NE555數字電路觸摸式一位數顯搖獎（搖號）機Proteus仿真設計制作

ID:807238 · 發表于 2020-9-24 19:10

仿真原理圖如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下載）

設計任務與要求
1．搖獎（號）機操作。在作品顯示“0”的情況下開始搖獎（號），用食指觸及“觸摸電極”（6N137光耦合器的輸入負極懸空用來觸摸，類似試電筆的原理），瞬間蜂鳴器發出響聲（要求5米外可清晰聽到），紅色發光二極管亮；
2．同時數碼管顯示快速地按0~9順序周而復始轉換數字（要求此時人眼分辨不清數字及其順序）；
3．3秒鐘后的任一時刻，食指離開“觸摸電極”，蜂鳴器立刻停響，表明數碼快速轉換還需延時數秒（要求大于3秒）鐘，一旦紅色發光管“熄滅”，數碼轉換既停并穩定地顯示在最后一個數字上，這個數字就是本次搖出的獎品。

二、方案設計與論證
總體分析：用食指觸及“觸摸電極”相當于接地，這時搖獎機開始工作，所以“觸摸電極”相當于總開關；用555定時器構成多諧振蕩器產生脈沖，使數碼管按0~9周而復始轉換數字，需注意脈沖的周期，而食指離開“觸摸電極”，數碼管還在轉動，且發光二極管仍亮，說明還需要一個延時電路，使得電路總開關即使斷開，電路仍能繼續工作一段時間。

通過分析，結合設計電路性能指標、器件的性價比，本設計電路選擇方案二。

三、單元電路設計與參數計算（功能部分電路）

1、555定時器構成單穩態觸發電路實現脈沖延時

輸出脈沖的寬度Tw等于暫穩態的持續時間，而暫穩態的持續時間取決于外接電阻R和電容C的大小。 Tw≈1.1RC

按要求Tw≈1.1RC＞3s，因此取R=100kΩ，C=33μF,延時時間為3.3s。

2、555定時器構成的多諧振蕩器

電路的振蕩周期為T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2≈0.7（R1+2R2）C

輸出脈沖的占空比為q=T1/T=(R1+R2)/(R1+2R2)

當R2>>R1時，q=T1/T≈1/2時，輸出為方波。

又因為f=1/T<20Hz，所以取R1=1kΩ，R2=200kΩ，C=0.22μF。

因此，振蕩周期為T≈0.062s

功能部分電路如圖3所示

圖3 脈沖延時與多諧振蕩電路

四、總原理圖及元器件清單

1．總原理圖

圖4 觸摸式一位數顯搖獎（號）機電路

2．元件清單

表1 元件清單

五、安裝與調試

1.電路安裝

按照仿真設計好的原理圖買好所需器件，合理布局，確認電路圖無誤后，再焊接電路板。在焊接過程中，焊接完一部分測試一部分，這樣可以避免出錯，即使電路出了問題更容易找出哪部分電路錯了。在焊接的過程中要注意不要虛焊漏焊，電容和二極管不要接錯，注意555定時器的1端接地，8端接電源，3是輸出端。需熟悉CD40110為十進制可逆計數器/鎖存器/譯碼器/驅動器，具有加減計數，計數器狀態鎖存，七段顯示譯碼輸出等功能，及其引腳圖功能表。

2.電路調試

（1）電源調試

檢查電路有沒有焊接錯誤。

（2）功能調試

①靜態調試

首先對照電路圖檢查有沒有焊錯以及焊接的器件有沒有脫落以及是否有虛焊，然后接上+5v的直流電源，觀察電路有沒有異樣，如芯片有沒有冒煙以及發燙等。如果出現異常斷開電源，尋找錯誤，排查故障后在接通電源。

②動態調試步驟

先觀察自己有沒有什么地方漏焊，焊錯，或者虛焊。
在確認無誤的情況下，將DC的USB線與DC連接再連接充電寶。
觀察電路板有無異常，如芯片是否發熱，電路板是否有異味，若有異常及時拔電，尋找原因。
接入+5v直流電壓，觀察當食指觸及“觸摸電極”時，蜂鳴器是否立即響，LED燈亮，且數碼管上的數字快速轉換，食指離開“觸摸電極”后，蜂鳴器停響，約3秒后LED燈熄滅，數碼轉換即停并穩定地顯示在最后一個數字上，這個數字就是本次搖出的獎品。

