电骰子电路设计全设计说明.doc
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1、信息职业技术学院 毕业设计说明书(论文) 设计(论文)题目: 电骰子电路设计 专 业: 通信技术 班 级: 通技 06-2 学 号: 姓 名: 指导教师: 二 八年十二月三十日 信息职业技术学院毕业设计(论文)任务书信息职业技术学院毕业设计(论文)任务书 学 生 姓 名 王娟学号班级通技 06-2专业通信技术 设计(或论文)题目电骰子电路设计 指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注 工程师 高级工 程师 设计(论文)内容: 1.主要内容和技术指标 (1).设计一个电骰子电路,当按下开关时,它能够从 16 的数字中随机地选择 1 个数字; (2).要求用 7 个 LED 排列成骰子
2、点数的形状,利用 LED 的发光来表示数字; (3).要求 LED 发光是随机的,由电子电路来决定; (4).电路中应有时钟控制电路来给计数器提供脉冲。 2.任务与要求 (1).画出电路原理图(或仿真电路图)(2).元器件及参数选择(3).电路仿真与调试 进度安排: 第 5 周:任务下达,理解消化任务要求;初步设计方案确定; 第 6 周第 10 周:设计方案确定,分模块部分完成; 第 11 周:中期检查,查找问题,分析解决难点; 第 12 周第 15 周:分模块调试,整体电路调试,论文书写;第 16 周:答辩。 主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位): 1 邱寄帆,唐程山.数
3、字电子计数.北京:人民邮电出饭社,2007 2 彭军.实用电子技术.北京:科学出版社,2006 3 熊建云.Protel99 SE EDA 技术应用.北京:机械工业出版社,2006 4 日汤山俊夫.数字电路设计与制作.北京:科学出版社,2005 5 陆坤.电子设计技术.成都:电子科技大学出版社,1997 6 张克农.数字电子技术基础.北京:高等教育出版社,2003 审 批 意 见 教研室负责人: 年 月 日 备注:任务书由指导教师填写,一式二份。其中学生一份,指导教师一份。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 目 录 摘 要1 第 1 章 绪论2 第 2 章 方案设计4 第 3 章 单元电路设
4、计7 3.1 振荡电路设计.7 3.2 计数器电路设计.8 3.2.1 计数器电路芯片的选择.8 3.2.2 计数器电路组成.9 3.3 译码器电路设计10 3.3.1 译码器电路功能框图10 3.3.2 译码器电路设计10 3.4 LED 的驱动电路设计 12 3.5 时钟控制电路12 第 4 章 电路仿真.14 总 结.16 致 谢.17 参考文献.18 附 录 总电路原理图.19 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 0 页 共 19 页 摘 要 骰子是娱乐游戏的一种道具,可以用它来随机地选取 16 的数。本电路设计一 个电骰子电路,该电路由电骰子的电路结构决定。电路由 RC 振荡电路
5、、计数器电 路、译码器电路、LED 驱动电路、时钟控制电路五部分电路构成,其中计数器是整 个电路的核心部分,而译码器在电路中没有采用原有的译码器,而用门电路来实现, 是为了让电路更简单。 关键词 振荡器;计数器;译码器 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 1 页 共 19 页 第 1 章 绪论 骰子应用十分广泛,现在社会上流行有各种定位骰子、黄金骰子、打破无物骰 子、感应骰子、遥控骰子等,它是娱乐游戏的一种道具,是许多娱乐必不可少的工 具之一,比如麻将等。早先是用骨头,木头等制成的立体小方块,六面分别刻有一、 二、三、四、五、六点,只有 1,2,3,4,5,6 这六个数,有的地方叫色子。
6、用骨头、木头等制成的立体骰子,在使用时通常是把骰子摇动后掷落,以上面 的数作为选取的数字。这六个数中,每掷一次,其中某个数出现的概率是 1/6。所谓 1/6 的概率,就是说这六个数并不是按照某种顺序出现的,而是随机的。如果撇开骰 子的形状和使用方法的约束来抽象地评价它的功能,那么骰子就是一种“从 16 的数 字中,每次只随机地选择 1 个数字的选择装置”。 本电路是设计一种电子选择装置,那就是,当摁下开关时,它能够从 16 的数 字中选择 1 个数字。重要的是每次掷下时并不知道将会选择哪个数字。 电路中来自外面的信号,也就是摇动骰子时的信号可以利用按钮开关实现。骰 子的点数是从 16 的个位数
7、。考虑采用外形更像骰子的电骰子,可以利用 7 个 LED 灯光来表现骰子点数,既 16 的数字,而用 LED 来表示这种点数的形状,看起来就 很接近本来的骰子,如图 1-1 表示骰子点数的形状。 图 1-1 骰子的点数 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 2 页 共 19 页 在电路中把 7 个 LED 排列成骰子点数的形状,就可以利用 LED 的发光表示数 字。图 1-2 是用 LED 的发光表示点数的例子。使发光部分 LED 的配置接近本来骰 子的点数的形状,而哪些 LED 发光则由电子电路来决定,与骰子点数位置相同的 LED 发光,如下图所示。 a)表示 3 b)表示 4 图 1-2
