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通過分析，結(jié)合設(shè)計(jì)電路性能指標(biāo)、器件的性價(jià)比，本設(shè)計(jì)電路選擇方案二。

三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算（功能部分電路）

1、555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路實(shí)現(xiàn)脈沖延時(shí)

輸出脈沖的寬度Tw等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間，而暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)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(shí)時(shí)間為3.3s。

2、555定時(shí)器構(gòu)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(dāng)R2>>R1時(shí)，q=T1/T≈1/2時(shí)，輸出為方波。

又因?yàn)閒=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(shí)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(shù)顯搖獎(jiǎng)（號）機(jī)電路

2．元件清單

表1  元件清單

五、安裝與調(diào)試

1.電路安裝

按照仿真設(shè)計(jì)好的原理圖買好所需器件，合理布局，確認(rèn)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(cuò)，即使電路出了問題更容易找出哪部分電路錯(cuò)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(cuò)，注意555定時(shí)器的1端接地，8端接電源，3是輸出端。需熟悉CD40110為十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器/鎖存器/譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，具有加減計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器狀態(tài)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(diào)試

（1）電源調(diào)試

檢查電路有沒有焊接錯(cuò)誤。

（2）功能調(diào)試

①靜態(tài)調(diào)試

首先對照電路圖檢查有沒有焊錯(cuò)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(fā)燙等。如果出現(xiàn)異常斷開電源，尋找錯(cuò)誤，排查故障后在接通電源。

②動(dòng)態(tài)調(diào)試步驟

• 先觀察自己有沒有什么地方漏焊，焊錯(cuò)，或者虛焊。
• 在確認(rèn)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(fā)熱，電路板是否有異味，若有異常及時(shí)拔電，尋找原因。
• 接入+5v直流電壓，觀察當(dāng)食指觸及“觸摸電極”時(shí)，蜂鳴器是否立即響，LED燈亮，且數(shù)碼管上的數(shù)字快速轉(zhuǎn)換，食指離開“觸摸電極”后，蜂鳴器停響，約3秒后LED燈熄滅，數(shù)碼轉(zhuǎn)換即停并穩(wěn)定地顯示在最后一個(gè)數(shù)字上，這個(gè)數(shù)字就是本次搖出的獎(jiǎng)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(fù)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(shù)據(jù)。

（2）測試數(shù)據(jù)

電壓

（3）數(shù)據(jù)處理

（4）誤差計(jì)算

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

（5）結(jié)論分析（包含誤差分析）

• 結(jié)論分析：該5v電源有些許誤差，但還在誤差允許范圍內(nèi)，符合要求。
• 誤差分析：
  

所用元器件并非是理想的，參數(shù)與理論值有一點(diǎn)偏差；

元器件參數(shù)容易受溫度影響，測量時(shí)間過長，導(dǎo)致元件溫度升高，產(chǎn)生了一定誤差使得測量結(jié)果與理論值有點(diǎn)偏差；

測量數(shù)據(jù)時(shí)人為的偶然誤差；

焊接電路時(shí)焊點(diǎn)處有電阻產(chǎn)生誤差；

穩(wěn)壓塊不是理想的集成塊，導(dǎo)致產(chǎn)生誤差；

測量儀器不是理想的儀器導(dǎo)致出現(xiàn)了誤差。

2.功能電路測試與分析

（1）測試步驟

確認(rèn)電路無誤后，接入+5v直流電壓，當(dāng)食指觸及“觸摸電極”時(shí)，蜂鳴器立即響，LED燈亮，且數(shù)碼管上的數(shù)字快速轉(zhuǎn)換，食指離開“觸摸電極”后，蜂鳴器停響，約4秒后LED燈熄滅，數(shù)碼轉(zhuǎn)換即停并穩(wěn)定地顯示在最后一個(gè)數(shù)字上，這個(gè)數(shù)字就是本次搖出的獎(jiǎng)品。

（2）測試數(shù)據(jù)

