電子LED幸運大轉(zhuǎn)盤

摘要：電子LED幸運大轉(zhuǎn)盤電路555組成的多諧振蕩器和CD4017十進(jìn)制計算器/脈沖分配組成。10顆發(fā)光二極管模擬幸運物，當(dāng)按下啟動鍵一秒以上，發(fā)光二極管高速循環(huán)點亮幾秒鐘后旋轉(zhuǎn)速度越來越慢并最終隨機停止于某顆燈上?？梢詫⒚款w燈旁邊標(biāo)上幸運物品作為搖獎器。電解電容C1的數(shù)值決定延遲時間，電解電容C2數(shù)值決定循環(huán)速度。電源供電電壓為直流5V，也可以采用三節(jié)1.5V電池供電。

關(guān)鍵詞：幸運大轉(zhuǎn)盤， NE555 ，CD4017 ，集成芯片， 循環(huán)點亮

根據(jù)電子幸運轉(zhuǎn)盤的功能要求，將電路劃分為四個單元功能模塊，即時鐘信號發(fā)生模塊、譯碼驅(qū)動LED 顯示模塊、十進(jìn)制計數(shù)模塊和開關(guān)等邏輯控制。若當(dāng)按下開關(guān)1秒以上，發(fā)光二極管高速循環(huán)點亮，幾秒鐘后旋轉(zhuǎn)速度越來越慢并最終停于某顆燈上。重復(fù)試驗，停留的位置隨機。則設(shè)計成功，否則，設(shè)計失敗。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Q1導(dǎo)通，NE555的3腳輸出脈沖，則CD4017的10個輸出端輪流輸出高電平驅(qū)動10只LE D輪流發(fā)光。松開按鍵后，由于有電容C1的存在，Q1不會立即截止，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。一次“開獎”過程就這樣完成了。R2決定LED移動速度，C1決定等待“開獎”的時間。

555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極型（TTL）工藝制作的稱為 555，用 互補金屬氧化物（CMOS ）工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。555 定時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定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(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。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。

它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個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，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 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。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。在未加觸發(fā)信號之前，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)觸發(fā)后，觸發(fā)器由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)狀態(tài)，暫穩(wěn)狀態(tài)保持一段時間后，又會自動翻轉(zhuǎn)回原來的穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一般用于延時和脈沖整形電路。接通電源后，未加負(fù)脈沖 ，而C充電，UC 上升，此時，電路 輸出為低電平，放電管T導(dǎo)通，C快速放電.這樣，在加負(fù)脈沖前， 為低電平，這是電路的穩(wěn)態(tài)。在t = t0時刻 負(fù)跳變，TH端電平小于 2/3UDD所以輸出 翻為高電平，T截止，C充電。 按指數(shù)規(guī)律上升。t = t1時， 負(fù)脈沖消失。t = t2時 上升到 （此時TH端電平大于TR 端電平大于，又自動翻為低電平。在 這段時間電路處于暫穩(wěn)態(tài)。t > t2，T導(dǎo)通，C快速放電，電路又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。由分析可得：輸出正脈沖寬度 tW = 1.1RC。

