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鄭州科技學(xué)院 《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì) 題 目 電子幸運(yùn)轉(zhuǎn)盤(pán) 學(xué)生姓名 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 14級(jí)電子科學(xué)與技術(shù) 學(xué) 號(hào) 院 （系） 電氣工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 2017年 3月8 日 2019年10月23日 目 錄 前 言 1 1 課程設(shè)計(jì)的目的? 2 2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 2 3 設(shè)計(jì)方案與論證 3 3.1 設(shè)計(jì)思路? 3 3.2 設(shè)計(jì)方案? 3 3.3 設(shè)計(jì)論證? 4 4 設(shè)計(jì)原理及功能說(shuō)明?? 4 4.1 電路的設(shè)計(jì)原理? 4 4.2 由NE555組成的震蕩器 5 4.3 ?NE555介紹 6 4.4 CD4017工作原理 8 5 硬件的調(diào)試與制作? 9 5.1 ?硬件的調(diào)試? 9 5.2 ?硬件的制作? 9 6 實(shí)驗(yàn)總結(jié) 11 參考文獻(xiàn) 13 附錄1 實(shí)物圖 14 附錄2 總體電路仿真圖 16 附錄3 元器件清單 17 前 言 在這個(gè)信息化的社會(huì)，我們每天都在進(jìn)行數(shù)字化，電氣化，簡(jiǎn)單化的發(fā)展。當(dāng)我們?cè)诠ぷ?，學(xué)習(xí)，交友……等不同的生活之中，我們的生活在慢慢地變得快捷輕松，這就是科技的力量。? 并且市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)科技的要求越來(lái)越高。在現(xiàn)實(shí)的生活中我們每一天都在與科技打交道。本次我們組設(shè)計(jì)的是電子幸運(yùn)大轉(zhuǎn)盤(pán)，現(xiàn)在許多得商家通過(guò)抽獎(jiǎng)的活動(dòng)勾引起消費(fèi)者的購(gòu)物狂潮。電子轉(zhuǎn)盤(pán)游戲機(jī)是一種應(yīng)用了數(shù)字電子技術(shù)的游戲,?幸運(yùn)轉(zhuǎn)盤(pán)就是先預(yù)測(cè)旋轉(zhuǎn)中的圓盤(pán)停止時(shí)，到底會(huì)停在哪個(gè)位置的工具。也可用作估號(hào)碼游戲，電子骰子，抽獎(jiǎng)機(jī)等。電子幸運(yùn)轉(zhuǎn)盤(pán)就是以電子的方式達(dá)成相同的功能，本套件把10只LED配置成一個(gè)圓圈，當(dāng)按一下按鍵后，每只LED順序輪流發(fā)光，流動(dòng)速度越來(lái)越慢，最后停在某一只LED上不再移動(dòng)。若最后發(fā)亮那個(gè)LED與玩家預(yù)測(cè)的相同，則表示“中獎(jiǎng)”? 同時(shí)通過(guò)對(duì)本次課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐也能很好的回憶和鞏固自己之前的知識(shí)。對(duì)動(dòng)手能力的一次嘗試和考驗(yàn)。并且通過(guò)對(duì)這個(gè)基礎(chǔ)性的數(shù)字電子游戲的制作對(duì)更復(fù)雜的大型電子游戲有所了解和認(rèn)識(shí)。對(duì)社會(huì)上的使用需求也有所料了解?？傊敬握n程設(shè)計(jì)將是對(duì)自己綜合能力的一次全面考察。通過(guò)此次的實(shí)訓(xùn)能夠?qū)⑿酒囊_分布和參數(shù)進(jìn)行具體的了解。? 我們當(dāng)初設(shè)計(jì)的目的是為了生活的簡(jiǎn)單化，雖然我們是借鑒前人智慧，但是在這次的課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，不得不讓人明見(jiàn)前人的成功與對(duì)知識(shí)的見(jiàn)解。 1 課程設(shè)計(jì)的目的? 本次設(shè)計(jì)本著鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和思考能力的目的，把所學(xué)知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合。學(xué)生通過(guò)理論設(shè)計(jì)和實(shí)際制作解決相應(yīng)的實(shí)際問(wèn)題，鞏固和運(yùn)用在《數(shù)字電子技術(shù)》一書(shū)中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，掌握模擬電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)能力和實(shí)際動(dòng)手能力，為以后從事電子產(chǎn)品打下良好的基礎(chǔ)。