延時(shí)時(shí)間Tw≈3.5s

振蕩周期為T≈0.06s

（3）數(shù)據(jù)處理

（4）誤差計(jì)算

①555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成的延時(shí)電路

（3.5-3.3）/3.3*100%=0.06%

②555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器

(0.065-0.062)/0.062=0.05%

（5）結(jié)論分析（包含誤差分析）

• 結(jié)論分析：當(dāng)食指觸及“觸摸電極”時(shí)即相當(dāng)于接地，使整個(gè)電路正常工作，食指離開觸摸電極后，由于延時(shí)電路的延時(shí)功能，LED燈和數(shù)碼管將繼續(xù)工作一會(huì)兒，當(dāng)延時(shí)停止完成后，LED燈熄滅，數(shù)碼轉(zhuǎn)換即停并穩(wěn)定地顯示在最后一個(gè)數(shù)字上，這個(gè)數(shù)字就是本次搖出的獎(jiǎng)品。該電路基本上實(shí)現(xiàn)了搖獎(jiǎng)機(jī)的功能，但由于理論與實(shí)際總會(huì)存在一些誤差，使脈沖的周期及延時(shí)電路的延時(shí)時(shí)間與理論數(shù)據(jù)有些許偏差。
• 誤差分析：
  

測量數(shù)據(jù)時(shí)人為的偶然誤差；

焊接電路時(shí)焊點(diǎn)處有電阻產(chǎn)生誤差；

芯片并不是理想的芯片，導(dǎo)致產(chǎn)生誤差；

焊接電路所用的元器件，如電容和電阻等，實(shí)際值與所標(biāo)值有所不同，造成實(shí)驗(yàn)誤差；

測量時(shí)間過長，導(dǎo)致元件溫度升高，產(chǎn)生了一定誤差；

實(shí)驗(yàn)使用的測量儀器不是理想的儀器，如萬用表的精度不高，導(dǎo)致測試結(jié)果產(chǎn)生一定的誤差。

七、結(jié)論

電路組成：該電路由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成的延時(shí)電路，由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路用于脈沖延時(shí)，多諧振蕩器用于產(chǎn)生脈沖，最后由CD40110芯片計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，再由數(shù)碼管顯示。

實(shí)現(xiàn)的功能：當(dāng)食指觸及“觸摸電極”時(shí)，蜂鳴器立即響，LED燈亮，且數(shù)碼管上的數(shù)字快速轉(zhuǎn)換，食指離開“觸摸電極”后，蜂鳴器停響，數(shù)秒后LED燈熄滅，數(shù)碼轉(zhuǎn)換即停并穩(wěn)定地顯示在最后一個(gè)數(shù)字上，這個(gè)數(shù)字就是本次搖出的獎(jiǎng)，即實(shí)現(xiàn)了搖獎(jiǎng)功能。

電路的優(yōu)點(diǎn)及不足：該電路設(shè)計(jì)得比較簡單，電路性能指標(biāo)、器件的性價(jià)比都比方案一高，但是焊接不是特別好，導(dǎo)致有時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)不是特別穩(wěn)定。

出現(xiàn)的問題：出現(xiàn)漏焊，以及焊點(diǎn)不牢等現(xiàn)象。

總結(jié)：本次設(shè)計(jì)，需要對所用芯片有所了解，且熟悉每一個(gè)模塊的作用。通過本次設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我對數(shù)字邏輯電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理解，對其應(yīng)用有了一定的認(rèn)識，提高了我們綜合運(yùn)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(xué)討論，查閱書籍等，作為參考，確定方案并設(shè)計(jì)出了電路圖，在焊接電路板時(shí)，要注意不要虛焊，漏焊等，這是很重要的一步，因?yàn)榻酉聛淼膶?shí)驗(yàn)是否成功，焊接的電路板起著很大的作用。在調(diào)試的時(shí)候，并沒有達(dá)到預(yù)期的效果，沒有出現(xiàn)理論的結(jié)果，這個(gè)時(shí)候要細(xì)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(cuò)誤在哪里。在實(shí)驗(yàn)的過程中，存在很多誤差，理論和實(shí)踐有著很大的區(qū)別。遇到問題要多思考，結(jié)合課本和所學(xué)的知識來進(jìn)行更改調(diào)試，通過自己動(dòng)手調(diào)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(shí)踐方面有很多的不足，不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多課本上學(xué)不到的知識，讓我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合時(shí)很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的知識與實(shí)踐結(jié)合起來，才能真正的提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力。當(dāng)然設(shè)計(jì)的順利完成要感謝老師的耐心解答以及同學(xué)的無私幫助。設(shè)計(jì)和制作的時(shí)候，正是在考驗(yàn)著一個(gè)人的耐心和細(xì)心，認(rèn)真遵循注意事項(xiàng)，必要時(shí)充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，虛心詢問老師和同學(xué)。在今后的學(xué)習(xí)中為了幫助我們理解知識，學(xué)會(huì)應(yīng)用，我們應(yīng)當(dāng)多做設(shè)計(jì)，以此增強(qiáng)我們獨(dú)立思考，自主學(xué)習(xí)的能力。

九、作品圖片

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