課程設(shè)計任務(wù)書電骰子的設(shè)計與制作

1、武漢理工大學(xué)電工電子技術(shù)課程設(shè)計說明書目錄摘要1電骰子的設(shè)計與制作21 結(jié)構(gòu)設(shè)計與方案選擇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 兩個電骰子方案的比較52 硬件設(shè)計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 六進制計數(shù)部分82.4譯碼器電路部分以及LED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 六進制計數(shù)部分113.3數(shù)碼管編碼顯示部分114改進想法12結(jié)束語13參考文獻14附錄15摘要骰子是各類娛樂活動的一種常用道具，用途是隨機產(chǎn)生1-6中的數(shù)。此項

2、課程設(shè)計便是在電路中模擬這一功能。本次設(shè)計主要利用了數(shù)字電子 技術(shù)的基礎(chǔ)知識，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，計數(shù)器電路，譯碼器電路，LED顯示電路5部分組成。本文詳細介紹了上述5個部分的原理和功能，并用proteus進行電路仿真調(diào)試，而后在面包板上進行了實物的連線組裝，測試功能。最后，本文總結(jié)了整個課程設(shè)計過程中的體會，為今后的電路設(shè)計積累了寶貴的經(jīng)驗。關(guān)鍵詞：電骰子 數(shù)字電子技術(shù) proteus仿真電骰子的設(shè)計與制作1 結(jié)構(gòu)設(shè)計與方案選擇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、六進制計數(shù)部分、譯碼器電路部分以及

3、LED顯示電路部分5個部分構(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555單穩(wěn)態(tài)電路觸發(fā)時，電路開始工作，電骰子進行“轉(zhuǎn)動”，過一段預(yù)定時間之后自動停止在任意一個數(shù)字上。此外可重復(fù)觸發(fā)的設(shè)計使得當按下開關(guān)而不松開時，骰子將一直處于快速跳動狀態(tài)，這樣真實地模擬了現(xiàn)實中將骰子放于手中搖動而不扔下的情形；555多諧振蕩電路部分：用于產(chǎn)生連續(xù)快速的脈沖，將脈沖送入下一個計數(shù)部分?？焖俚拿}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數(shù)的隨機性；六進制計數(shù)部分：將上一單元送來的脈沖進行從0到5的六進制循環(huán)計數(shù)并將計數(shù)結(jié)果輸出到下一單元。譯

4、碼器電路部分： 將計數(shù)器的輸出結(jié)果通過譯碼器和門電路反映到對應(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制計數(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)生一個由常開式按鍵觸發(fā)的延遲時間大約為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)生一個頻率約為10Hz的方波；六進制計數(shù)部分：選用4位2進制計數(shù)器74LS161，將其連成六進制；譯碼

5、器電路部分與LED顯示部分：用38線譯碼器74LS138和門電路對輸入的信號進行處理，使LED顯示相應(yīng)的骰子數(shù)字。總體電路原理圖如圖 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)標號連接）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 兩個電骰子方案的比較兩個電骰子方案的區(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，因為方案二的開關(guān)放在方波發(fā)生器的輸出端，也可以實現(xiàn)不松手，點

6、數(shù)就一直變化的功能，但是方案一可以實現(xiàn)觸發(fā)一段時間后自動停止的功能，從這個角度來說，有時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的用戶體驗。所以綜合各方面的因素，我們選擇方案一來連接實物圖。2 硬件設(shè)計所選電骰子方案主要包含5個部分的硬件設(shè)計：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、六進制計數(shù)部分、譯碼器電路部分以及LED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，由公式:t=1.1*R4*C1可計算出時間常數(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 六進制計數(shù)部分六進制計數(shù)部分采用一片 74LS161 芯片，產(chǎn)生0-5的六進制循環(huán)計數(shù)。74LS161功能表引腳圖見附錄2 根據(jù)資料連接出六進制計數(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無效。當UP端的脈沖上升沿到來時，輸出端Q0、Q1、Q2、Q3加計數(shù)。當Q2和Q1同時為1，即輸出為110時，通過與非門讓MR=0，輸出清零，實現(xiàn)000-101的循環(huán)計數(shù)。圖 2-5 六進制

