数电课程设计-触碰抽奖机

1、郑州科技学院数字电子课程设计题 目 触碰抽奖机的设计 学生姓名 黄聪 专业班级 电气工程及其自动化4班学 号 201347103 院 （系） 电气工程学院 指导教师 王晓冬 完成时间 2016 年 3 月 25 日 目 录1 设计目的12 设计的任务与要求12.1 设计任务1 2.2 功能要求12.3 设计要求23 电路设计方案与论证24元器件功能说明34.1 74LS16134.2 74LS4844.3 七段数码管65 制作与调试75.1 电路仿真75.2 硬件电路制作与调试76 总结 9参考文献10附录1：总体电路原理图11附录2：元器件清单12附录3：实物图131 设计目的（1）巩固和加

2、深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。（2）培养根据课题需要选学参考书籍,查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。（3）通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件；初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。（4）能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测； （5）使用适当的软件进行仿真，提高电路仿真分析及操作能力； （6）了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。2 任务与要求2.1 设计任务 通过触碰产生触

3、发，计数器47LS161在触发脉冲的作用下产生计数，经过与非门74LS00的反馈使得计数器逢十进位。计数器的计数方式采用8421BCD的编码形式，将输出信号传给译码器74LS48，译码器将计数器的输出信号转换为七段数码管的数码信号，经过数码管显示出相应的数字。产品由两块相同的计数译码相级连，从而实现099之间的数位跳转，以达到随机数的功能。2.2 功能要求1.使用74LS161、74LS48、74LS00七段数码管等要求能够实现接触式的随机数产生功能；2.用手接触硬币时，数码管示数快速跳转以产生随机效果；3.停止接触时，数码管稳定显示一个099之间的随机数。2.3 设计要求（1）分析设计要求，

4、明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，构思出各种总体方案，绘制结构框图。（2）确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，敲定可行方案。（3）设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。（4）组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。3 设计方案与论证74LS161芯片为一8421BCD编码的计数器，除了具有普通四位二进制加法计数器的功能外，还具有可编程计数器的编程功能，使用灵活方便。编程方法有两种：一是由计数器的不同

5、输出组合来实现控制计数器模；另一种是通过改变计数器的预置输入数据来改变计数器的模。既可以从零开始计数，也可以从非零开始计数。设计方案：通过用手接触面板上的硬币给以触发，将触发信号传给计数器74LS161，再将计数信号传给译码器74LS48，译码器再将译码过的信号经过数码管显示。电路运行框图如图3-1 译码器计数器 数码管显示触发图 3-1 电路运行流程框图4 各元件功能说明 4.1 芯片74LS16174LS161为二进制同步计数器，具有同步预置数、异步清零以及保持等功能。74LS161的功能表如下表4-1表4-1 74LS161功能表输 入输 出CTrCTpCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q

6、30××××××××000010××d0d1d2d3d0d1d2d31111××××计 数110××××××保 持11×0×××××保 持注：QCC= CTr·Q0·Q1·Q2·Q3 从功能表的第一行可知，当0（输入低电平），则不管其他输入端（包括CP端）状态如何，四个数据输出端Q0、Q1、Q2、Q

7、3全部清零。由于这一清零操作不需要时钟脉冲CP配合（即不管CP是什么状态都行），所以为异步清零端，且低电平有效，也可以说该计数器具有“异步清零”功能。从功能表的第二行可知，当1且0时，时钟脉冲CP上升沿到达，四个数据输出端Q0、Q1、Q2、Q3同时分别接收并行数据输入信号d0、d1、d2、d3。由于这个置数操作必须有CP上升沿配合，并与CP上升沿同步，所以称那么该芯片具有“同步置数”功能。从功能表的第三行可知，当1，CTrCTp1时，则对计数脉冲CP实现同步十进制加计数；而从功能表的第四行又知道，当1时，只要CTr和CTp中有一个为0，则不管CP状态如何（包括上升沿），计数器所有数据输出都保持

8、原状态不变。因此，CTr和CTp应该为计数控制端，当它们同时为1时，计数器执行正常同步计数功能；而当它们有一个为0时，计数器执行保持功能。另外，进位输出Qcc= CTr·Q0·Q1·Q2·Q3表明，进位输出端仅当计数控制端CTr1且计数器状态为15时它才为1，否则为0。4.2 芯片74LS48译码驱动器在数字显示系统中，用显示器把字符显示出来，就需要将代表具体数字符号的二进制代码，经译码器、驱动显示器显示出个字段。译码器的类型有很多，本方案只涉及用于LED数码管的8421BCD码7段译码器74LS48，这种译码器是常用的中规模集成芯片，内部带有驱动电路，

9、使用时无需再接驱动电路。74LS48（输出高电平有效）配共阴极的LED数码管，其输出各段可直接与数码管各段相连接。一、74LS48的引脚如图4-2图 4-1 74LS48引脚图二、各使能端的功能说明：:测灯输入端。=0时，显示各段都亮，主要用来检查74LS48及显示器好坏。：动态灭零输入端。=1条件下，当=0且输入数码DCBA=0000时，显示器各段全灭，当输入数码非零时，正常译码显示。：静态灭灯输入使能端。只要=0，无论输入数据如何，译码器各段输出全为低电平，显示器灭灯。RBO：动态灭零输出端。在不使用功能时，/RBO为输出使能，只有在译码器实现动态灭零时，RBO=0，否则RBO=1。实现整

