課程設(shè)計(jì)任務(wù)書-電骰子的設(shè)計(jì)與制作

目錄摘要...................................................................2電骰子的設(shè)計(jì)與制作.....................................................3

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與方案選擇..................................................31.1電骰子的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)...............................................31.2方案選擇.......................................................41.2.1電骰子方案一.............................................41.2.2電骰子方案二.............................................51.3兩個(gè)電骰子方案的比較...........................................6硬件設(shè)計(jì)............................................................62.1可重復(fù)觸發(fā)的555穩(wěn)態(tài)電路部分..................................62.2555多諧振蕩電路部分72.3六進(jìn)制計(jì)數(shù)部分.................................................92.4譯碼器電路部分以及LED示電路部分.............................93調(diào)試記錄與結(jié)果分析..................................................103.1555多諧振蕩電路部分113.2六進(jìn)制計(jì)數(shù)部分................................................123.3數(shù)碼管編碼顯示部分124改進(jìn)想法.............................................................13結(jié)束語(yǔ)................................................................14參考文獻(xiàn)..............................................................15附錄..................................................................16word文自由復(fù)制編輯摘要骰子是各類娛樂(lè)活動(dòng)的一種常用道具，用途是隨機(jī)產(chǎn)生1-6的數(shù)。此項(xiàng)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穩(wěn)態(tài)電路，多諧振蕩電路，計(jì)數(shù)器電路，譯碼器電路，示電路5分組成。本文詳細(xì)介紹了上述5個(gè)部分的原理和功能，并用進(jìn)行電路仿真調(diào)試，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(guò)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word文自由復(fù)制編輯1

電骰的設(shè)與制結(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LED示電路部分5部分構(gòu)成。各部分的大致功能如下：可重復(fù)觸發(fā)的555穩(wěn)態(tài)電路部分：用于控制電骰子的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，當(dāng)555單穩(wěn)態(tài)電路觸發(fā)時(shí)，電路開(kāi)始工作，電骰子進(jìn)行“轉(zhuǎn)動(dòng)”，過(guò)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(kāi)關(guān)而不松開(kāi)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?？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(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。譯碼器電路部分：將計(jì)數(shù)器的輸出結(jié)果通過(guò)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示。可重復(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word文自由復(fù)制編輯譯碼器電路部分LED顯示部分圖1-1電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖1.2方案選擇電骰電骰子方案一大體思路是：可重復(fù)觸發(fā)的555穩(wěn)態(tài)電路部分：產(chǎn)生一個(gè)由常開(kāi)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制計(jì)數(shù)器74LS161，將其連成六進(jìn)制；譯碼器電路部分與LED示部分：用38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。word文自由復(fù)制編輯7R456C1Q17R456C1Q1G3175421111U5:AR2

R3

U1

U2

U32C2

3C3

R1

C4

U9

U6:B

U6:A34

62

R5

5

U7

U6:C

U8

9

84

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)標(biāo)號(hào)連接）電骰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(kāi)關(guān)放在了方波發(fā)生器的輸出上。總體電路原理圖如圖1-3所示。2

3

18

10k

74LS00

1002

RCQDCCVTRTH

376

5k

10291

D0D1D2D3ENPENTCLKLOADMR

Q0Q1Q2Q3RCO

1413121115100n

1

555

74LS1614.7u56321BAEYYYYY70245

74LS138

8

741112

1321

7411

67411AND_5AND_5word文自由復(fù)制編輯NGNG圖1-31.3兩個(gè)電骰子方案的比較

電骰子方案二電路原理仿真圖兩個(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_(kāi)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)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(jiàn)附錄1根據(jù)參考資料，連出如下圖2-1示的單穩(wěn)態(tài)電路：8

U1

R2

4

R

CCV

Q

37

R452C2

D1

6

C1

word文自由復(fù)制編輯圖2-1

可重復(fù)觸發(fā)的555單穩(wěn)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=0.01uC1為充電回路，選取R2=20K）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)仿真，按下并松開(kāi)開(kāi)關(guān)以后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，3輸出由1為0。仿真結(jié)果如圖2-2示。圖2-2

