1、课程设计任务书电骰子的设计与制作目录摘要 1电骰子的设计与制作 21 结构设计与方案选择 21.1 电骰子的系统结构 21.2 方案选择 31.2.1 电骰子方案一 31.2.2 电骰子方案二 41.3 两个电骰子方案的比较 52 硬件设计 52.1可重复触发的555单稳态电路部分 52.2 555多谐振荡电路部分 62.3 六进制计数部分 82.4译码器电路部分以及LED显示电路部分 93 调试记录与结果分析 103.1 555多谐振荡电路部分 113.2 六进制计数部分 113.3数码管编码显示部分 114改进想法 12结束语 13参考文献 14附录 15摘要骰子是各类娱乐活动的一种常用道
2、具，用途是随机产生1-6中的数。此项课程设计便是在电路中模拟这一功能。本次设计主要利用了数字电子 技术的基础知识，电路由可重复触发的555单稳态电路，555多谐振荡电路，计数器电路，译码器电路，LED显示电路5部分组成。本文详细介绍了上述5个部分的原理和功能，并用proteus进行电路仿真调试，而后在面包板上进行了实物的连线组装，测试功能。最后，本文总结了整个课程设计过程中的体会，为今后的电路设计积累了宝贵的经验。关键词：电骰子 数字电子技术 proteus仿真电骰子的设计与制作1 结构设计与方案选择1.1 电骰子的系统结构电骰子系统包含可重复触发的555单稳态电路部分、555多谐振荡电路部分
3、、六进制计数部分、译码器电路部分以及LED显示电路部分5个部分构成。各部分的大致功能如下：可重复触发的555单稳态电路部分：用于控制电骰子的开关状态，当555单稳态电路触发时，电路开始工作，电骰子进行“转动”，过一段预定时间之后自动停止在任意一个数字上。此外可重复触发的设计使得当按下开关而不松开时，骰子将一直处于快速跳动状态，这样真实地模拟了现实中将骰子放于手中摇动而不扔下的情形；555多谐振荡电路部分：用于产生连续快速的脉冲，将脉冲送入下一个计数部分。快速的脉冲将使得LED上显示的数字快速的变化，这样极大程度的保证了骰子点数的随机性；六进制计数部分：将上一单元送来的脉冲进行从0到5的六进制循
4、环计数并将计数结果输出到下一单元。译码器电路部分： 将计数器的输出结果通过译码器和门电路反映到对应的骰子的数字显示上。LED显示部分：显示摇出电骰子的点数。电骰子系统的结构框图如图1-1所示。可重复触发单稳态电路部分多谐振荡电路部分六进制计数部分译码器电路部分LED显示部分图1-1 电骰子系统的结构框图1.2 方案选择1.2.1 电骰子方案一电骰子方案一大体思路是：可重复触发的555单稳态电路部分：产生一个由常开式按键触发的延迟时间大约为1秒的单稳电路，输出接到下一单元555的使能端；555多谐振荡电路部分：利用NE555芯片产生一个频率约为10Hz的方波；六进制计数部分：选用4位2进制计数器
5、74LS161，将其连成六进制；译码器电路部分与LED显示部分：用38线译码器74LS138和门电路对输入的信号进行处理，使LED显示相应的骰子数字。总体电路原理图如图 1-2所示。图 1-2 电骰子方案一电路原理仿真图（编码器和LED显示部分用网络标号连接）1.2.2 电骰子方案二电骰子方案二大体思路与方案一相同，但是缺少单稳态电路，将开关放在了方波发生器的输出上。总体电路原理图如图 1-3所示。图 1-3 电骰子方案二电路原理仿真图1.3 两个电骰子方案的比较两个电骰子方案的区别仅在第一部分，方案一比方案二多出一片555，芯片的数量多一些，连线复杂一下，成本上稍贵，因为方案二的开关放在方波
6、发生器的输出端，也可以实现不松手，点数就一直变化的功能，但是方案一可以实现触发一段时间后自动停止的功能，从这个角度来说，有时我们不能完全追求成本，还应该注重产品的功能以及它所带来的用户体验。所以综合各方面的因素，我们选择方案一来连接实物图。2 硬件设计所选电骰子方案主要包含5个部分的硬件设计：可重复触发的555单稳态电路部分、555多谐振荡电路部分、六进制计数部分、译码器电路部分以及LED显示电路部分。2.1可重复触发的555单稳态电路部分 可重复触发的555单稳态电路部分采用NE555 芯片构成单稳态电路使时间常数约为1秒。NE555芯片管脚图及功能表见附录1 根据参考资料，连出如下图2-1
7、所示的单稳态电路：图2-1 可重复触发的555单稳态电路原理图上图中C2是为了稳定5端基准电压，一般C2=0.01u，R4、C1为充电回路，选取R2=20（K），C1=10uF极性电解电容时，由公式:t=1.1*R4*C1可计算出时间常数t=1.034s。 经Proteus仿真，按下并松开开关以后，经过一段时间，3脚输出由1变为0。仿真结果如图2-2所示。图2-2 可重复触发的555单稳态电路仿真图2.2 555多谐振荡电路部分555多谐振荡电路部分采用555芯片构成多谐振荡电路使方波的频率约为10秒。多谐振荡电路的连线如图2-3所示。图2-3 555多谐振荡电路原理图选取R3=10k，R1=
8、5k，C4=4.7u，多谐振荡器产生方波的频率1/f=0.7*（R3+2R1）*C4可计算出频率为15.2HZ。经proteus仿真结果如图2-4所示图2-4 555多谐振荡电路仿真图2.3 六进制计数部分六进制计数部分采用一片 74LS161 芯片，产生0-5的六进制循环计数。74LS161功能表引脚图见附录2 根据资料连接出六进制计数电路图，如图2-5所示。原理分析：ENP,ENT=1，芯片正常使能。LOAD=1置数端D0,D1，D2，D3无效。当UP端的脉冲上升沿到来时，输出端Q0、Q1、Q2、Q3加计数。当Q2和Q1同时为1，即输出为110时，通过与非门让MR=0，输出清零，实现000