10、数位的消隐，是将高位的/RBO接到低位的端；实现小数点位的零消隐，是将低位的/RBO接到相邻高位的端。三、74LS48的功能表如图4-2表 4-2 74LS48功能表4.3 七段数码管共阴极数码管是一类数字形式的显示屏，通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。由于它的价格便宜、使用简单、在电器，特别是家电领域应用极为广泛，空调、热水器、冰箱等等。绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。一、数码管的驱动方式1.直流驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译

11、码器译码进行驱动。优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多。2.七段数码管动态显示驱动是将所有数码管通过分时轮流控制各个数码管的控制端，就使各个数码管轮流受控显示。将每个数码管的公共极增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通控制端电路的控制。二、七段数码管引脚图图 4-2 七段数码管结构图图中（a）为共阴极数码管，（b）中左边为共阴极数码管结构，右边为共阳极数码管结构。5 制作与调试5.1 电路仿真 在电子仿真实验室用Multisim软件进行电路仿真实验，Multis

12、im是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路。仿真模拟实验避免了实物实验的危险性，损坏性以及能源损耗性。在仿真电路中，当开关J1闭合接触一下再弹起时，数码管就会在原来数据的基础上加一。其仿真电路如图5-1。图 5-1 实验仿真电路图5.2 硬件电路制作与调试一、硬件制作1. 元器件焊接之前先用万用表分别检测电阻、数码管和各个芯片等电子元器件是否损坏；2. 按技术要求和焊盘间距对元器件的引脚成形，将

13、元器件各个引脚按需要弯曲直角或其它要求；3. 将元器件按照电路图中的位置插入万能板；4. 按电路图连接线路，焊接电子元器件；5. 半导体元件的焊接最好采用较细的低温焊丝，为防止烙铁温度过高而烧毁半导体元件， 烙铁在焊接处停留的时间不宜过长,元器件的焊接时最好控制在23秒；二、硬件的调试通电前，首先直观检查电路各部分接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件引脚之间有无短路，器件有无接错。接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果出现异常现象，则应立即关断电源，待排除故障后方可重新通。路图连线，按一定顺序安装好的线路，这样比较容易查出哪里有错误。按连线是否正确，

14、按照电路图检查安装的线路。把每个元件引脚的连线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记。把经过准确测量的电源接入电路。观察有无异常现象，包括有无元件发热，甚至冒烟有异味电源是否有短路现象等；如有此现象，应立即断电源，待排除故障后才能通电。若故障排查后电路无异常现象在供电电压正常的前提下，可由前级至后逐级测量各级输出端有无变化的电压信号，以判断电路各级工作状态。这时需要用万用表测量各元器件两端的电压及其电流是否达到工作有效值，根据电路实际情况适当调整电路中元器件的参数。参数调节完成后电路正常工作

15、，当用手接触电路面板正面的硬币时，就相当于给芯片一个触发脉冲，但由于人体相当于一个大电容，将对电路产生一个干扰，正是由于这个干扰，使得芯片的脉冲输入端产生频率很快而且又不稳定的跳变，使得计数器以很快的频率计数。当手松开时，计数器计数停止，数码管显示的数相当于从099中随机产生的一个数。6 总结在本次课程设计中，通过一周的数字电路课程设计与实践，我学到了很多。这次课程设计是对知识的全新理解和巩固，让我重新感受到了电子技术在实际中的应用，也让我学会了如何将学到的知识应用到实践中去，进一步熟悉了一些基本的的数字电路的设计、仿真与焊接等基本技能，我在设计时也在不断的学习，了解每一个器件的结构、工作原理

16、及其运用。在此期间我还学到了很多关于电子技术的相关知识，同时也更加清晰的明白了一些元件在电路中的作用以及它的工作原理，只有在实践中才能真正体会到它的作用。任何一个课题包含的专业知识点都是很多的，我们只有很熟练的完成自己的每一个课题，才能完全的掌握自己所学到的专业知识。整个实训课程设计中也遇到了不少的问题与苦恼。首先是电路触发机制没搞明白，以至于电路仿真连续失败，再到后来的焊接调试，整个过程都是非常的艰辛。由此我感受到了一件电子产品的设计与生产并不是一件容易的事，它需要有很高的知识水平和专业素养。有很多的问题都需要靠自己不断地学习才能解决的了，只有通过不断地学习才能提高了自己获得新知识的能力。一

17、件电子产品的设计与制作必须要求严谨的科学态度和认真对待每一个细节的精神，这样才能按部就班的把一件产品做好。一分耕耘，一份收获，只有不怕艰难的去探索才能沿着科技的轨道走的更远。13参考文献1 电气工程学院编写.数字电子技术课程设计指导书J.郑州科技学院.20152 夏路易 石宗义.电路原理图与电路板设计教程M.希望电子出版社.20033 陈光明. 电子技术课程设计与综合实训M. 北京：北京航空航天大学出版社，20074 张新喜. Multisim 10电路仿真及应用M. 北京：机械工业出版社，20115 张瑜璞. 电子技术课程设计M. 北京：北京理工大学出版社.1994.26 江晓安，董秀峰. 数字电子技术（第三版）M. 西安：西安电子科技大学出版社，20087 夏路易 石宗义. 电路原理图与电路