数电实训--幸运大转盘.doc

郑州科技学院

《数字电子技术》课程设计

题 目 电子幸运转盘
学生姓名 某 某 某
专业班级 10级电科4班
学 号 111111111
院 （系） 电气工程学院
指导教师 袁 老 师
完成时间 2013年3月

目 录

1 设计目的 1
2 设计任务与要求 1
3 设计方案与论证 1
3.1设计方案 1
3.2 设计论证 1
4 设计原理及功能说明 2
4.1 NE555的使用 2
4.2 CD4017的工作原理 2
5 单元电路的设计 3
5.1 电源装置 3
5.2 应用电路设计 4
6 硬件的制作与调试 4
7 总结与体会 5
参考文献 6
附录一 总体电路原理图 7
附录二 制作实物图 8
附录三 元器件清单 9

1 设计目的

本次设计本着锻炼学生的动手能力和思考能力的目的，把所学知识与实际相结合。学生通过理论设计和实际制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《数字电子技术》一书中所学的理论知识和实验技能，掌握模拟电子系统的一般设计方法，提高设计能力和实际动手能力，为以后从事电子产品打下良好的基础。提高学生的就业竞争力，激发我校大学生事实就是，刻苦钻研，发扬团队合作精神，培养学生的创新思维和动手实践能力。加强学生对专业前沿技术的学习和能力的培养。例如，焊接技术，自我解决问题的能力。同时在设计以及实践的过程中不仅可以充分运用所学知识于实际中，还可锻炼学生的思维能力和知识拓展能完成力，调动学生学习电子信息技术的积极性。

2 设计任务与要求

所设计的电路，并且能够顺利实现所要达到的目的。充分运用所学知识，焊接技术娴熟，排版合理。
1，打印《模拟电子技术》课程设计说明书一份，给出课程的设计和制作调试过程；。
2，根据技术指标的要求画出设计电路图，画出印制电路版图；
3，设计时间：一周；
4，写出模电课程设计报告电子稿一份，在规定时间内上交给老师，并达到老师的要求；
5，人员分组为三、四人一组，在一个班级内不能选用同一课题设计；
6，制作PCB版。
3 设计方案与论证
3.1设计方案
本电路由555组成的多谐振荡器和CD4017十进制计数器／脉冲分配器组成。10颗发光二极管模拟幸运物，当按下启动键1秒以上，发光二极管高速循环点亮，几秒钟后旋转速度越来越慢并最终随机停止于某颗灯上。可以将每颗灯旁边标上幸运物品作为摇奖器。47μF电解电容的数值决定延迟时间，1μF的电解电容数值决定循环速度。电源供电电压为直流5V，也可以采用3节1.5V电池供电。

3.2 设计论证
若当按下开关1秒以上，发光二极管高速循环点亮，几秒钟后旋转速度越来越慢并最终停于某颗灯上。重复试验，停留的位置随机。则设计成功,否则,设计失败。

4 设计原理及功能说明

4.1 NE555的使用
NE555 （Timer IC）为8脚时基集成电路，大约在1971年由Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30年中非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，后来基于CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用
Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。
Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。
Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。
Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。
Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。
Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。
Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。
Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。

图4—1 NE555内部结构图

4.2 CD4017的工作原理
十进制计数／分频器CD4017，其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O0、O1、O2、…、O9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（O0～O9）和1个进位输出端～O5-9。每输入10个计数脉冲，～O5-9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O0为高电平，其余输出端（O1～O9）均为低电平。CP0和～CPI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～CPI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。

