電骰子的設(shè)計(jì)與制作課程設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、武漢理工大學(xué)電工電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書目錄摘要1電骰子的設(shè)計(jì)與制作21 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與方案選擇21.1 電骰子的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)21.2 方案選擇31.2.1 電骰子方案一31.2.2 電骰子方案二41.3 兩個(gè)電骰子方案的比較52 硬件設(shè)計(jì)52.1可重復(fù)觸發(fā)的555單穩(wěn)態(tài)電路部分52.2 555多諧振蕩電路部分62.3 六進(jìn)制計(jì)數(shù)部分82.4譯碼器電路部分以及l(fā)ed顯示電路部分93 調(diào)試記錄與結(jié)果分析103.1 555多諧振蕩電路部分113.2 六進(jìn)制計(jì)數(shù)部分113.3數(shù)碼管編碼顯示部分114改進(jìn)想法12結(jié)束語(yǔ)13參考文獻(xiàn)14附錄15摘要骰子是各類娛樂活動(dòng)的一種常用道具，用途是隨機(jī)產(chǎn)生1-6中的數(shù)。此項(xiàng)

2、課程設(shè)計(jì)便是在電路中模擬這一功能。本次設(shè)計(jì)主要利用了數(shù)字電子 技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，電路由可重復(fù)觸發(fā)的555單穩(wěn)態(tài)電路，555多諧振蕩電路，計(jì)數(shù)器電路，譯碼器電路，led顯示電路5部分組成。本文詳細(xì)介紹了上述5個(gè)部分的原理和功能，并用proteus進(jìn)行電路仿真調(diào)試，而后在面包板上進(jìn)行了實(shí)物的連線組裝，測(cè)試功能。最后，本文總結(jié)了整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程中的體會(huì)，為今后的電路設(shè)計(jì)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：電骰子 數(shù)字電子技術(shù) proteus仿真電骰子的設(shè)計(jì)與制作1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與方案選擇1.1 電骰子的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電骰子系統(tǒng)包含可重復(fù)觸發(fā)的555單穩(wěn)態(tài)電路部分、555多諧振蕩電路部分、六進(jìn)制計(jì)數(shù)部分、譯碼器電路部分以及

3、led顯示電路部分5個(gè)部分構(gòu)成。各部分的大致功能如下：可重復(fù)觸發(fā)的555單穩(wěn)態(tài)電路部分：用于控制電骰子的開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)555單穩(wěn)態(tài)電路觸發(fā)時(shí)，電路開始工作，電骰子進(jìn)行“轉(zhuǎn)動(dòng)”，過一段預(yù)定時(shí)間之后自動(dòng)停止在任意一個(gè)數(shù)字上。此外可重復(fù)觸發(fā)的設(shè)計(jì)使得當(dāng)按下開關(guān)而不松開時(shí)，骰子將一直處于快速跳動(dòng)狀態(tài)，這樣真實(shí)地模擬了現(xiàn)實(shí)中將骰子放于手中搖動(dòng)而不扔下的情形；555多諧振蕩電路部分：用于產(chǎn)生連續(xù)快速的脈沖，將脈沖送入下一個(gè)計(jì)數(shù)部分。快速的脈沖將使得led上顯示的數(shù)字快速的變化，這樣極大程度的保證了骰子點(diǎn)數(shù)的隨機(jī)性；六進(jìn)制計(jì)數(shù)部分：將上一單元送來(lái)的脈沖進(jìn)行從0到5的六進(jìn)制循環(huán)計(jì)數(shù)并將計(jì)數(shù)結(jié)果輸出到下一單元。譯