CD4017的工作原理：CD4017 是5 位Johnson 計數(shù)器，具有10 個譯碼輸出端，CP、CR、INH 輸入端。時鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對輸入時鐘脈沖上升和下降時間無限制。INH 為低電平時，計數(shù)器在時鐘上升沿計數(shù)；反之，計數(shù)功能無效。CR 為高電平時，計數(shù)器清零。Johnson 計數(shù)器，提供了快速操作、2 輸入譯碼選通和無毛刺譯碼輸出。防鎖選通，保證了正確的計數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對應(yīng)時鐘周期內(nèi)保持高電平。在每10 個時鐘輸入周期CO 信號完成一次進(jìn)位，并用作多級計數(shù)鏈的下級脈動時鐘。十進(jìn)制計數(shù)/分頻器CD4017，其內(nèi)部由計數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是O0、O1、O2、…、O9依次出現(xiàn)與時鐘同步的高電平，寬度等于時鐘周期。CD4017有10個輸出端（O0～O9）和1個進(jìn)位輸出端～O5-9。每輸入10個計數(shù)脈沖，～O5-9就可得到1個進(jìn)位正脈沖，該進(jìn)位輸出信號可作為下一級的時鐘信號。CD4017有3個輸（MR、CP0和～CP1），MR為清零端，當(dāng)在MR端上加高電平或正脈沖時其輸出O0為高電平，其余輸出端（O1～O9）均為低電平。CP0和～CPI是2個時鐘輸入端，若要用上升沿來計數(shù)，則信號由CP0端輸入；若要用下降沿來計數(shù)，則信號由～CPI端輸入。設(shè)置2個時鐘輸入端，級聯(lián)時比較方便，可驅(qū)動更多二極管發(fā)光。由此可見，當(dāng)CD4017有連續(xù)脈沖輸入時，其對應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。

CD4017與NE555在電路中的作用：在4017的14端接上一脈沖產(chǎn)生器便可成為電子幸運轉(zhuǎn)盤。脈沖產(chǎn)生器是一個用計時器集成電路555設(shè)計而成的無穩(wěn)態(tài)多諧波振蕩器，產(chǎn)生高低變化不停得方形脈沖波。當(dāng)按一下按鈕式開關(guān)（PB SW）時，C1會及時充電至電源電壓9V，此電壓經(jīng)晶體管（TR）緩沖放大器后施加在IC2 555無穩(wěn)態(tài)多諧波振蕩器的重置端上，令其開始震蕩，在第三端輸出方波脈沖。當(dāng)按鈕式開關(guān)放開后，C1會經(jīng)R1放電，其電壓徐徐下降，IC3第4端的電壓變得很低，令震蕩停止，第三端停止輸出方波脈沖。

電源裝置：一般情況下，我們使用的電源信號都是交流電源即220V，50HZ。而我們所設(shè)計的幸運大轉(zhuǎn)盤所采用的5V直流電源信號，由于這種信號不是很常見，而在實驗室中備有220V的轉(zhuǎn)換為5V的電源裝置，此裝置包括變壓器、整流電路、穩(wěn)幅。其中整流電路是單相橋式整流電路，穩(wěn)幅電路是一個三端集成穩(wěn)壓管。若實現(xiàn)穩(wěn)壓電源，首先就要就電路進(jìn)行穩(wěn)壓。在穩(wěn)壓方面可選用變壓器來完成。由輸入交流電壓變?yōu)橹绷鲃t須對電路進(jìn)行整流。本次設(shè)計選用全波橋式整流電路進(jìn)行整流，然后要對輸入的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)方面可選用可調(diào)節(jié)三端正電壓穩(wěn)壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)（LM317）。通過整流后得電流幅值變化很大，所以需要用電容對電流進(jìn)行濾波。如此下去，便得到全波整流電壓。但是考慮到本設(shè)計的目的是作為課題，所以決定不采用實驗室的電源裝置，而是選擇使用干電池供電，雖然電壓不能達(dá)到5V，但是三節(jié)干電池的串聯(lián)使其電壓達(dá)到4.5V，能夠滿足需要。

參考文獻(xiàn)

[1] 李學(xué)龍. 使用單片機控制的智能遙控電風(fēng)扇控制器[J]. 電子電路制作， 2003，9：13～15.

[2] 藍(lán)厚榮. 單片機的PWM控制技術(shù)[J]. 工業(yè)控制計算機， 2010，23（3）：97～98

[3] 郭天祥. 新概念51單片機C語言教程[M]. 北京：電子工業(yè)出版社.2009.342～344

[4] 胡漢才. 單片機原理及其接口技術(shù)（第2版）[M]. 北京：清華大學(xué)出版社.2004.49～77.

1作者介紹：李新雪（1973-），女，河南科技學(xué)院高職學(xué)院電子系，講師，研究方向：應(yīng)用電子技術(shù)；endprint