8、 电骰子的 LED 发光 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 3 页 共 19 页 第 2 章 方案设计 骰子只处理从 16 的数字,但是根据骰子点数的形状需要配置 7 个 LED。通过 其中某几个 LED 发光,表现骰子的点数。图 2-1 表示 LED 发光的位置。 图 2-1 电骰子的 LED 发光组合 7 个 LED 的位置分别用 ag 字母表示。7 个 LED 发光的所有组合形式计算起 来非常多。这里仅把其中发光组合相同的 LED 进行分组,表 2-1 是其分组的情况。 从这个结构看出可以分成 4 个组。从图 2-2 可以看出如果骰子的 3,4,5,6 点数发 光必须要有 a 和
9、g 这两个 LED。 图 2-2 LED 的发光组合 从图 2-2 可以看出,实际上需要利用数字电路中常说的“译码器电路”来实现 数字的选择。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 4 页 共 19 页 确定了基本功能之后,接下来就可以考虑采用怎样的电路来实现这些功能,图 2-3 是根据功能画出框图的考虑方法。 图 2-3 基本功能框图 图 2-4 是基于基本功能所画出的电路原理框图。 图 2-4 电骰子的结构框图 计数器的计数动作(计算数字)由输入时钟来决定。就是说,给计数器输入时 钟的时间相当于骰子摇动的时间。摁下开关相当于摇动骰子的动作,在时钟的作用 下启动计数器,只有在时钟控制电路的
10、输出为“1”时计数器的输出才发生变化。此时 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 5 页 共 19 页 骰子开始滚动;在经过计数器的输出作用下利用译码器使 LED 发光,这就是需要设 计译码器电路。图 2-4 就是根据以上考虑所得出的框图,基于这个框图来设计实际 电路。开关闭合期间,LED 随时钟输入脉冲显示数字,松开开关一定时间后,LED 随机表示骰子的某 1 个点数。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 6 页 共 19 页 第 3 章 单元电路设计 3.1 振荡电路设计 振荡电路有很多种,比如 LC 振荡电路、555 振荡电路、RC 振荡电路、石英晶 体振荡电路等等。在电骰子电路设
11、计中产生时钟的振荡电路选用 RC 振荡电路。这 种电路在稳定性方便比不上石英振荡电路,但是优点是容易通过改变电容器或者电 阻的值来调振荡频率,而且价格更便宜,所以选择 RC 振荡电路。图 3-1 是电骰子 用 RC 振荡电路的电路图。 12 G 1 56 G 3 34 G 2 R s 1K R 1K C 1.4uF u01u02u03u0 图 3-1 电骰子用 RC 振荡电路的电路图 RC 振荡电路的基本原理就是利用电容 C 的充放电,改变 u03 的电平(因为 Rs 很小,在分析时往往忽略它)来控制 G3 周期性的导通和截止,在输出端产生矩形 脉冲。如图 3-2 是振荡电路的工作波形。 图
12、3-2 RC 振荡电路的工作波形图 根据工作波形可以计算出电路的振荡周期为 T2.2RC。改变 R、C 的值,可以 调节 RC 振荡电路的震荡周期 T。但是,R 不能选的太大(一般 1k 左右) ,否则电路 不能正常振荡。所以,R 的值取 1K(方便计算) ,周期 T 的值取 3S,由公式可得: 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 7 页 共 19 页 32.21C C1.4F 3.2 计数器电路设计 3.2.1 计数器电路芯片的选择 这部分是电骰子的主要核心部分。因为骰子的点数是 1 到 6,所以可使用六进 制计数器。在 74 系列中具有六进制功能的产品有 7492。不过这种产品比较陈旧
13、, 也没有系列化(只有 TTL 标准型) ,所以利用触发器制作专用的计数器。六进制计 数器需要六种状态,即 n=6,而=8,所以需要 3 个触发器构成六进制计数器。六 进制计数器的输出为 0-1-2-3-4-5-0,在输出为 6 的瞬间触发器复位(=0)。构成计数器 的触发器可用 D、JK、RS 等,希望尽量用简单的电路制作,所以本电路触发器采用 D 触发器。 图 3-3 D 触发器 图 3-3 是 D 触发器结构图,从图中可以看出 D 触发器是上升沿有效,置位端 SD 有效,CD 无效时,输出为“1”;复位端 CD 有效,SD 无效时,输出为“0”;当置 位端 SD 和复位端 CD 都无效时
14、,输出由 D 触发器的特征方程决定,D 触发器的特 征方程为:=D,其真值表如表 3-1 所示。 表 3-1 D 触发器的真值表 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 8 页 共 19 页 3.2.2 计数器电路组成 用 D 触发器制作 6 进制计数器时,是把触发器并列对它的输出解码,当输出为 6 时对整个计数器复位。图 3-4 是电骰子用计数器的电路设计图。 图 3-4 电骰子用计数器的电路设计图 三个 D 触发器构成的 6 进制计数器,可以得到由 000111 的八种状态,但对电 骰子电路来说,只需使用其中的六种。因为计数器的二进制输出是一个一个出现的, 只要确定了与输入相对应的输出的逻
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