4、碼器電路部分： 將計(jì)數(shù)器的輸出結(jié)果通過譯碼器和門電路反映到對(duì)應(yīng)的骰子的數(shù)字顯示上。led顯示部分：顯示搖出電骰子的點(diǎn)數(shù)。電骰子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1所示?？芍貜?fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路部分多諧振蕩電路部分六進(jìn)制計(jì)數(shù)部分譯碼器電路部分led顯示部分圖1-1 電骰子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖1.2 方案選擇1.2.1 電骰子方案一電骰子方案一大體思路是：可重復(fù)觸發(fā)的555單穩(wěn)態(tài)電路部分：產(chǎn)生一個(gè)由常開式按鍵觸發(fā)的延遲時(shí)間大約為1秒的單穩(wěn)電路，輸出接到下一單元555的使能端；555多諧振蕩電路部分：利用ne555芯片產(chǎn)生一個(gè)頻率約為10hz的方波；六進(jìn)制計(jì)數(shù)部分：選用4位2進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls161，將其連成六進(jìn)制；譯碼

5、器電路部分與led顯示部分：用38線譯碼器74ls138和門電路對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行處理，使led顯示相應(yīng)的骰子數(shù)字?？傮w電路原理圖如圖 1-2所示。圖 1-2 電骰子方案一電路原理仿真圖（編碼器和led顯示部分用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)連接）1.2.2 電骰子方案二電骰子方案二大體思路與方案一相同，但是缺少單穩(wěn)態(tài)電路，將開關(guān)放在了方波發(fā)生器的輸出上?？傮w電路原理圖如圖 1-3所示。圖 1-3 電骰子方案二電路原理仿真圖1.3 兩個(gè)電骰子方案的比較兩個(gè)電骰子方案的區(qū)別僅在第一部分，方案一比方案二多出一片555，芯片的數(shù)量多一些，連線復(fù)雜一下，成本上稍貴，因?yàn)榉桨付拈_關(guān)放在方波發(fā)生器的輸出端，也可以實(shí)現(xiàn)不松手，點(diǎn)

6、數(shù)就一直變化的功能，但是方案一可以實(shí)現(xiàn)觸發(fā)一段時(shí)間后自動(dòng)停止的功能，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，有時(shí)我們不能完全追求成本，還應(yīng)該注重產(chǎn)品的功能以及它所帶來(lái)的用戶體驗(yàn)。所以綜合各方面的因素，我們選擇方案一來(lái)連接實(shí)物圖。2 硬件設(shè)計(jì)所選電骰子方案主要包含5個(gè)部分的硬件設(shè)計(jì)：可重復(fù)觸發(fā)的555單穩(wěn)態(tài)電路部分、555多諧振蕩電路部分、六進(jìn)制計(jì)數(shù)部分、譯碼器電路部分以及l(fā)ed顯示電路部分。2.1可重復(fù)觸發(fā)的555單穩(wěn)態(tài)電路部分 可重復(fù)觸發(fā)的555單穩(wěn)態(tài)電路部分采用ne555 芯片構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路使時(shí)間常數(shù)約為1秒。ne555芯片管腳圖及功能表見附錄1 根據(jù)參考資料，連出如下圖2-1所示的單穩(wěn)態(tài)電路：圖2-1 可重復(fù)觸

7、發(fā)的555單穩(wěn)態(tài)電路原理圖上圖中c2是為了穩(wěn)定5端基準(zhǔn)電壓，一般c2=0.01u，r4、c1為充電回路，選取r2=20（k），c1=10uf極性電解電容時(shí)，由公式:t=1.1*r4*c1可計(jì)算出時(shí)間常數(shù)t=1.034s。經(jīng)proteus仿真，按下并松開開關(guān)以后，經(jīng)過一段時(shí)間，3腳輸出由1變?yōu)?。仿真結(jié)果如圖2-2所示。圖2-2 可重復(fù)觸發(fā)的555單穩(wěn)態(tài)電路仿真圖2.2 555多諧振蕩電路部分555多諧振蕩電路部分采用555芯片構(gòu)成多諧振蕩電路使方波的頻率約為10秒。多諧振蕩電路的連線如圖2-3所示。圖2-3 555多諧振蕩電路原理圖選取r3=10k，r1=5k，c4=4.7u，多諧振蕩器產(chǎn)生方