提高學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，激發(fā)我校大學(xué)生事實(shí)就是，刻苦鉆研，發(fā)揚(yáng)團(tuán)隊(duì)合作精神，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手實(shí)踐能力。加強(qiáng)學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)前沿技術(shù)的學(xué)習(xí)和能力的培養(yǎng)。例如，焊接技術(shù)，自我解決問(wèn)題的能力。同時(shí)在設(shè)計(jì)以及實(shí)踐的過(guò)程中不僅可以充分運(yùn)用所學(xué)知識(shí)于實(shí)際中，還可鍛煉學(xué)生的思維能力和知識(shí)拓展能完成力，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)電子信息技術(shù)的積極性。 2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1）可用?10個(gè)發(fā)光二極管模擬幸運(yùn)物。?? 2）啟動(dòng)開(kāi)關(guān)后，發(fā)光二極管高速循環(huán)點(diǎn)亮。?? 3）二極管循環(huán)點(diǎn)亮速度越來(lái)越慢，并最終隨機(jī)停止于某個(gè)燈上。 3 設(shè)計(jì)方案與論證 3.1 設(shè)計(jì)思路? 根據(jù)電子幸運(yùn)轉(zhuǎn)盤(pán)的功能要求，將電路劃分為四個(gè)單元功能模塊，即時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生模塊、譯碼驅(qū)動(dòng)LED?顯示模塊、十進(jìn)制計(jì)數(shù)模塊和開(kāi)關(guān)等邏輯控制。 3.2 設(shè)計(jì)方案? 本電路由555組成的多諧振蕩器和CD4017十進(jìn)制計(jì)數(shù)器／脈沖分配器組成。10顆發(fā)光二極管模擬幸運(yùn)物，當(dāng)按下啟動(dòng)鍵1秒以上，發(fā)光二極管高速循環(huán)點(diǎn)亮，幾秒鐘后旋轉(zhuǎn)速度越來(lái)越慢并最終隨機(jī)停止于某顆燈上。可以將每顆燈旁邊標(biāo)上幸運(yùn)物品作為搖獎(jiǎng)器。47μF電解電容的數(shù)值決定延遲時(shí)間，1μF的電解電容數(shù)值決定循環(huán)速度。電源供電電壓為直流5V，也可以采用3節(jié)1.5V電池供電。電子幸運(yùn)轉(zhuǎn)盤(pán)設(shè)計(jì)方框圖如下圖3-1所示。 ? 電容式放電計(jì)時(shí)器 555集成電路多諧震蕩器 按鈕式 啟動(dòng)開(kāi)關(guān) 發(fā)光二極管 指示顯示 4017集成電路十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 圖3-1 電子幸運(yùn)轉(zhuǎn)盤(pán)電路系統(tǒng)方框圖 3.3 設(shè)計(jì)論證? 若當(dāng)按下開(kāi)關(guān)1秒以上，發(fā)光二極管高速循環(huán)點(diǎn)亮，幾秒鐘后旋轉(zhuǎn)速度越來(lái)越慢并最終停于某顆燈上。重復(fù)試驗(yàn)，停留的位置隨機(jī)。則設(shè)計(jì)成功,否則,設(shè)計(jì)失敗。?? 4 設(shè)計(jì)原理及功能說(shuō)明?? 4.1 電路的設(shè)計(jì)原理? 圖4-1電路總設(shè)計(jì)圖 脈沖產(chǎn)生器由NE555及外圍元件構(gòu)成多諧振蕩器，當(dāng)按下按鍵S1時(shí)Q1導(dǎo)通，NE555的3腳輸出脈沖，則CD4017的10個(gè)輸出端輪流輸出高電平驅(qū)動(dòng) 按鈕時(shí)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)?電容式放電計(jì)數(shù)器?555集成電路多謝振蕩器??4017集成電路十進(jìn)制計(jì)數(shù)器?發(fā)光二極管1-10顯示?10只LE?D輪流發(fā)光。松開(kāi)按鍵后，由于有電容C1的存在，Q1不會(huì)立即截止，隨著C1兩端電壓的下降，Q1的導(dǎo)通程序逐漸減弱，3腳輸出脈沖的頻率變慢，LED移動(dòng)頻率也隨之變慢。最后當(dāng)C1放電結(jié)束后。Q1截止，NE555的3腳不再輸出脈沖，LED停止移動(dòng)。一次“開(kāi)獎(jiǎng)”過(guò)程就這樣完成了。R2決定LED移動(dòng)速度，C1決定等待“開(kāi)獎(jiǎng)”的時(shí)間。? 4.2 由NE555組成的震蕩器 圖4-2NE555組成的震蕩器 4.3 NE555介紹 555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極型（TTL）工藝制作的稱(chēng)為?555，用?