文章目录

前言
一、课程设计任务书
二、摘要
三、正文
- 1.绪论
- - 1.1设计背景
  - 1.2
- 2.电子摇奖机设计方案及单元电路
- - 2.1电子摇奖机总体设计方案
  - 2.2单元电路设计方案
  - - 2.2.1脉冲产生电路方案
    - 2.2.2计数电路方案
    - 2.2.3功能选择控制电路方案
    - 2.2.4数码管驱动与显示电路方案
- 3 电路仿真与结果分析
- - 3.1 总体仿真电路图的搭建
  - 3.2 仿真结果与分析
- 4 实物的制作与调试
- - 4.1 PCB的绘制
  - 4.2 实物元器件的安装
  - 4.3 实际效果的测试与调试
总结
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前言

本项目为数字电路课程设计——电子摇奖机电路的设计仿真与制作,所有功能·均已实现，为做课程设计的同学提供参考，希望本篇文章可以帮助到大家。

一、课程设计任务书

初始条件：
集成显示译码驱动器、十进制计数器、触发器、555定时器、数码管、逻辑门电路以及其它模拟电路、数字电路的器件等。

要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1、课程设计工作量：1周内完成电子摇奖机电路的设计、仿真、装配与调试。

2、技术要求：

① 确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，
② 设计时钟信号产生，至少2个数码管显示驱动，计数器和带有复位开关和停止计数的基于D触发器的计数器控制等分电路；
③ 进行各功能模块电路及总体电路的设计，画出相应电路原理图并分析论述工作原理及参数设计。

二、摘要

本课程设计为基于数字电路的电子摇奖机，由脉冲发生电路、计数器电路、数码管驱动电路和功能控制电路组成。由555脉冲发生电路产生一定频率的时钟信号，该时钟信号通过分频产生另一频率的时钟信号，通过计数器产生两个变换频率的8421码，通过译码器驱动数码管，数码管实时显示该时刻的BCD码。摇奖机的开始、结束和复位功能由两个D触发器控制，D触发器的时钟信号由555脉冲发生电路提供。两个拨码开关控制D触发器的输出进而控制摇奖机的状态。本设计经过仿真、制作实物以及验证，所有任务基本实现。
关键词：555脉冲发生电路；计数器；译码器；D触发器

三、正文

1.绪论

1.1设计背景

在生活中很多地方需要用到摇奖机。随着社会的发展传统的手摇式摇奖机已经逐渐被简单可靠的电子摇奖机替代。电子摇奖机具有公正性好、可靠性高、实用性强、小巧直观、经济实惠等特点。本课程设计可广泛应用于各种社会团体、公司、文化娱乐场馆等。
用摇奖机开奖，是当今世界公认最公平公正的方式，摇奖机该产品结构合理、适用范围广，设计先进，款式新颖，功能特多，是摇奖抽奖的首选设备。该设备全透明设计，开奖时一目了然，不怕被怀疑黑箱操作，体现出绝对的公平公正摇奖开奖方式。适用范围:招标、拍卖、电子游戏机厅、彩票投注站和所有服务行业，促销、工厂公司、楼盘、庆典、大型活动等抽奖。
通过本设计，既可以了解电子摇奖机的具体工作原理，还可以学会使用数电课程中所介绍的一些电子元件和芯片。在设计过程中，通过对摇奖机的原理分析、电路的设计和实物的制作，实现理论课程的实际应用。

1.2

Multisim14是一种专门用于电路仿真和设计的软件之一，是NI公司下属的EWB ( ElectroNIcs Workbench ) 推出的以Windows为基础的仿真工具，是目前最为流行的EDA ( 全称：Electronic design automation ) 软件之一。该软件基于PC平台，采用图形操作界面虚拟仿真了一个与实际情况非常相似的电子电路实验工作台，几乎可以完成在实验室进行的所有电子电路实验，已被广泛地应用于电子电路分析、设计、仿真等各项工作中Multisim 不仅支持 MCU，还支持汇编语言和 C 语言为单片机注入程序，并有与之配套的制版软件 NI Ultiboard10，可以从电路设计到制板 layout 一条龙服务。

2.电子摇奖机设计方案及单元电路

2.1电子摇奖机总体设计方案

本课程设计要实现的功能为，随机产生两位数并且可以在两个数码管上进行显示，由此实现摇奖的功能。通过D触发器实现控制整个电路的状态，由此实现总体电路的复位和功能选择。
总体方案使用时序逻辑电路，整个电路由脉冲产生电路、计数电路、数码管驱动与显示电路和功能选择控制电路组成。脉冲产生电路产生整个电路的时钟信号，作用于计数电路和D触发器；计数电路由两个计数器组成，随机生成两个数；数码管驱动电路为两个译码器驱动数码管，显示计数器输出的值；功能选择控制电路由一个D触发器组成通过改变开关的通断实现总体电路功能的选择。总体设计框图下图所示。

