課程設計任務書電骰子的設計與制作

1、武漢理工大學電工電子技術課程設計說明書目錄摘要1電骰子的設計與制作21 結構設計與方案選擇21.1 電骰子的系統(tǒng)結構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 硬件設計52.1可重復觸發(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 六進制計數部分82.4譯碼器電路部分以及LED顯示電路部分93 調試記錄與結果分析103.1 555多諧振蕩電路部分113.2 六進制計數部分113.3數碼管編碼顯示部分114改進想法12結束語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，用途是隨機產生1-6中的數。此項

2、課程設計便是在電路中模擬這一功能。本次設計主要利用了數字電子 技術的基礎知識，電路由可重復觸發(fā)的555單穩(wěn)態(tài)電路，555多諧振蕩電路，計數器電路，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，本文總結了整個課程設計過程中的體會，為今后的電路設計積累了寶貴的經驗。關鍵詞：電骰子 數字電子技術 proteus仿真電骰子的設計與制作1 結構設計與方案選擇1.1 電骰子的系統(tǒng)結構電骰子系統(tǒng)包含可重復觸發(fā)的555單穩(wěn)態(tài)電路部分、555多諧振蕩電路部分、六進制計數部分、譯碼器電路部分以及

3、LED顯示電路部分5個部分構成。各部分的大致功能如下：可重復觸發(fā)的555單穩(wěn)態(tài)電路部分：用于控制電骰子的開關狀態(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“轉動”，過一段預定時間之后自動停止在任意一個數字上。此外可重復觸發(fā)的設計使得當按下開關而不松開時，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：用于產生連續(xù)快速的脈沖，將脈沖送入下一個計數部分。快速的脈沖將使得LED上顯示的數字快速的變化，這樣極大程度的保證了骰子點數的隨機性；六進制計數部分：將上一單元送來的脈沖進行從0到5的六進制循環(huán)計數并將計數結果輸出到下一單元。譯

4、碼器電路部分： 將計數器的輸出結果通過譯碼器和門電路反映到對應的骰子的數字顯示上。LED顯示部分：顯示搖出電骰子的點數。電骰子系統(tǒng)的結構框圖如圖1-1所示。可重復觸發(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)的結構框圖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：可重復觸發(fā)的555單穩(wěn)態(tài)電路部分：產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芯片產生一個頻率約為10Hz的方波；六進制計數部分：選用4位2進制計數器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顯示相應的骰子數字?？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顯示部分用網絡標號連接）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，芯片的數量多一些，連線復雜一下，成本上稍貴，因為方案二的開關放在方波發(fā)生器的輸出端，也可以實現不松手，點

6、數就一直變化的功能，但是方案一可以實現觸發(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，還應該注重產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 硬件設計所選電骰子方案主要包含5個部分的硬件設計：可重復觸發(fā)的555單穩(wěn)態(tài)電路部分、555多諧振蕩電路部分、六進制計數部分、譯碼器電路部分以及LED顯示電路部分。2.1可重復觸發(fā)的555單穩(wěn)態(tài)電路部分 可重復觸發(fā)的555單穩(wěn)態(tài)電路部分采用NE555 芯片構成單穩(wěn)態(tài)電路使時間常數約為1秒。NE555芯片管腳圖及功能表見附錄1 根據參考資料，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t=1.034s。經Proteus仿真，按下并松開開關以后，經過一段時間，3腳輸出由1變?yōu)?。仿真結果如圖2-2所示。圖2-2 可重復觸發(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，多諧振蕩器產生方

8、波的頻率1/f=0.7*（R3+2R1）*C4可計算出頻率為15.2HZ。經proteus仿真結果如圖2-4所示圖2-4 555多諧振蕩電路仿真圖2.3 六進制計數部分六進制計數部分采用一片 74LS161 芯片，產生0-5的六進制循環(huán)計數。74LS161功能表引腳圖見附錄2 根據資料連接出六進制計數電路圖，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。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000-101的循環(huán)計數。圖 2-5 六進制

9、計數電路原理圖2.4譯碼器電路部分以及LED顯示電路部分數碼管顯示部分采用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 數碼管顯示部分原理說明：當從計數器送來的編碼為000時，應該點亮位于中間的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，則可以實現功能。當從計數器送來的編碼為001時，應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對應的與門即可實現功能，其他類似。3

10、調試記錄與結果分析我們小組經過綜合比較分析，在制作作品時，最終采用了便于連線，便于實現功能的電路方案。電路結構由555多諧振蕩部分、六進制計數部分、數碼管編碼顯示部分三個部分組成?？偟倪B接電路如圖3-1所示。圖 2-6 數碼管顯示部分調試按照完成一個模塊調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，避免總體電路調試時排除故障無從下手。與硬件設計部分相似，調試大致分為4步： 555多諧振蕩電路部分、六進制計數部分、數碼管編碼顯示部分。3.1 555多諧振蕩電路部分調試步驟：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，觀察當按下開關后，燈是否先亮，過一段時間后再滅。調試現象：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 六進制計數部分調試步驟：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。調試現象：LED輸出顯示正常；計數器電路正常工作。3.3數碼管編碼顯示部分調試步驟：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.撥動開關觀察數碼管是否快速搖動。調試現象：數碼管顯示正常，當開關撥動后，數碼管快速搖動；當開關閉合后，數碼管停止，隨機顯示某個數?？傮w調試的結果完全滿足實驗設計的要求。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計的電骰子已經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，使得玩家在等待數字時更有趣味。為了實現這樣的功能，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。結束語通過此次課程設計，我更加扎實地掌握了有關數字電子技術和模擬電子技術有關方面的知識，在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經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。在這次課程設計中，我進一步的鞏固了數字電子技術的相關知識；學習使用了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計，這才是我們成功的關鍵所在。從本次課程設計中，我們深深體會到自己實際動手能力方面的不足，經過這次對我們的考驗，我們學會了運用很多以前學過的知識，去實現我們想要做的東西；我們也學會了執(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。回顧這次的電工電子課程設計，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。這樣學到的東西才真正有價值。參考文獻1吳友宇.模擬電子技術基礎.北京：清華大學出版社，20082伍時和.數字電子技術基礎.北京：清華大學出版社，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. 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××低導通1>2/3V>1/3V低導通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&