互補(bǔ)金屬氧化物（CMOS?）工藝制作的稱(chēng)為?7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器?556/7556。555?定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在?4.5V~16V?工作，7555?可在?3~18V?工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為?200mA，因而其輸出可與?TTL、CMOS?或者模擬電路電平兼容。555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。? 它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè)?RS?觸發(fā)器，一個(gè)放電管?T?及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC?/3?和?2VCC?/3? 555?定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS?觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)?5?腳懸空時(shí)，則電壓比較器?C1?的反相輸入端的電壓為?2VCC?/3，C2?的同相輸入端的電壓為VCC?/3。若觸發(fā)輸入端?TR?的電壓小于VCC?/3，則比較器?C2?的輸出為?0，可使?RS?觸發(fā)器置?1，使輸出端?OUT=1。如果閾值輸入端?TH?的電壓大于?2VCC/3，同時(shí)?TR?端的電壓大于VCC?/3，則?C1?的輸出為?0，C2?的輸出為?1，可將?RS?觸發(fā)器置?0，使輸出為?0?電平。?它的各個(gè)引腳功能如下：? 圖4-3引腳圖和內(nèi)部邏輯框圖 1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。?2腳：低觸發(fā)端?3腳：輸出端Vo? 4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。? 5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01μF電容接地，以防引入干擾。? 6腳：TH高觸發(fā)端。? 7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。? 8腳：外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5?~?16V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3?~?18V。一般用5V。 4.4 CD4017工作原理 CD4017是一個(gè)十進(jìn)制數(shù)集成電路，是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器／脈沖分配器，它的內(nèi)部由計(jì)數(shù)器及譯碼器兩部分組成。16腳以及8腳分別為正負(fù)極電源接腳，可在3-18V下工作。14是時(shí)鐘脈沖輸入端，每當(dāng)輸入由低電位（約0V）轉(zhuǎn)高電位時(shí)令輸出端依次序輪流輸出高電位。13端是時(shí)鐘脈沖控制端，一般接低電位，若接高電位會(huì)使14端暫停作用。15端是置零端，一般接零電位，若接高單位則是輸出置零，即Q0輸出端永遠(yuǎn)為高單位，12端是進(jìn)位端，用來(lái)接下一個(gè)十進(jìn)計(jì)數(shù)器，變成雙位計(jì)數(shù)器，本電路不用，故空接。CD4017的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖所示。 圖4-4 CD4017引腳圖 5 硬件的調(diào)試與制作? 5.1 ?硬件的制作? 采用電烙鐵手工焊接方法將元件按電路圖焊接。焊接的時(shí)候我們要避免元件的各個(gè)部分的鏈接，焊接前要嚴(yán)格按照仿真電路圖上的各元器件的連接先在電路板上進(jìn)行排版，應(yīng)做到各元件的排列合理，容易焊接。避免焊接時(shí)交叉短路及確保電路板美觀程度。? 焊接時(shí)不要直接焊芯片，焊接時(shí)不要直接焊芯片，各元器件應(yīng)先固定再剪去引腳。焊接時(shí)應(yīng)注意錫的跟進(jìn)度，確保焊接后的焊點(diǎn)光滑整潔。焊接時(shí)不應(yīng)焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，以免燒壞電路板和元器件，還應(yīng)注意錫的用量，節(jié)約資源，做到美觀與技術(shù)的巔峰，讓人看到一種舒服、高端、大氣、上檔次！ 5.2 ? 硬件的調(diào)試? 在元件的調(diào)試過(guò)程中，整個(gè)過(guò)程大多數(shù)是仿真上進(jìn)行的。? 在電路上存在著一些的問(wèn)題如下：??? ?故障一：CD4017輸出的10個(gè)LED不亮?? 故障分析：C2的值太大。? 