8、波的頻率1/f=0.7*（r3+2r1）*c4可計(jì)算出頻率為15.2hz。經(jīng)proteus仿真結(jié)果如圖2-4所示圖2-4 555多諧振蕩電路仿真圖2.3 六進(jìn)制計(jì)數(shù)部分六進(jìn)制計(jì)數(shù)部分采用一片 74ls161 芯片，產(chǎn)生0-5的六進(jìn)制循環(huán)計(jì)數(shù)。74ls161功能表引腳圖見附錄2 根據(jù)資料連接出六進(jìn)制計(jì)數(shù)電路圖，如圖2-5所示。原理分析：enp,ent=1，芯片正常使能。load=1置數(shù)端d0,d1，d2，d3無(wú)效。當(dāng)up端的脈沖上升沿到來(lái)時(shí)，輸出端q0、q1、q2、q3加計(jì)數(shù)。當(dāng)q2和q1同時(shí)為1，即輸出為110時(shí)，通過與非門讓mr=0，輸出清零，實(shí)現(xiàn)000-101的循環(huán)計(jì)數(shù)。圖 2-5 六進(jìn)制

9、計(jì)數(shù)電路原理圖2.4譯碼器電路部分以及l(fā)ed顯示電路部分?jǐn)?shù)碼管顯示部分采用3-8線譯碼器74ls138，74ls1438芯片管腳圖和功能表見附錄3。根據(jù)資料連出譯碼器電路部分以及l(fā)ed顯示電路部分電路。如圖2-6所示圖 2-6 數(shù)碼管顯示部分原理說(shuō)明：當(dāng)從計(jì)數(shù)器送來(lái)的編碼為000時(shí)，應(yīng)該點(diǎn)亮位于中間的led。所有的led正極接vcc，負(fù)極接一個(gè)與門。當(dāng)編碼器地址輸入為000時(shí)，輸出y0=0，通過與門接位于中間的led，則可以實(shí)現(xiàn)功能。當(dāng)從計(jì)數(shù)器送來(lái)的編碼為001時(shí)，應(yīng)該點(diǎn)亮位于左上角和右下角的led，此時(shí)編碼器輸出y1=0，將y1分別送至左上和右下角led對(duì)應(yīng)的與門即可實(shí)現(xiàn)功能，其他類似。3

10、調(diào)試記錄與結(jié)果分析我們小組經(jīng)過綜合比較分析，在制作作品時(shí)，最終采用了便于連線，便于實(shí)現(xiàn)功能的電路方案。電路結(jié)構(gòu)由555多諧振蕩部分、六進(jìn)制計(jì)數(shù)部分、數(shù)碼管編碼顯示部分三個(gè)部分組成?？偟倪B接電路如圖3-1所示。圖 2-6 數(shù)碼管顯示部分調(diào)試按照完成一個(gè)模塊調(diào)試一個(gè)模塊的方法進(jìn)行，這樣可以保證每一部分連線都是正確的，避免總體電路調(diào)試時(shí)排除故障無(wú)從下手。與硬件設(shè)計(jì)部分相似，調(diào)試大致分為4步： 555多諧振蕩電路部分、六進(jìn)制計(jì)數(shù)部分、數(shù)碼管編碼顯示部分。3.1 555多諧振蕩電路部分調(diào)試步驟：1. 按圖在面包板上連好實(shí)物線路；2. 檢查線路無(wú)誤后，給電路接上5v直流電源；3. 然后在555的輸出引腳3

11、接一個(gè)led作為信號(hào)指示燈，觀察當(dāng)按下開關(guān)后，燈是否先亮，過一段時(shí)間后再滅。調(diào)試現(xiàn)象：led常亮，無(wú)閃爍。分析：可能是接線錯(cuò)誤，但仔細(xì)對(duì)照proteus仿真圖上的連線，可以肯定連線沒錯(cuò)，于是換高了電阻，使輸出頻率變低，觀察的led在閃爍，說(shuō)明連接電路正常，于是換回原來(lái)的低電阻，使輸出頻率維持在較高的水平。 3.2 六進(jìn)制計(jì)數(shù)部分調(diào)試步驟：1. 在面包板上連好實(shí)物圖，確保連線無(wú)誤后，給芯片上電源；2. 將555的外部電阻調(diào)高便觀察；3. 將74ls161的四位輸出接4個(gè)led，用于顯示輸出是否正常。調(diào)試現(xiàn)象：led輸出顯示正常；計(jì)數(shù)器電路正常工作。3.3數(shù)碼管編碼顯示部分調(diào)試步驟：1. 在面包板

