触摸式电子摇奖器

一课程设计课程名称：电子课程设计题目编号：34题目名称：触摸式电子摇奖器专业名称：电子信息工程班级：13级03班学号：学生姓名：任课教师：刘珺2016年01月20日第1页共20页《电子技术课程设计》任务书1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：1、制作一个触摸式电子摇奖器电路。电路可由一个时钟脉冲发生电路、一个计数闸门电路、一个触摸式开关电路、摇奖电路（可由十个发光二极管组成，分别代表0～9共10个数）及复位清零电路构成。2、当人手不触摸金属片时，二极管不发光。当用手触摸金属片时，由于感应信号的作用，计数闸门被打开，开始计数，其输出端使二极管快速轮流闪亮。当手移开金属片M时，则计数闸门恢复到关闭状态，使计数暂时停止，这时，输出端只能使相应的发光二极管一直保持点亮状态，其余二极管熄灭。该发光三极管所代表的数就是所得到的摇奖号码。第2页共20页2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于3500字。要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。3．主要参考文献：[1]康华光.《电子技术基础-数字部分（第五版）》[M].北京：高等教育出版社，2006.[2]康华光.《电子技术基础-模拟部分（第五版）》[M].北京：高等教育出版社，2006.4．课程设计工作进度计划：序号起迄日期工作内容12015.11.5-2015.11.15资料查找和阅读22015.11.16-2015.11.26电路方案选择，电路设计和计算，电路仿真32015.12.08-2015.12.18材料购买，电路设计42015.12.25-2015.12.28实物的制作52016.1.15-2016.18作品调试，课程设计设计说明书写作62016.1.19-2016.1.20课程设计作品和报告检查主指导教师刘珺日期：2015年10月14日第3页共20页目录1、设计任务与要求..................................................51.1设计内容.....................................................51.2设计要求.....................................................52、设计方案与论证..................................................52.1触摸式电子摇奖器总体设计.....................................52.2方案论证.....................................................62.2.1脉冲电路产生电路选择.....................................62.2.2计数器电路选择...........................................73、设计内容.......................................................83.1设计过程.....................................................83.1.1波形产生电路.............................................83.1.2闸门电路.................................................93.1.3计数器电路..............................错误!未定义书签。3.1.4总体电路................................错误!未定义书签。3.2仿真.......................................................124、焊接..........................................................134.1实物图......................................................135、组装与调试.....................................................145.1调试过程中用到的主要仪表仪器...............................145.2组装与调试电路的方法与技巧................................145.3组装与调试过程中的问题及解决方法..........................156、心得体会.......................................................15参考文献..........................................................16附录：元器件清单..................................................17第4页共20页引言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。本设计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。本课题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构成。报告第一部分介绍了设计任务要求和特点，第二部分对设计方案作了比较与论证，第三部分详细介绍了设计原理和制作过程，实物调试与测试，第四部分做出结论与总结。第5页共20页1、设计任务与要求1.1设计任务应用所学电工基础、电子技术知识设计一款触摸式电子摇奖器，该设计需要采用multisim仿真软件进行仿真调试，用万用板焊接制作实物成品，并撰写设计报告。1.2设计要求（1）设计要求共有十个奖品项目（2）设有电源及抽奖开始控制开关（3）按下抽奖控制开关后，可随机抽取奖品（4）用二极管的亮灭来显示抽中的奖品位置（5）自行设计抽奖器的外观模型2、设计方案与论证2.1触摸式电子摇奖器总体设计电子摇奖器将由脉冲产生电路，闸门电路，计数器电路构成其系统框如图2-1所示。我们采用脉冲产生电路产生极其高频的脉冲，由人体触碰构成一个闸门开关，控制脉冲输入计数器电路的时间，即控制脉冲输入的个数，然后由计数器电路进行计数，最终得到一个溢出输出。图2.1系统框图2.2方案论证2.2.1脉冲产生电路选择第6页共20页利用CD4011芯片产生脉冲。CD4011为一个CMOS与非门，与非门作为一个开关倒相器件，可用以构成各种脉冲波形的产生电路。电路的基本工作原理是利用电容器的充放电，当输入电压达到与非门的阈值电压VT时，门的输出状态即发生变化。利用555产生方波脉冲。555定时器可以构成施密特触发器。施密特触发器的电压传输特性是反相的。电阻R和电容C构成一个RC积分电路，其输入端接施密特触发器的输出端，其输出端接施密特触发器的输入端。除此以外，增加了一个电阻与555定时器内部的放电管TD构成了一个反相器。逻辑上，这个反相器的输出与555定时器的输出完全相同。RC积分电路的输出端接施密特触发器的输入端，这样便构成一个多谐振荡器用来产生方波。市场上NE555价格比CD4011相比贵得多。性能CD4011也比NE555的好，所以在这个电路中我们采用的是CD4011而不用NE555。（1）当X=0、Y=0时，将使两个NAND门之输出均为1，违反触发器之功用，故禁止使用。如真值表2.1第一列。(2)当X=0、Y=1时，由于X=1导致NAND-A的输出为”1”，使得NAND-B的两个输入均为”1”，因此NAND-B的输出为”0”，如真值表2.1第二列。(3)当X=1、Y=0时，由于Y=0导致NAND-B的输出为”1”，使得NAND-1的两个输入均为””1，因此NAND-A的输出为”0”，如真值表2.1第三列。(4)当X=1、Y=1时，因为一个””1不影响NAND门的输出，所以两个NAND门的输出均不改变状态，如真值表2.1第四列。图2.2CD4011引脚图表2.1CD4011真值表第7页共20页2.2.2计数器电路选择采用CD4017构成计数器电路。CD4017是5位Johnson计数器，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，计数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。也可以采用74HC161构成计数器电路。74LS161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。考虑到我们的摇奖电路共有十个奖品，因而直接使用CD4017为十进制计数器，连接将更为方便，因而我们选择CD4017作为计数器电路芯片。CD4017功能介绍：数字电路CD4017是十进制计数分频器，它的内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是Q0、Q1、Q2、…、Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。CD4017有10个输出端（Q0～Q9）和1个进位输出端～Q5-9。每输入10个计数脉冲，～Q5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。CD4017有3个输（MR、CP0和~CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出Q0为高电平，其余输出端（Q1～Q9）均为低电平。CP0和～CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由～CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。CD4017有两个时钟端CP和EN，若用时钟脉冲的上沿计数，则信号从CP端输入；若用下降沿计数，则信号从EN端输入。设置两个时钟端是为了级联方便XYQ动作00？禁止011设定100重置11不变无第8页共20页图2.3CD4017引脚图3、设计内容3.1设计过程3.1.1波形产生电路波形产生电路我们采用4011构成脉冲产生电路，其构造图如图3.1所示。图3.2为脉冲电路产生的波形。图3.1脉冲产生电路图第9页共20页图3.2所示为产生脉冲波形3.1.2闸门电路闸门电路图如图3.3所示。我们采用输入一只与非门进行控制。S1为模拟轻触开关。人体按上这开关，然后松开即能在与非门下端形成一个高电平，再这段时间内确保由上级脉冲电路波形能送人计数器。图3.3闸门电路图第10页共20页3.1.3计数器电路计数器电路如图3.4所示。通过一个CD4017芯片和十个LED构成。图3.4计数器电路图第11页共20页3.1.4总体电路总体电路图如图3-5所示。CD4011构成脉冲源，因为它的供电电源只是由按键开关S1瞬间合上给电容C1充电后由C1来供