故障二：LED燈在最后的放電過(guò)程中停止的太快，觀察不到效果。? 故障分析：由于各元器件的制作過(guò)程中存在著允許的誤差，可能會(huì)由導(dǎo)致接完后與仿真的效果不太一樣。此時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)象適當(dāng)替換電容C1，若是交替閃爍頻率過(guò)快，應(yīng)替換較大電容。 ?故障三：在焊接完成后發(fā)現(xiàn)當(dāng)接上電源，用鎖存開(kāi)關(guān)進(jìn)行演示前發(fā)現(xiàn)有多個(gè)LED亮。? 故障分析：由于開(kāi)關(guān)S1只是鎖存多諧振蕩的，而電源還是接通。最開(kāi)始會(huì)出現(xiàn)震蕩情況，所以會(huì)產(chǎn)生多個(gè)LED燈亮?。  6 實(shí)訓(xùn)總結(jié) 通過(guò)這次電子作品的制作使我們的專(zhuān)業(yè)技能得到了很大的鍛煉和提高。在電子作品制作的過(guò)程中。不僅僅需要基本的電子焊接技術(shù)，而且在制作過(guò)程中需要先對(duì)需要的元器件有充分的認(rèn)識(shí)。其次，子制作過(guò)程中還要適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合電子仿真軟件的應(yīng)用。另外還要記得電子仿真中是對(duì)各種干擾理想化的仿真，在實(shí)際制作中需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)需要更改的參數(shù)進(jìn)行更改，否則制作肯定不能成功。? 這次電子實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)中，我們小組的題目是電子幸運(yùn)輪盤(pán)。設(shè)計(jì)的時(shí)候并不順利，芯片的選擇和電路的接法對(duì)于我?這種從來(lái)沒(méi)有實(shí)際操作過(guò)的學(xué)生還是有一定難度的。經(jīng)過(guò)我們大家的集體?討論后，我們還是把最終的電路圖設(shè)計(jì)了出來(lái)。這讓我充分體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)了力量，團(tuán)結(jié)才能讓大?家把事情干好。一個(gè)人的力量始終太渺小，集思廣益才能讓我們進(jìn)步得更快，讓我們學(xué)習(xí)到更多知識(shí)。最讓我頭疼的是在?實(shí)際操作過(guò)程中，我們經(jīng)常會(huì)因一個(gè)小失誤，比如線(xiàn)接錯(cuò)了，有的線(xiàn)沒(méi)有接上等等問(wèn)題讓實(shí)驗(yàn)板的燈無(wú)法亮起來(lái)。這些都是讓我始料未及的。由于不細(xì)心的地方太多，老是求快，想早點(diǎn)完成設(shè)計(jì)和焊接，但是這反而導(dǎo)致了很多次的失敗，當(dāng)時(shí)甚至有放棄的念頭。但是我們堅(jiān)持下來(lái)了，當(dāng)最終看到成品的時(shí)候，我覺(jué)得一切都是值得的。? 在這次的實(shí)訓(xùn)中，我們要對(duì)所做的作品的原理和所用到的元器件的工作原理和用法做深入的了解。因此在實(shí)訓(xùn)中我對(duì)集成芯片555，4017的原理更加深入和應(yīng)用更加熟悉了。同時(shí)我所做的電子作品電子幸運(yùn)轉(zhuǎn)盤(pán)的構(gòu)成和工作原理都有了相應(yīng)的理解。? 其次，在電子作品制作過(guò)程中無(wú)疑要用到相應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件同時(shí)也要做作品的PCB板的制作與焊接。因此在實(shí)訓(xùn)中使我對(duì)Multisim10、DXP2004等電子設(shè)計(jì)與仿真軟件的使用更加的熟悉與靈活了。還有焊接的接點(diǎn)有要比之前有了很大的提高，減少了虛焊等還接點(diǎn)的數(shù)量。? 然后，電子作品的制作不僅僅鍛煉了自己的實(shí)踐能力，并且在此過(guò)程中還鍛煉了自己在制作產(chǎn)品上的邏輯思維，知道了要設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品需要什么必備條件和設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)候的邏輯步驟。因此做這樣的電子作品的制作的實(shí)訓(xùn)，將會(huì)很好擴(kuò)展我們得思維能力，將學(xué)習(xí)的理論與與實(shí)踐相結(jié)合，作品制作與生活相結(jié)合，做出對(duì)社會(huì)和生活有的產(chǎn)品來(lái)。? 最后，要感謝指導(dǎo)老師在電子作品制作實(shí)訓(xùn)中的精心指導(dǎo)和幫助。?謝謝老師。  參考文獻(xiàn) [1] 邱關(guān)源.電路 第五版[M] 高等教育出版社2009,6:27~35. 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