电子LED幸运大转盘

摘要：电子LED幸运大转盘电路555组成的多谐振荡器和CD4017十进制计算器/脉冲分配组成。10颗发光二极管模拟幸运物，当按下启动键一秒以上，发光二极管高速循环点亮几秒钟后旋转速度越来越慢并最终随机停止于某颗灯上。可以将每颗灯旁边标上幸运物品作为摇奖器。电解电容C1的数值决定延迟时间，电解电容C2数值决定循环速度。电源供电电压为直流5V，也可以采用三节1.5V电池供电。

关键词：幸运大转盘， NE555 ，CD4017 ，集成芯片， 循环点亮

根据电子幸运转盘的功能要求，将电路划分为四个单元功能模块，即时钟信号发生模块、译码驱动LED 显示模块、十进制计数模块和开关等逻辑控制。若当按下开关1秒以上，发光二极管高速循环点亮，几秒钟后旋转速度越来越慢并最终停于某颗灯上。重复试验，停留的位置随机。则设计成功，否则，设计失败。脉冲产生器由NE555及外围元件构成多谐振荡器，当按下按键S1时Q1导通，NE555的3脚输出脉冲，则CD4017的10个输出端轮流输出高电平驱动10只LE D轮流发光。松开按键后，由于有电容C1的存在，Q1不会立即截止，随着C1两端电压的下降，Q1的导通程序逐渐减弱，3脚输出脉冲的频率变慢，LED移动频率也随之变慢。最后当C1放电结束后。Q1截止，NE555的3脚不再输出脉冲，LED停止移动。一次“开奖”过程就这样完成了。R2决定LED移动速度，C1决定等待“开奖”的时间。

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极型（TTL）工艺制作的称为 555，用 互补金属氧化物（CMOS ）工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V～16V 工作，7555 可在 3～18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。

单稳态触发器只有一个稳态状态。在未加触发信号之前，触发器处于稳定状态，经触发后，触发器由稳定状态翻转为暂稳状态，暂稳状态保持一段时间后，又会自动翻转回原来的稳定状态。单稳态触发器一般用于延时和脉冲整形电路。接通电源后，未加负脉冲 ，而C充电，UC 上升，此时，电路 输出为低电平，放电管T导通，C快速放电.这样，在加负脉冲前， 为低电平，这是电路的稳态。在t = t0时刻 负跳变，TH端电平小于 2/3UDD所以输出 翻为高电平，T截止，C充电。 按指数规律上升。t = t1时， 负脉冲消失。t = t2时 上升到 （此时TH端电平大于TR 端电平大于，又自动翻为低电平。在 这段时间电路处于暂稳态。t > t2，T导通，C快速放电，电路又恢复到稳态。由分析可得：输出正脉冲宽度 tW = 1.1RC。

CD4017的工作原理：CD4017 是5 位Johnson 计数器，具有10 个译码输出端，CP、CR、INH 输入端。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH 为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。CR 为高电平时，计数器清零。Johnson 计数器，提供了快速操作、2 输入译码选通和无毛刺译码输出。防锁选通，保证了正确的计数顺序。译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。在每10 个时钟输入周期CO 信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。十进制计数/分频器CD4017，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2、…、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。CD4017有10个输出端（O0～O9）和1个进位输出端～O5-9。每输入10个计数脉冲，～O5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。CD4017有3個输（MR、CP0和～CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1～O9）均为低电平。CP0和～CPI是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由～CPI端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。

CD4017与NE555在电路中的作用：在4017的14端接上一脉冲产生器便可成为电子幸运转盘。脉冲产生器是一个用计时器集成电路555设计而成的无稳态多谐波振荡器，产生高低变化不停得方形脉冲波。当按一下按钮式开关（PB SW）时，C1会及时充电至电源电压9V，此电压经晶体管（TR）缓冲放大器后施加在IC2 555无稳态多谐波振荡器的重置端上，令其开始震荡，在第三端输出方波脉冲。当按钮式开关放开后，C1会经R1放电，其电压徐徐下降，IC3第4端的电压变得很低，令震荡停止，第三端停止输出方波脉冲。

电源装置：一般情况下，我们使用的电源信号都是交流电源即220V，50HZ。而我们所设计的幸运大转盘所采用的5V直流电源信号，由于这种信号不是很常见，而在实验室中备有220V的转换为5V的电源装置，此装置包括变压器、整流电路、稳幅。其中整流电路是单相桥式整流电路，稳幅电路是一个三端集成稳压管。若实现稳压电源，首先就要就电路进行稳压。在稳压方面可选用变压器来完成。由输入交流电压变为直流则须对电路进行整流。本次设计选用全波桥式整流电路进行整流，然后要对输入的电压进行调节，在调节方面可选用可调节三端正电压稳压器进行调节（LM317）。通过整流后得电流幅值变化很大，所以需要用电容对电流进行滤波。如此下去，便得到全波整流电压。但是考虑到本设计的目的是作为课题，所以决定不采用实验室的电源装置，而是选择使用干电池供电，虽然电压不能达到5V，但是三节干电池的串联使其电压达到4.5V，能够满足需要。

参考文献

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1作者介绍：李新雪（1973-），女，河南科技学院高职学院电子系，讲师，研究方向：应用电子技术；endprint