方案论证与对比1.1方案一51.2方案二方案对比：方案一由555定时器组成的多谐振荡器性能稳定，且产生随机数及实现摇奖功能的效果明显。电路的构成也比较简单形，制作成本底，方案二所用的石英晶体振荡器可以产生频率稳定性很高的脉冲波形，但成本太高，不实惠。综上所述，决定采用方案一来制作。石英晶体振荡器十进制计数器CD4017LED显示计数器74LS161译码驱动器74LS248数码管显示555组成的多谐振荡器十进制计数器CD4017LED显示计数器74LS161译码驱动器74LS248数码管显示62、设计原理：电子摇奖器主要由555组成的多谐振荡器，十进制分频器，计数器，译码驱动器，数码管，LED组成。其中最重要的是产生随机数，保证输出号码的随机性。确保摇奖的公平性和随机性。摇奖人通过对金属片的触摸产生一个正向脉冲，来触发振荡器产生一系列的高频方波，一方面通过十进制的分频器对方波进行计数并且分配到与之连接的LED上，通过LED来表示0—9十个数字。另一方面，通过十六进制的计数器对方波进行计数，由于只要输出0—9十个数字，所以通过反馈清零的方法将十六进制计数器改为十进制的计数器。计数器会输出相应的4位BCD码，通过译码驱动器，将会在数码管上产生相应的十进制数字。这样一来，号码既由LED显示来表示又由数码管显示。当摇奖人松开手时，LED和数码管将会定格一个号码，这个数字就是所得的摇奖号码。同时，为了进一步保证公正性，设置同步清零开关，每次摇奖后可按下同步清零开关。3、各功能块具体电路3.1施密特振荡器LM555LM555时基电路内部由分压器、比较器、触发器、输出管和放电管等组成，是模拟电路和数字电路的混合体。其中6脚为阀值端（TH），是上比较器的输入。2脚为触发端（TR），是下比较器的输入。3脚为输出端（OUT），有0和1两种状态，它的状态由输入端所加的电平决定。7脚为放电端（DIS），是内部放电管的输出，它有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定。4脚为复位端（R），叫上低电平（0.3V）时可使输出端为低电平。5脚为控制电压端(CV)，可以用它来改变上下触发电平值。8脚为电源（VCC），1脚为地（GND）。7一般可以把LM555电路等效成一个大放电开关的R-S触发器。这个特殊的触发器有两个输入端：阀值端（TH）可看成是置零端R，要求高电平；触发端（TR）可看成是置位端S，低电平有效。它只有一个输出端OUT，OUT可等效成触发器的Q端。放电端（DIS）可看成由内部放电开关控制的一个接点，放电开关由触发器的反Q端控制：反Q=1时DIS端接地；反Q=0时DIS端悬空。此外这个触发器还有复位端R，控制电压端CV，电源端VCC和接地端GND。这个特殊的R-S触发器有两个特点：（1）两个输入端的触发电平要求一高一低：置零端R即阀值端TH要求高电平，而置位端S即触发端TR则要求低电平。（2）两个输入端的触发电平，也就是使它们翻转的阀值电压值也不同，当CV端不接控制电压是，对TH（R）端来讲，2/3VCC是高电平1，2/3VCC是低电平0；而对TR（S）端来讲，1/3VCC是高电平1，1/3VCC是低电平0。如果在控制端CV加上控制电压VC，这时上触发电平就变成VC值，而下触发电平则变成1/2VC。可见改变控制端的控制电压值可以改变上下触发电平值3.2、十进制计数器CD4017MOS电路为单极型集成电路，又称为MOS集成电路，它采用金属－氧化物半导体场效应管(MetalOxideSemi-conductorFieldEffectTransistor,缩写为MOSFET)制造，其主要特点是结构简单、制造方便、集成度高、功耗低，但速度较慢。MOS集成电路又分为PMOS(P-channelMetalOxideSemiconductor，P沟道金属氧化物半导体)、NMOS(N-channelMetalOxideSemiconductor，N沟道金属氧化物半导体)和CMOS(ComplementMetalOxideSemiconductor，复合互补金属氧化物半导体)等类型。