9、-101的循环计数。图 2-5 六进制计数电路原理图2.4译码器电路部分以及LED显示电路部分数码管显示部分采用3-8线译码器74LS138，74LS1438芯片管脚图和功能表见附录3。根据资料连出译码器电路部分以及LED显示电路部分电路。如图2-6所示图 2-6 数码管显示部分原理说明：当从计数器送来的编码为000时，应该点亮位于中间的LED。所有的LED正极接VCC，负极接一个与门。当编码器地址输入为000时，输出Y0=0，通过与门接位于中间的LED，则可以实现功能。当从计数器送来的编码为001时，应该点亮位于左上角和右下角的LED，此时编码器输出Y1=0，将Y1分别送至左上和右下角LED
10、对应的与门即可实现功能，其他类似。3 调试记录与结果分析我们小组经过综合比较分析，在制作作品时，最终采用了便于连线，便于实现功能的电路方案。电路结构由555多谐振荡部分、六进制计数部分、数码管编码显示部分三个部分组成。总的连接电路如图3-1所示。图 2-6 数码管显示部分调试按照完成一个模块调试一个模块的方法进行，这样可以保证每一部分连线都是正确的，避免总体电路调试时排除故障无从下手。与硬件设计部分相似，调试大致分为4步： 555多谐振荡电路部分、六进制计数部分、数码管编码显示部分。3.1 555多谐振荡电路部分调试步骤：1.按图在面包板上连好实物线路；2.检查线路无误后，给电路接上5V直流电
11、源；3.然后在555的输出引脚3接一个LED作为信号指示灯，观察当按下开关后，灯是否先亮，过一段时间后再灭。调试现象：LED常亮，无闪烁。分析：可能是接线错误，但仔细对照Proteus仿真图上的连线，可以肯定连线没错，于是换高了电阻，使输出频率变低，观察的LED在闪烁，说明连接电路正常，于是换回原来的低电阻，使输出频率维持在较高的水平。 3.2 六进制计数部分调试步骤：1. 在面包板上连好实物图，确保连线无误后，给芯片上电源；2. 将555的外部电阻调高便观察；3. 将74LS161的四位输出接4个LED，用于显示输出是否正常。调试现象：LED输出显示正常；计数器电路正常工作。3.3数码管编码
12、显示部分调试步骤：1.在面包板上连好实物图，确保连线无误后，给芯片上电源。2.拨动开关观察数码管是否快速摇动。调试现象：数码管显示正常，当开关拨动后，数码管快速摇动；当开关闭合后，数码管停止，随机显示某个数。总体调试的结果完全满足实验设计的要求。实物图如图3-2所示图3-2 电路连接实物图4改进想法目前我们课程设计的电骰子已经可以满足基本的功能需求，但是如果制作的电骰子能够在数字停止下来前缓慢停止，就能更增加它的用户体验，使得玩家在等待数字时更有趣味。为了实现这样的功能，需要使方波输出的频率逐渐减低，一种方案是利用555构成的压控振荡器，当555的5脚的输入电压增大，输出频率会降低，当输入电压
13、大于一定值后，输出频率就变为零。在设计之初仿真的时候，这样的想法并没有得到证实，另外如果加上这个功能会使得制作成本增加，所以就放弃了这样的想法，不过这个可以作为改进的方案供以后制作。结束语通过此次课程设计，我更加扎实地掌握了有关数字电子技术和模拟电子技术有关方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考和一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，顺利地完成了我们的课题。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门辩思课，教会了我很多道理，也给了我很大的空间去展示自己的能力。在这次课程设计中，我进一步的巩固了数字电子技术的相关知识；学习使用了Prot
14、eus电子仿真软件，还在面包板上亲手实践了自己的设计，这些对于锻炼我的实际动手能力是有极大地帮助的。同时，在这次课程设计中，团队与合作的意义。小组成员几个人在一起研究和思考，一起提出意见和方法，然后讨论出最佳的方案去设计，这才是我们成功的关键所在。从本次课程设计中，我们深深体会到自己实际动手能力方面的不足，经过这次对我们的考验，我们学会了运用很多以前学过的知识，去实现我们想要做的东西；我们也学会了执着与坚持，因为要想获得成功就得需要很强的毅力。回头想想，一项研究真的不是一朝一夕的事情，往往心急是做不出来的。回顾这次的电工电子课程设计，我觉得它非常有必要，希望以后能有更多这样的机会来锻炼我们，实践出真知，在实践中找到自己的不足之处，然后有目的的去纠正。这样学到的东西才真正有价值。参考文献1吴友宇.模拟电子技术基础.北京：清华大学出版社，20082伍时和.数字电子技术基础.北京：清华大学出版社，20093周润景.PROTEUS入门实用教程.北京：机械工业出版社，20074电子发烧友网. 附录NE555芯片管脚图及功能表表1-2 NE555芯片功能表输入输出RSTV11V12VOTD状态0低导通12/3V1/3V低导通11/3V不变不变12/3V2/3V1/3V高截止74LS161功能表引脚图输 入输 出CRCPLDEPETD