图4－2 CD4017引脚图

图4－3 CD4017工作原理图

5 单元电路的设计
5.1 电源装置
一般情况下，我们使用的电源信号都是交流电源即220V,50HZ。，而我们所设计的幸运大转盘所采用的5V直流电源信号，由于这种信号不是很常见，所以我们应设计信号转换装置。在此我们选用220V的转换为5V的电压，此装置包括变压器、整流电路、稳幅。其中整流电路是单相桥式整流电路，稳幅电路是一个三端集成稳压管。若实现稳压电源，首先就要就电路进行稳压。在稳压方面可选用变压器来完成。由输入交流电压变为直流则须对电路进行整流。本次设计选用全波桥式整流电路进行整流，然后要对输入的电压进行调节，在调节方面可选用可调节三端正电压稳压器进行调节（LM317）。通过整流后得电流幅值变化很大，所以需要用电容对电流进行滤波。如此下去，便得到全波整流电压。
5.2 应用电路设计
我们设计的是电子幸运转盘，主题是NE55和CD4017的连接装置，从电路图到实际电路的转换，需要注意元器件的串并联。4017是一个十进计数器集成电路，16脚及8脚分别为正及负电源接脚，可在3-18 V下工作。14脚是时钟脉冲输入端，每当输入由低电位(约0V)转高电位(近正电源电压)时令输出脚(共十脚)依次序轮流输出高电位。13脚是输入时钟脉冲控制端，一般接低电位，若接高电位会令14脚暂停作用。15脚是置零脚，一般接零电位，若接高电位则使输出置零，即Q0输出脚”3”永远为高电位，失去计数作用。12脚是进位脚，用来接下一个十进计数器用，变成双位计数器，现在的电路不用，故空接。在4017的14脚接上一脉冲产生器便可成为电子幸运轮盘。脉冲产生器是一个用定时器集成电路555设计而成的无稳态多谐波(方波)振荡器，产生高低变化不停的方型脉冲波。当按一下按钮式开关(时，C1会实时充电至电源电压9V，此电压经晶体管(TR)缓冲放大器后施加在IC555无稳态多谐波(方波)振荡器的重置脚即4脚上，令其开始振荡，在第3脚输出方波脉冲。当按钮式开关放开后，C1会经R1放电，其电压徐徐下降，IC2第4脚的电压也跟随下降。在一定的时间后(由C1乘R1的时间常数决定，一般约十秒内)，IC2第4脚的电压变得很低，令振荡停止，第3脚 停止输出方波脉冲。IC2 555在起动时，第3脚输出约等于电源电压的高位电压，经R3向C3充电，当C3电压升至 2/3电源电压时，经第六 脚触发内部的电压比较器，令第3脚 变为接近零的低电位。之后C3经R3 放电，当C3电压下降至1/3电源电压 时，经第二脚触发内部另一个电压比较器，使第3脚变回高输出电位，再次重复向C3充电。结果C3不停经R3充电和放电，555第3脚不停输出方型脉冲波。R3及C3数值越大，频率越低。R3及C3数值越小，频率越高。
6 硬件的制作与调试
当作品完成后，我们首先进行各种各样的检测。实践证明一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装，在测试的过程中也难以达到预期的效果。根据此完成的电路图，印刷出电路板，进行电路板的腐蚀，打孔，上元器件等一系列的工作，后得到了计的电路板。
在PCB板的制作中要注意许多细节问题，例如元器件的摆放，及线路布置，腐蚀的时间控制，焊接时不能熔断电路板的线路等等。若有细小的不注意，就会使得印刷出的电路板出现问题，所以在此过程中我们特别细心。一旦出现问题就会使得打出的空的大小与元器件的大小不相符合，在电路板上修改会造成许多不必要的麻烦，最后会因为不清楚元器件的焊接点，使得整个电路报废。
其它方面的问题，自己在制作过程中也得注意，这样才能让电路更加完善，减小错误出现的概率。经过认真处理后，得到实物图。
根据原理，发现问题，找到解决问题的方法，发现元器件的选择规格不够精确。过反复调试后，采取有效的措施加以改进使装置达到预定的技术指标。经调试试验后，发现该作品基本能达到预期效果。

7 总结与体会

时光匆匆而过，一周转眼即逝。在过去的这两周时间里，原本以为会比较轻松的设计任务却让我觉得有点措手不及。虽然困难重重，但是在遇到的各种问题中，我学会的耐心，也学会了坚持，也学会了以前掌握不太牢固的数电和模电知识收获颇丰。 在这次电子创新设计中，我们小组的题目是电子幸运轮盘。设计的时候并不顺利，芯片的选择和电路的接法对于我 这种从来没有实际操作过的学生还是有一定难度的。经过我们大家的集体 讨论后，我们还是把最终的电路图设计了出来。这让我充分体会到了团队了力量，团结才能让大 家把事情干好。一个人的力量始终太渺小，集思广益才能让我们进步得更快，让我们学习到更多知识。最让我头疼的是在 实际操作过程中，我们经常会因一个小失误，比如线接错了，有的线没有接上等等问题让实验板的灯无法亮起来。这些都是让我始料未及的。由于不细心的地方太多，老是求快，想早点完成设计和焊接，但是这反而导致了很多次的失败，当时甚至有放弃的念头。但是我们坚持下来了，当最终看到成品的时候，我觉得一切都是值得的。记得老师说过细节决定成败。以前感触不深，没有注意太多的细节，总是抱着差不多就行或者放纵自己的心态来面对学习和生活中的问题。但是我现在明白了，这是不对的。对于科学我们就应该保持严谨态度。 我从这次设计中感受到了坚持的重要性。做事不能轻言放弃，虽然过程不顺利，但是只要我们能坚持，朝自己既定的目标前进，就一定会走到终点。一点小小的挫折实际上是在为美景做铺垫，当我们守得云开见月明的时候，就会发现沿途的曲折实际上是在考验我们对目标是否坚定。坚持下来，我们会收获丰硕的果实。电子创新设计，不仅让我的知识掌握的 更牢固，还让我意识到了我们所学的知识可以跟现实生活紧密的联系起来。这让我对自己有了更多的信心，因为我们在大学里面不是混日子，而是在学习真正对我们生活有帮助的知识能力。我会更加珍惜现在这么好的学习环境，努力学习知识，让自己在激烈的社会竞争中立足，也把自己学到的知识运用到生活实际来回报社会。

参考文献

1] 李学龙. 使用单片机控制的智能遥控电风扇控制器[J]. 电子电路制作, 2003,9:13~15.
[2] 蓝厚荣. 单片机的PWM控制技术[J]. 工业控制计算机, 2010,23(3):97~98
[3] 郭天祥. 新概念51单片机C语言教程[M]. 北京：电子工业出版社.2009.342~344
[4] 胡汉才. 单片机原理及其接口技术（第2版）[M]. 北京：清华大学出版社.2004.49~77.
[5] 胡全. 51单片机的数码管动态显示技术[J] . 信息技术，2009,13:25~26
[6] 马云峰. 单片机与数字温度传感器DS18B20的接口设计[J]. 计算机测量与控制,2007,10(4)：278~280

附录一 总体电路原理图

附录二 制作实物图

附录三 元器件清单

名称
规格
数量
电阻
100
1
10K
1
470K
1
电解电容
1μF
1
47μF
1
三极管
9013
1
发光二极管
蓝，绿
10
DC电源
5V
1
NE555

1
CD4017

1
PCB板
7cm*9cm
1
导线

10