2.2单元电路设计方案

2.2.1脉冲产生电路方案

本设计中的脉冲产生电路由555脉冲发生电路和与门电路组成。当给该电路一个工作电压时，555脉冲发生电路产生一个1000HZ左右的脉冲信号，该信号作为整个电路的时钟信号。该信号通过一个与门之后，才能作用于计数器电路，与门的另一端接D触发器的输出端。当D触发器的输出高电平时，计数器正常工作。

2.2.2计数电路方案

本电路中的计数电路由两个CD4518芯片组成，由555脉冲产生电路产生的脉冲信号作用一个于CD4518芯片产生一个频率的0-9的随机数。将CD4518中的一个输出端连接至另一个CD4518的输入端，实现另一个随机频率0-9随机数的产生。这两个数码的产生是完全随机的，完全满足题目的要求。

2.2.3功能选择控制电路方案

本电路的功能为控制整个电路的工作状态，题目要求使用D触发器，因此采用还有四个触发器的74LS175D芯片。本单元电路的时钟信号由脉冲产生电路提供，使用者通过两个开关控制两个D触发的输出电平从而控制摇奖机的开始、结束和复位功能。满足题目的要求。

2.2.4数码管驱动与显示电路方案

本电路的功能为，将两个计数器产生的随机数显示出来。在本设计中为提高数码管显示的准确性，采用74LS47D、共阳数码管设计。两个计数器产生的两个随机二进制数通过两个译码器驱动连个数码管，使得两个随机数显示在数码管上。

3 电路仿真与结果分析

3.1 总体仿真电路图的搭建

根据前面各单元电路的分析，经过更改参数、调试得到的总电路图如图所示。

3.2 仿真结果与分析

在总体电路中，最重要的部分为脉冲产生电路。首先要对脉冲产生电路产生的信号进行检测。采用示波器测得脉冲产生电路的波形如图4.2所示。分析发现示波器显示的脉冲信号频率为141HZ，且高电平时电压为5.0V,完全满足题目的要求。

然后，对于总体电路的功能进行仿真。当S2断开时，此时电路为复位状态，数码管显示为00，无论S1的状态怎么改变电路不会工作。当S2闭合时，此时电路为正常工作状态。打开S1摇奖机开始工作，两个数码管一直循环显示0~9，且人眼看不到具体数码。当S1闭合，摇奖结束，数码管显示两个数。仿真结果如图所示。

通过对电路的仿真，发现题目的要求该电路已经全部实现。在测试的过程中并未出现问题，所以该方案在理论上切实可行，可以通过该原理图进行实物的设计和制作。

4 实物的制作与调试

4.1 PCB的绘制

由于时间紧迫没有过多的时间进行万用板的焊接，我们选择绘制PCB文件进行工厂打板。首先要根据原理图在立创EDA上绘制原理图，根据实际情况选择各元件的封装，最后进行PCB的绘制。在第一次制作实物时，发现在数码管与驱动芯片之间没有加限流电阻，导致数码管的烧毁。在经过各种问题的考虑之后，我画出最终版的PCB图如图所示。

4.2 实物元器件的安装

在网上购买元器件。元器件到货后，使用万用表测试各器件的特性，判断器件的好坏。选择好的器件在印刷电路板上进行焊接，做出实物电路。具体实物如图所示。

4.3 实际效果的测试与调试

将S2、S1向上拨，此时电路板开始工作两个数码管不断循环显示0~9的数码，而且人眼看不到具体的值，当使用者将开关S1下拨，此时计数器停止计数，数码管显示两位随机数，具体效果如下图所示。效果均符合题目要求，实物制作成功。

总结

这次数电课程设计，是对我们这一学期学习数字电路电子技术的一次检测和考验。在这次课程设计中，我在网上查阅了大量资料，了解了电子摇奖机的发展过程和应用场所，发现在日常生活中数字电路的应用非常广泛。这次课程设计，真正体现了将理论知识与生活实际相结合。
在电路设计的过程中，我对于课本上所学的数字芯片有了更加深刻的认识，知道了它们在实际应用与仿真设计之间的差别。在电路的仿真过程中，我对于Multisim的应用更加熟练，知道了这个软件的一些优缺点。在实物的制作过程中，我将理论用于实践，发现555芯片与仿真软件上的芯片引脚图并不相同，在使用数码管时，一定要加限流电阻，否则将会烧毁数码管。

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链接：电子摇奖机
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