课程设计电子摇奖机毕业论文.docx

武汉理工大学课程设计（报告）

摘要

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（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。 本文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和控制电路三大部分构成。详细介绍了电子摇奖机设计任务要求和特点，并对此设计方案作了认真比较与严密论证，其次详细介绍了设计原理和制作过程，实物调试与测试以及本次课程设计实践课的结论与总结。

关键词：电子摇奖机、计数器电路、控制电路、脉冲发射电路

目录
1绪论································································1
1.1设计背景························································1
1.2设计目的及意义··················································1
1.3仿真软件Proteus 7.8介绍········································1
2电子摇奖机的主要内容················································2
2.1电子摇奖机的原理框图············································2
2.1.1复位选择控制················································2
2.1.2时钟脉冲发射················································2
2.1.3计数器······················································2
2.1.4译码与显示··················································3
3各模块电路及仿真设计················································4
3.1摇奖机复位选择控制电路··········································4
3.2时钟脉冲发射电路················································5
3.3计数电路························································7
3.4译码显示电路····················································9
3.5电子摇奖机的仿真分析结果········································12
4实物制作与调试····················································· 13
4.1元件清单························································13
4.2实物调试环节····················································14
5实验总结和体会······················································16
6参考文献····························································17
7本科生课程设计成绩评阅表············································18

1绪论
1.1设计背景
1.1.1发展趋势
现状及发展趋势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（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。 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。
1.1.2适用范围
适用于招标、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。
1.2 设计的目的与意义
1：使学生具备模拟与数字电子电路的理论知识；
2：使学生具备模拟与数字电子电路的设计能力；
3：使学生具备模拟与数字电子电路的基本调试手段；
4：锻炼学生自学软件的能力与分析问题、解决问题的能力；
5：通过课程设计，使学生在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机应用方面的能力得到训练和提高。
1.3仿真软件Proteus 7.8介绍
Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

2电子摇奖机的主要内容
2.1电子摇奖机的原理框图
图2.1
2.1.1复位选择控制
此电路是用来控制电路进行工作的，在S1、S2闭合之前，产生的脉冲不输入到计数器，显示器部工作。当S1闭合，S2闭合后，脉冲输入到计数器然后不停的产生0~9这些随机数字，显示器显示这些数字并以肉眼难以看见的速度跳变。此时打开S2后，D触发器的第一端输出为高电平，第二端输出为低电平，这时计数器停止工作，此时译码器就把在计数器内产生的随机数字（输出的数字就是计数器最后在停止工作前的信号）显示出来，得到抽奖数字。重复取数抽奖。最终S1、S2打开，摇奖机停止工作，抽奖完毕。
2.1.2时钟脉冲发射
用555芯片与门电路(包括由反相器、与非门和或非门)来构成时钟脉冲发生器，并控制计数器的工作。当触发器的第二脚输出为低电平时，控制门禁止脉冲进入计数器，通过显示驱动，摇奖机就完成了取数摇奖过程；当触发器的第二脚输出为高电平时，振荡脉冲通过控制门进入CD4518的CLK，不作显示驱动，故此时摇奖机不显示任何数据。
2.1.3计数器
计数器的作用是用来产生0~9这些数字，然后通过显示驱动，最后在摇奖机上产生一个随机数字。由于计数器内的数据变化极快，而且操作人员根本无法控制产生特定数据，因此它是完全随机的。
2.1.4译码与显示
译码器的主要作用就是用来作显示驱动工作，它可直接驱动数码管。当计数器内产生随机数字后，译码器就把这个随机数通过数码管显示出来。

