電子LED幸運大轉盤

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

關鍵詞：幸運大轉盤， NE555 ，CD4017 ，集成芯片， 循環點亮

根據電子幸運轉盤的功能要求，將電路劃分為四個單元功能模塊，即時鐘信號發生模塊、譯碼驅動LED 顯示模塊、十進制計數模塊和開關等邏輯控制。若當按下開關1秒以上，發光二極管高速循環點亮，幾秒鐘后旋轉速度越來越慢并最終停于某顆燈上。重復試驗，停留的位置隨機。則設計成功，否則，設計失敗。脈沖產生器由NE555及外圍元件構成多諧振蕩器，當按下按鍵S1時Q1導通，NE555的3腳輸出脈沖，則CD4017的10個輸出端輪流輸出高電平驅動10只LE D輪流發光。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C1放電結束后。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字功能相結合的中規模集成器件。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，就可以實現多諧振蕩器、單穩態觸發器及施密特觸發器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。

它內部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯電阻，一個 RS 觸發器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓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 觸發器和放電管的狀態。在電源與地之間加上電壓，當 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 觸發器置 0，使輸出為 0 電平。

單穩態觸發器只有一個穩態狀態。在未加觸發信號之前，觸發器處于穩定狀態，經觸發后，觸發器由穩定狀態翻轉為暫穩狀態，暫穩狀態保持一段時間后，又會自動翻轉回原來的穩定狀態。單穩態觸發器一般用于延時和脈沖整形電路。接通電源后，未加負脈沖 ，而C充電，UC 上升，此時，電路 輸出為低電平，放電管T導通，C快速放電.這樣，在加負脈沖前， 為低電平，這是電路的穩態。在t = t0時刻 負跳變，TH端電平小于 2/3UDD所以輸出 翻為高電平，T截止，C充電。 按指數規律上升。t = t1時， 負脈沖消失。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態。t > t2，T導通，C快速放電，電路又恢復到穩態。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，計數器在時鐘上升沿計數；反之，計數功能無效。CR 為高電平時，計數器清零。Johnson 計數器，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，保證了正確的計數順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對應時鐘周期內保持高電平。在每10 個時鐘輸入周期CO 信號完成一次進位，并用作多級計數鏈的下級脈動時鐘。十進制計數/分頻器CD4017，其內部由計數器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是O0、O1、O2、…、O9依次出現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個進位輸出端～O5-9。每輸入10個計數脈沖，～O5-9就可得到1個進位正脈沖，該進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，則信號由CP0端輸入；若要用下降沿來計數，則信號由～CPI端輸入。設置2個時鐘輸入端，級聯時比較方便，可驅動更多二極管發光。由此可見，當CD4017有連續脈沖輸入時，其對應的輸出端依次變為高電平狀態，故可直接用作順序脈沖發生器。

CD4017與NE555在電路中的作用：在4017的14端接上一脈沖產生器便可成為電子幸運轉盤。脈沖產生器是一個用計時器集成電路555設計而成的無穩態多諧波振蕩器，產生高低變化不停得方形脈沖波。當按一下按鈕式開關（PB SW）時，C1會及時充電至電源電壓9V，此電壓經晶體管（TR）緩沖放大器后施加在IC2 555無穩態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。當按鈕式開關放開后，C1會經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。而我們所設計的幸運大轉盤所采用的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的轉換為5V的電源裝置，此裝置包括變壓器、整流電路、穩幅。其中整流電路是單相橋式整流電路，穩幅電路是一個三端集成穩壓管。若實現穩壓電源，首先就要就電路進行穩壓。在穩壓方面可選用變壓器來完成。由輸入交流電壓變為直流則須對電路進行整流。本次設計選用全波橋式整流電路進行整流，然后要對輸入的電壓進行調節，在調節方面可選用可調節三端正電壓穩壓器進行調節（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行濾波。如此下去，便得到全波整流電壓。但是考慮到本設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，雖然電壓不能達到5V，但是三節干電池的串聯使其電壓達到4.5V，能夠滿足需要。

參考文獻

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