9、計數(shù)電路原理圖2.4譯碼器電路部分以及LED顯示電路部分數(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LED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明：當從計數(shù)器送來的編碼為000時，應(yīng)該點亮位于中間的LED。所有的LED正極接VCC，負極接一個與門。當編碼器地址輸入為000時，輸出Y0=0，通過與門接位于中間的LED，則可以實現(xiàn)功能。當從計數(shù)器送來的編碼為001時，應(yīng)該點亮位于左上角和右下角的LED，此時編碼器輸出Y1=0，將Y1分別送至左上和右下角LED對應(yīng)的與門即可實現(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，最終采用了便于連線，便于實現(xiàn)功能的電路方案。電路結(jié)構(gòu)由555多諧振蕩部分、六進制計數(shù)部分、數(shù)碼管編碼顯示部分三個部分組成。總的連接電路如圖3-1所示。圖 2-6 數(shù)碼管顯示部分調(diào)試按照完成一個模塊調(diào)試一個模塊的方法進行，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)試時排除故障無從下手。與硬件設(shè)計部分相似，調(diào)試大致分為4步： 555多諧振蕩電路部分、六進制計數(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物線路；2. 檢查線路無誤后，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LED作為信號指示燈，觀察當按下開關(guān)后，燈是否先亮，過一段時間后再滅。調(diào)試現(xiàn)象：LED常亮，無閃爍。分析：可能是接線錯誤，但仔細對照Proteus仿真圖上的連線，可以肯定連線沒錯，于是換高了電阻，使輸出頻率變低，觀察的LED在閃爍，說明連接電路正常，于是換回原來的低電阻，使輸出頻率維持在較高的水平。 3.2 六進制計數(shù)部分調(diào)試步驟：1. 在面包板上連好實物圖，確保連線無誤后，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、上連好實物圖，確保連線無誤后，給芯片上電源。2.撥動開關(guān)觀察數(shù)碼管是否快速搖動。調(diào)試現(xiàn)象：數(shù)碼管顯示正常，當開關(guān)撥動后，數(shù)碼管快速搖動；當開關(guān)閉合后，數(shù)碼管停止，隨機顯示某個數(shù)?？傮w調(diào)試的結(jié)果完全滿足實驗設(shè)計的要求。實物圖如圖3-2所示圖3-2 電路連接實物圖4改進想法目前我們課程設(shè)計的電骰子已經(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)字停止下來前緩慢停止，就能更增加它的用戶體驗，使得玩家在等待數(shù)字時更有趣味。為了實現(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555的5腳的輸入電壓增大，輸出頻率會降低，當輸入電壓大于一定值后，輸出頻率就變?yōu)榱?/p>

13、。在設(shè)計之初仿真的時候，這樣的想法并沒有得到證實，另外如果加上這個功能會使得制作成本增加，所以就放棄了這樣的想法，不過這個可以作為改進的方案供以后制作。結(jié)束語通過此次課程設(shè)計，我更加扎實地掌握了有關(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，在設(shè)計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)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門辯思課，教會了我很多道理，也給了我很大的空間去展示自己的能力。在這次課程設(shè)計中，我進一步的鞏固了數(shù)字電子技術(shù)的相關(guān)知識；學(xué)習(xí)使用了Proteus電子仿真軟件，還在面包板

14、上親手實踐了自己的設(shè)計，這些對于鍛煉我的實際動手能力是有極大地幫助的。同時，在這次課程設(shè)計中，團隊與合作的意義。小組成員幾個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，這才是我們成功的關(guān)鍵所在。從本次課程設(shè)計中，我們深深體會到自己實際動手能力方面的不足，經(jīng)過這次對我們的考驗，我們學(xué)會了運用很多以前學(xué)過的知識，去實現(xiàn)我們想要做的東西；我們也學(xué)會了執(zhí)著與堅持，因為要想獲得成功就得需要很強的毅力?；仡^想想，一項研究真的不是一朝一夕的事情，往往心急是做不出來的?；仡欉@次的電工電子課程設(shè)計，我覺得它非常有必要，希望以后能有更多這樣的機會來鍛煉我們，實踐出真知，在實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值。參考文獻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周潤景.PROTEUS入門實用教程.北京：機械工業(yè)出版社，20074電子發(fā)燒友網(wǎng). 附錄NE555芯片管腳圖及功能表表1-2 NE555芯片功能表輸入輸出RSTV11V12VOTD狀態(tài)0××低導(dǎo)通1>2/3V>1/3V低導(dǎo)通1<2/3V>1/3V不變不變1<2/3V<1/3V高截止1>2/3V<1/3V高截止74LS161功能表引腳圖輸&