3各模块电路及仿真设计
3.1摇奖机复位选择控制电路
3.1.1控制电路仿真图
取数摇奖过程，首先得了解复位控制电路部分，如图3-1所示。

图3.1复位与选择控制电路图
工作原理分析：当S1、S2都断开时，D触发器两端输出都为低电平，电路不作任何指示；当S2闭合时，D触发器的第一脚输出为高电平，第二脚输出为低电平；当S1闭合的时候，D触发器的第一脚输出为低电平，第二脚输出为高电平。
3.1.2 4013芯片简介
CD4013是双D触发器芯片，在数字电路中常用来进行锁存数据, 组成分频电路等。SD1和CD1接至D 触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD1=0且CD1=1时,不论输入端D为何种状态，都会使O=1，~O=0，即触发器置1；当SD1=1且CD1=0时，触发器的状态为0,SD1和CD1通常又称为直接置1和置0端。当摇奖取数按钮S2被按下时，D触发器直接置“1”， 当需要取第二个数据时，只要按下复位按钮S1，直接置“0”端有效，就可以进行对摇奖机的控制，实现对数字的摇奖。表3.1为4013的真值表。
表3.1 CD4013真值表
CP
D1
CD1
SD1
O
~O
上升沿
0
0
0
0
1
上升沿
1
0
0
1
1
下降沿
X
0
0
O
~O
X
X
1
0
0
1
X
X
0
1
1
0
X
X
1
1
1
1
3.2时钟脉冲发射电路
3.2.1仿真电路分析
时钟脉冲发射电路有555芯片构成的时钟脉冲发射器，如图3.2：

图3.2始终脉冲发射电路
工作原理分析：接通仿真按钮后，输出端为3端输出时钟脉冲信号。
3.2.2 NE555芯片简介

图3.3NE555芯片引脚图

图3.4 555芯片内部结构图

555芯片可构成三种主要电路：施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。本模块的555芯片的主要作用是产生周期为1秒的脉冲信号，来出发计时器工作，则用555芯片组成多谐振荡器来组成连续脉冲，具体电路和波形如下图所示

图3.5 555多谐振荡器的电路及波形
充电 tpH = (R1+R2)C1n2≈0.7(R1+R2)C （3.1）

相关的参数计算：

放电 tPL=R2C1n2≈0.7R2C （3.2）

频率 （3.3）
其中3脚为输出端，输出连续脉冲，则可以用3接到计数部分来完成计数功能。
3.2.3仿真结果分析
电路进行仿真后，其波形图如图3.6所示。

图3.6时钟脉冲波形图
3.3计数电路
3.3.1仿真电路分析
计数器仿真电路图如下。

图3.7计数器仿真图
3.3.2 4518芯片简介
计数器CD4518是一个双BCD同步加计数器，由两个相同的同步4位计数器组成。其引脚图如图3-8所示，真值表见表3.2所示。16脚 2/10进制同步加计数器,IC是一个封装中含有两个可以互换2/10 进制计数器,其功能引脚分别为1-7,9-15。该计数器是单路系统脉冲输入（1脚或2脚；9脚或10脚）4路BCD码信号输出（3-6,11-14脚）它有两个时钟输入端CP和EN,若用时钟上升沿触发,信号由CP输入,此时EN端为高电平（1）,若用时钟下降沿触发,信号由EN输入,此时CP端为低电平（0）,同时复位端Cr也保持低电平（0）,只有满足了这些条件,电路才会处于计数状态。

图3.8 4518引脚图
表3.2 4518真值表
CP
EN
MR
ACTION
上升沿
1
0
加计数器
0
下降沿
0
加计数器
下降沿
X
0
保持
X
上升沿
0
保持
上升沿
0
0
保持
1
下降沿
0
保持
X
X
1
复位
3.4译码显示电路
3.4.1仿真电路图
译码与显示电路图如下。

图3.9 译码与显示电路图
3.4.2 4511芯片简介
CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。4511的引脚图见下图3-9所示，其真值表见表3.3所示。

图3.10 4511引脚图
各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示DA、DB、DC、DD；5、4、3分别表示EL、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示   OA、OB、OC、OD、OE、OF、OG。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是GND、VCC。
表3.3 CD4511真值表
输        入
输        出
EL
BI
LT
DD
DC
DB
DA
OA
OB
OC
OD
OE
OF
OG
显示
X
X
0
X
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
8
X
0
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
2
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
5
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
6
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
8
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
9
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0

0
消隐
1
1
1
X
X
X
X
锁       存
锁存
3.4.3 LG5611数码管简介

图3.11LG5611数码管引脚图

3.5电子摇奖机的仿真分析结果
经过多次调试，电路仿真成功。电路仿真图如下。
图3.12电路整体仿真图
实验调试结果: 在S1、S2闭合之前，产生的脉冲不输入到计数器，显示器部工作。当S1闭合，S2闭合后，脉冲输入到计数器然后不停的产生0~9这些随机数字，显示器显示这些数字并以肉眼难以看见的速度跳变。此时打开S2后，D触发器的第一端输出为高电平，第二端输出为低电平，这时计数器停止工作，此时译码器就把在计数器内产生的随机数字（输出的数字就是计数器最后在停止工作前的信号）显示出来，得到抽奖数字。重复取数抽奖。最终S1、S2打开，摇奖机停止工作，抽奖完毕。