可重復(fù)觸發(fā)的555單穩(wěn)電路仿真圖2.2555多諧振蕩電路部分555多諧振蕩電路部分采用555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。word文自由復(fù)制編輯NGNG84

R

CCV

QDC

37

5

CV

100n

2

DTRTH1

6555

5k4.7u圖2-3555多振蕩電路原理圖選取R3=10kR1=5kC4=4.7u，多諧振蕩器產(chǎn)生方波的頻率1/f=0.7*R3+2R1*C4可計(jì)算出頻率為15.2HZ。經(jīng)仿真結(jié)果如圖2-4所示圖2-4多振蕩電路仿真圖word文自由復(fù)制編輯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0-5六進(jìn)制循環(huán)計(jì)數(shù)。74LS161功能表引腳圖見(jiàn)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,D1D3無(wú)效。當(dāng)UP端的脈沖上升沿到來(lái)時(shí)，輸出端、、、加計(jì)數(shù)。當(dāng)Q2和Q1時(shí)為1即輸出為110，通過(guò)與非門讓MR=0，輸出清零，實(shí)現(xiàn)000-101的循環(huán)計(jì)數(shù)。U5:A1U310291

D0D1D2D3MR

Q0Q1Q2Q3

1413121115圖2-5

六進(jìn)制計(jì)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?jǐn)?shù)碼管顯示部分采用3-8線譯碼器74LS1438芯片管腳圖和功能表見(jiàn)附錄3。根據(jù)資料連出譯碼器電路部分以及LED示電路部分電路。如圖2-6所示word文自由復(fù)制編輯11546321321EEE

CBA

74LYYYYYYYw

w

79015y

14y

213y

3y

411y

510y12

y33y44

62312

y02y2

w

w

w

y55

7411

7411

1y4100

y1w

5y

3

5y

1

y2y3y4y5w

w

AND_5

y1y39y410

845

y2y345

y511

y4y57411

AND_5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，應(yīng)該點(diǎn)亮位于中間的所有的LED正極接，負(fù)極接一個(gè)與門。當(dāng)編碼器地址輸入為000，輸出，通過(guò)與門接位于中間的，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調(diào)試記錄與結(jié)果分析我們小組經(jīng)過(guò)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。總的連接電路如圖3-1示。word文自由復(fù)制編輯圖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4：555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。3.1555多諧振蕩電路部分調(diào)試步驟：按圖在面包板上連好實(shí)物線路；檢查線路無(wú)誤后，給電路接上5V直流電源；然后在555的輸出引腳3一個(gè)LED作為信號(hào)指示燈，觀察當(dāng)按下開(kāi)關(guān)后，燈是否先亮，過(guò)一段時(shí)間后再滅。調(diào)試現(xiàn)象：LED常亮，無(wú)閃爍。分析：word文自由復(fù)制編輯可能是接線錯(cuò)誤，但仔細(xì)對(duì)照Proteus仿真圖上的連線，可以肯定連線沒(méi)錯(cuò)，于是換高了電阻，使輸出頻率變低，觀察的LED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.將外部電阻調(diào)高便觀察；3.將的四位輸出接4，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)器電正常工作。3.3數(shù)碼管編碼顯示部分調(diào)試步驟：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。撥動(dòng)開(kāi)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(kāi)關(guān)撥動(dòng)后，數(shù)碼管快速搖動(dòng)；當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合后，數(shù)碼管停止，隨機(jī)顯示某個(gè)數(shù)?？傮w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示word文自由復(fù)制編輯圖3-2電連接實(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成的壓控振蕩器，當(dāng)5555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?。在設(shè)計(jì)之初仿真的時(shí)候，這樣的想法并沒(méi)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(guò)這個(gè)可以作為改進(jìn)的方案供以后制作。word文自由復(fù)制編輯結(jié)束語(yǔ)通過(guò)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(guò)程中雖然遇到了一些問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)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，會(huì)了我很多道理，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(jiàn)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(guò)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(guò)的知識(shí)，去實(shí)