12、上連好實(shí)物圖，確保連線無(wú)誤后，給芯片上電源。2.撥動(dòng)開關(guān)觀察數(shù)碼管是否快速搖動(dòng)。調(diào)試現(xiàn)象：數(shù)碼管顯示正常，當(dāng)開關(guān)撥動(dòng)后，數(shù)碼管快速搖動(dòng)；當(dāng)開關(guān)閉合后，數(shù)碼管停止，隨機(jī)顯示某個(gè)數(shù)。總體調(diào)試的結(jié)果完全滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求。實(shí)物圖如圖3-2所示圖3-2 電路連接實(shí)物圖4改進(jìn)想法目前我們課程設(shè)計(jì)的電骰子已經(jīng)可以滿足基本的功能需求，但是如果制作的電骰子能夠在數(shù)字停止下來(lái)前緩慢停止，就能更增加它的用戶體驗(yàn)，使得玩家在等待數(shù)字時(shí)更有趣味。為了實(shí)現(xiàn)這樣的功能，需要使方波輸出的頻率逐漸減低，一種方案是利用555構(gòu)成的壓控振蕩器，當(dāng)555的5腳的輸入電壓增大，輸出頻率會(huì)降低，當(dāng)輸入電壓大于一定值后，輸出頻率就變?yōu)榱?/p>

13、。在設(shè)計(jì)之初仿真的時(shí)候，這樣的想法并沒有得到證實(shí)，另外如果加上這個(gè)功能會(huì)使得制作成本增加，所以就放棄了這樣的想法，不過這個(gè)可以作為改進(jìn)的方案供以后制作。結(jié)束語(yǔ)通過此次課程設(shè)計(jì)，我更加扎實(shí)地掌握了有關(guān)數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)有關(guān)方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考和一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，順利地完成了我們的課題。課程設(shè)計(jì)誠(chéng)然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升，同時(shí)又是一門辯思課，教會(huì)了我很多道理，也給了我很大的空間去展示自己的能力。在這次課程設(shè)計(jì)中，我進(jìn)一步的鞏固了數(shù)字電子技術(shù)的相關(guān)知識(shí)；學(xué)習(xí)使用了proteus電子仿真軟件，還在面包板

14、上親手實(shí)踐了自己的設(shè)計(jì)，這些對(duì)于鍛煉我的實(shí)際動(dòng)手能力是有極大地幫助的。同時(shí)，在這次課程設(shè)計(jì)中，團(tuán)隊(duì)與合作的意義。小組成員幾個(gè)人在一起研究和思考，一起提出意見和方法，然后討論出最佳的方案去設(shè)計(jì)，這才是我們成功的關(guān)鍵所在。從本次課程設(shè)計(jì)中，我們深深體會(huì)到自己實(shí)際動(dòng)手能力方面的不足，經(jīng)過這次對(duì)我們的考驗(yàn)，我們學(xué)會(huì)了運(yùn)用很多以前學(xué)過的知識(shí)，去實(shí)現(xiàn)我們想要做的東西；我們也學(xué)會(huì)了執(zhí)著與堅(jiān)持，因?yàn)橐氆@得成功就得需要很強(qiáng)的毅力?；仡^想想，一項(xiàng)研究真的不是一朝一夕的事情，往往心急是做不出來(lái)的?；仡欉@次的電工電子課程設(shè)計(jì)，我覺得它非常有必要，希望以后能有更多這樣的機(jī)會(huì)來(lái)鍛煉我們，實(shí)踐出真知，在實(shí)踐中找到自己的不足之處，然后有目的的去糾正。這樣學(xué)到的東西才真正有價(jià)值。參考文獻(xiàn)1吳友宇.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，20082伍時(shí)和.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，20093周潤(rùn)景.proteus入門實(shí)用教程.北京：機(jī)械工業(yè)