六、性能測試與分析

1.直流電源測試與分析

（1）測試步驟

將5v直流電源的正負極分別接萬用表的紅黑表筆，觀察并記錄萬用表所顯示的數據。

（2）測試數據

電壓

（3）數據處理

理論值	5.00V
測量值	5.01V

（4）誤差計算

(5.01-5.0)/5.0*100%=0.002%

（5）結論分析（包含誤差分析）

結論分析：該5v電源有些許誤差，但還在誤差允許范圍內，符合要求。
誤差分析：

所用元器件并非是理想的，參數與理論值有一點偏差；

元器件參數容易受溫度影響，測量時間過長，導致元件溫度升高，產生了一定誤差使得測量結果與理論值有點偏差；

測量數據時人為的偶然誤差；

焊接電路時焊點處有電阻產生誤差；

穩壓塊不是理想的集成塊，導致產生誤差；

測量儀器不是理想的儀器導致出現了誤差。

2.功能電路測試與分析

（1）測試步驟

確認電路無誤后，接入+5v直流電壓，當食指觸及“觸摸電極”時，蜂鳴器立即響，LED燈亮，且數碼管上的數字快速轉換，食指離開“觸摸電極”后，蜂鳴器停響，約4秒后LED燈熄滅，數碼轉換即停并穩定地顯示在最后一個數字上，這個數字就是本次搖出的獎品。

（2）測試數據

延時時間Tw≈3.5s

振蕩周期為T≈0.06s

（3）數據處理

延時時間理論值	3.3s
延時時間測量值	3.5s

振蕩周期理論值	0.062s
振蕩周期測量值	0.065s

（4）誤差計算

①555單穩態觸發器構成的延時電路

（3.5-3.3）/3.3*100%=0.06%

②555定時器構成的多諧振蕩器

(0.065-0.062)/0.062=0.05%

（5）結論分析（包含誤差分析）

結論分析：當食指觸及“觸摸電極”時即相當于接地，使整個電路正常工作，食指離開觸摸電極后，由于延時電路的延時功能，LED燈和數碼管將繼續工作一會兒，當延時停止完成后，LED燈熄滅，數碼轉換即停并穩定地顯示在最后一個數字上，這個數字就是本次搖出的獎品。該電路基本上實現了搖獎機的功能，但由于理論與實際總會存在一些誤差，使脈沖的周期及延時電路的延時時間與理論數據有些許偏差。
誤差分析：

測量數據時人為的偶然誤差；

焊接電路時焊點處有電阻產生誤差；

芯片并不是理想的芯片，導致產生誤差；

焊接電路所用的元器件，如電容和電阻等，實際值與所標值有所不同，造成實驗誤差；

測量時間過長，導致元件溫度升高，產生了一定誤差；

實驗使用的測量儀器不是理想的儀器，如萬用表的精度不高，導致測試結果產生一定的誤差。

七、結論

電路組成：該電路由555定時器構成的單穩態電路構成的延時電路，由555定時器構成的多諧振蕩器，單穩態觸發電路用于脈沖延時，多諧振蕩器用于產生脈沖，最后由CD40110芯片計數器計數，再由數碼管顯示。

實現的功能：當食指觸及“觸摸電極”時，蜂鳴器立即響，LED燈亮，且數碼管上的數字快速轉換，食指離開“觸摸電極”后，蜂鳴器停響，數秒后LED燈熄滅，數碼轉換即停并穩定地顯示在最后一個數字上，這個數字就是本次搖出的獎，即實現了搖獎功能。

電路的優點及不足：該電路設計得比較簡單，電路性能指標、器件的性價比都比方案一高，但是焊接不是特別好，導致有時功能的實現不是特別穩定。

出現的問題：出現漏焊，以及焊點不牢等現象。

總結：本次設計，需要對所用芯片有所了解，且熟悉每一個模塊的作用。通過本次設計，加強了我對數字邏輯電路與系統設計的理解，對其應用有了一定的認識，提高了我們綜合運用知識的能以及分析問題、解決問題的能力。首先是先理解要求，通過和同學討論，查閱書籍等，作為參考，確定方案并設計出了電路圖，在焊接電路板時，要注意不要虛焊，漏焊等，這是很重要的一步，因為接下來的實驗是否成功，焊接的電路板起著很大的作用。在調試的時候，并沒有達到預期的效果，沒有出現理論的結果，這個時候要細心的檢查故障，弄清楚到底是哪里的問題，而不是著急和煩躁，越是那樣越不容易檢查出錯誤在哪里。在實驗的過程中，存在很多誤差，理論和實踐有著很大的區別。遇到問題要多思考，結合課本和所學的知識來進行更改調試，通過自己動手調試，加深了印象，使我對課本上的理論知識有了更深一步的理解，也讓我知道自己在實踐方面有很多的不足，不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多課本上學不到的知識，讓我懂得了理論與實際相結合時很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的知識與實踐結合起來，才能真正的提高自己的實際動手能力和獨立思考能力。當然設計的順利完成要感謝老師的耐心解答以及同學的無私幫助。設計和制作的時候，正是在考驗著一個人的耐心和細心，認真遵循注意事項，必要時充分利用網絡資源，虛心詢問老師和同學。在今后的學習中為了幫助我們理解知識，學會應用，我們應當多做設計，以此增強我們獨立思考，自主學習的能力。

九、作品圖片