4实物制作与调试
4.1元件清单
NE555
1
CD4511
2
CD4518
2
LG5611
2
CD4013
1
电阻10k
2
开关
2
电阻100k
1
0.1uF电容
2
滑动变阻器100k
1
74LS08
1
表4.1元件清单

4.2实物调试环节
实验调试后，电路各部分工作正常，电子摇奖机功能正常。电路实物图如下:

图4.1 实物图正面

图4.2 实物图反面
实物调试：在S1、S2闭合之前，产生的脉冲不输入到计数器，显示器部工作。当S1闭合，S2闭合后，脉冲输入到计数器然后不停的产生0~9这些随机数字，显示器显示这些数字并以肉眼难以看见的速度跳变。此时打开S2后，D触发器的第一端输出为高电平，第二端输出为低电平，这时计数器停止工作，此时译码器就把在计数器内产生的随机数字（输出的数字就是计数器最后在停止工作前的信号）显示出来，得到抽奖数字。重复取数抽奖。最终S1、S2打开，摇奖机停止工作，抽奖完毕。

5实验总结和体会
本次数电课设收获了很多东西，首先在熟悉原理的基础上利用仿真软件proteus对电路的功能进行仿真，第一次接触到protuus，在仿真过程终于到了很多问题，如元器件在proteus中的位置、如何利用proteus进行仿真等问题，但都通过自己查资料和同学讨论解决了这些问题，很好的锻炼了自己即学即用的快速学习能力，一定程度上提高了自己。当总电路出来时，测试电路并没有达到预期的实验要求，又对电路仔仔细细的研究了一遍，将整个电路原理又重新理顺了一遍，在深度理解的基础上，又对原有的电路进行了修改，经过几天的努力，电路功能基本实现，可以完成摇奖功能。在实际焊接中将引脚焊错却没有发现，调试结果一直失败，我试着去和同学讨论原理、查找资料，最终解决了这个问题。由于时间比较紧，并没有做的很全面，还存在一些问题我能解决，花费了这么多精力但没达到预期的效果，感到有些遗憾。但这个过程确实让我收获很多，一方面，明白了自身的不足，以后会慢慢改正，同时了解到要做好实践工作必须要把书本上的原理知识搞得很透彻，焊板子的过程也很能考验我的耐心，锻炼了自己的能力。

6参考文献
[1]伍时和，数字电路技术基础[M], 清华大学出版社，2012
[2] 李士熊，数字集成电子技术教程[M],高等教育出版社，2013
[3]康华光，电子技术基础.数字部分[M],高等教育出版社，2011
[4]于晓平，数字电子技术基础[M],清华大学出版社，2014
[5]王兰，PROTEUS编程入门，科学出版社，2012

本科生课程设计成绩评定表
姓 名
蒲博建
性 别
男
专业、班级
电信1406班
课程设计题目：电子摇奖机
课程设计答辩或质疑记录：
问题1：摇奖机怎样产生随机数的？
答：由555芯片组成时钟脉冲信号发生器，调节其电阻和电容大小使其频率改变，再连接到计数器，数码管就会随机显示0-9的数字。

问题2：怎么做到摇奖的公平性？
答：每次摇奖显示的数字都是随机的，每个数字出现的概率是一定的，而由于频率很大，数字以肉眼难以分辨的速度改变，杜绝了作弊的可能性，所以说摇奖是公平的。

问题3：怎样实现控制电路的复位和停止计数功能的？
答：控制电路是采用双D触发器构成的，当S1、S2都断开时，D触发器两端输出都为低电平，电路不作任何指示；当S2闭合时，D触发器的第一脚输出为高电平，第二脚输出为低电平；当S1闭合的时候，D触发器的第一脚输出为低电平，第二脚输出为高电平。从而达到控制作用。

成绩评定依据：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年 月 日

19