MOS电路中应用最广泛的为CMOS电路，CMOS数字电路中，应用最广泛的为4000、4500系列，它不但适用于通用逻辑电路的设计，而且综合性能也很好，它与TTL电路一起成为数字集成电路中两大主流产品。CMOS数字集成电路电路主要分为4000（4500系列）系列、54HC/74HC系列、54HCT/74HCT系列等，实际上这三大系列之间的引脚功能、排列顺序是相同的，只是某些参数不同而已。例如，74HC4017与CD4017为功能相同、引脚排列相同的电路，前者的工作速度高，工作电源电压低。4000系列中目前最常用的是B系列，它采用了硅栅工艺和双缓冲输出结构。Bi-CMOS是双极型CMOS（Bipolar-CMOS）电路的简称，这种门电路的特点是逻辑部分采用CMOS结构，输出级采用双极型三极管，因此兼有CMOS电路的低功耗和双极型电路输出阻抗低的优点。3.3、二进制计时器74LS161874LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能。从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。3.4、译码运动器74LS24874LS248是由与非门、输入缓冲器和7个与或非门组成的BCD-7段译码器/驱动器。输出是高电平有效。7个与非门和一个驱动器成对连接，以产生可用的BCD数据及其补码至7个与或非译码门。剩下的与非门和3个输入缓冲器作为试灯输入()端、灭灯输入/动态灭灯输出()端及动态灭灯输入()端。该电路接受4位二进制编码—十进制数（BCD）输入，并根据辅助输入的状态，将这些数据译成驱动其它元件的码。该电路有前、后沿自动灭零控制（和）。当端处于高电平时，试灯可以在任何时刻去进行。电路并有灭灯输入（），可用来控制灯亮度或禁止输出。同54/74LS48不同之处在于6和9的显示图形有尾巴。74LS248在应用中可以驱动共阴极的发光二极管或灯缓冲器。4.摇奖器的特点：4．1．可靠性高本仪器中所设计的单脉冲发生器具有防止触点振动的功能，按一次开关，只产生一个正跳变脉冲，触发锁存显示一位数字因为本仪器由纯数字电路组成线路设计E采用特殊的抗干扰技术，所以使用安全可靠。4．2．公正性好摇奖器产生的数码完全是随机的，并且每一位数码为0，1，2，⋯⋯，9的几率均等，都为十分之一。又由于线路中不设程序存贮器，操作人员无法用预先存贮程序或增加控制9按钮的方法舞弊。4．3．经济实惠整个仪器的成本在一百元以下，如批量生产，成本还可降低，中小企业均可生产，具有广阔的市场前景。5元器件及仪器设备明细表符号型号参数数量备注LED10数码管显示1译码运动器74LS248N1二进制计时器74LS161D1十进制计数器CD40171施密特振荡器LM555CM1电阻248K电容210nF非门NC74LS041与门NC74LS081与非门NC74LS002开关2电源15V6安装调试小结此设计中用了大量的门电路与74LS191、74LS154、74LS160、74LS193、74LS48与共阴极数码管。此设计总共用了近一个月的时间，前一周时间为具体操作准备了理论基础。接下来两周具体连接电路，测试，修改到完成。最后一周撰写论文及修改论文。在本设计过程中遇到了很多的问题：10以前的设计中没用过面包板，所以中间有许多地方断开，使得电路不能正常工作。出现问题时只能一步步进行测试，从而一一攻克了遇到的问题，在测试时发现了原来面包板不是只有规定的几个地方要连接，除此之外，它本身也会连接不好，而影响电路，这时我们必须将连接不好的地方用线连上。还有对所学过的知识掌握不扎实从而必须查找很多相关资料，看书，看集成电路的功能及需要熟悉管脚。通过本次设计不仅学到很多知识的同时巩固了以前所学的知识，并对集成电路了解的更多了，也学会在逻辑电路中如何测试，如何查找遇到问题。在本文的写作过程中得到了李艳玲老师的精心指导，在此表示衷心的感谢。8、参考文献1、康华光.电子技术基础.高等教育出版