电子骰子的制作

1、皖西学院机械与电子工程学院 课程设计 电子骰子的制作目录摘要-2前言-3第一章 设计要求 -41.1基本要求 -41.2提高要求 -4第二章 系统的组成及工作原理-52.1系统的组成框图-52.2系统的工作原理-5第三章 电路设计-63.1方案的选择-63.1.1方案一-63.1.2方案二-73.1.3确定方案-83.2单元电路设计-83.2.1单稳态触发器的设计-83.2.2多谐振荡器的设计-93.2.3时序逻辑电路的设计-103.2.4方波发生器-133.2.5仿真电路展示-13第四章 电路实验与调试-144.1焊接-144.2调试中出现的问题及解决-14第五章 设计总结-15参考文献-1

2、6附录（元器件清单）-16摘要电子制作是一项实践活动,它是理论与实践结合的过程。其中,包含着设计的创新、工艺的创意、外观的优美等.许多工程技术人员、教师、学生用他们的智慧把小小器件精心设计,就能变成给工作和生活增添无穷乐趣的制作项目。正因为电子制作有神奇之功,电子爱好者始终对电子制作赋有激情。特别是现在中学、职业院校以及大学都在提倡学生动手实践。该课程设计介绍了数码显示电子骰子电路的组成、设计及功能。电路由常见的74LS系列集成电路芯片和555芯片进行设计。该电子骰子除了具有基本的数字随机变化功能外，还具有延时和数字变化具体化要求等功能。闭合开关后数码显示管显示数字16随机变化，数字变化时间间

3、隔可控，断开开关后还可继续变化5秒左右停止变化，避免人为因素干扰骰子结果。通过课程设计提高并巩固所学的专业知识，以及知识的综合应用和焊接技术。关键词: 电子骰子 随机 延时 时间可控前沿进入21世纪以来，越来越多的电子产品横扫商业市场。各式各样的电子小产品不光给人们的生活、学习以及工作增添了无限乐趣，更带来了诸多便利。在日益激烈的竞争中，不断的有电子产品出现和消失在人们的生活中，电子产品的质量、性能也在不断的提高与改进。电子产品在无形中已经成为人们生活中不可或缺的一部分。今天随着科技的不断进步，电子骰子的制作也更加追求精益求精。电子骰子保留了普通骰子滚动时随机选择面朝上显示的数字16的作用要求

4、，电子元器件更提供了视觉娱乐效果。如今在市场上销售的电子骰子大多采用可编程逻辑元器件，或利用单片机技术进行设计，本次设计主要利用常见的74LS系列集成电路芯片和555芯片，并通过划分功能模块进行各个部分的设计，最后完成了电子骰子的总设计要求。设计主要由两个方波发生器产生不同频率的输入信号达到数字随机变化的要求，再由555定时器组装成的单稳态触发器达到断开电源后延时5秒的作用达到随机效果。另外由555定时器组成的多谐振荡器控制数字变化时间间隔，最后由一个数码显示管显示随机产生的数字。对数字变化有进一步要求也可以通过逻辑时序电路实现。电子骰子的设计根据要求不同可以设计成各式各样的效果运用于大舞台娱

5、乐观众！ 第一章 设计要求1.1 基本要求（1） 当将开关闭合的时候，电子骰子随机变化，从16，每隔0.5秒左右变化一次；（2） 在变化过程中，1的相邻变化状态不能是6,2的相邻变化状态不能是5,3的相邻的变化状态不能是4；（3） 当开关断开后，继续工作5秒左右停止变化。1.2 提高要求（1） 对电路进行仿真和调试；（2） 回归课本将相关知识点复习一遍；（3） 在制作过程中发现问题并能解决问题。第二章 系统的组成及工作原理2.1 系统的组成框图开关单稳态触发器（延时5秒）多谐振荡器（控制时间间隔0.5秒）数码显示管（显示结果）方波发生器、JK触发器（产生随机信号实现16随机输出）2.2 系统的

6、工作原理如图所示，由开关控制整个电路的运行。采用555定时器接成单稳态触发器达到断开开关后延时5秒左右停止变化的要求。同时再用555定时器接成多谐振荡器得以达到数字变化时间间隔是0.5秒的要求；这样的组合，器件值可根据条件来修改，使得结果和时间比较精确，误差小。然后用到方波发生器与JK触发器组成的时序逻辑电路的组合，列出卡诺图，除去不必要显示的数字，同时也能对数字变化做进一步的要求。用交错的随机方波信号，达到1-6的随机输出。 第三章 电路设计3.1 方案的选择3.1.1 方案一主要运用到：555组成的单稳态电路、多谐振荡电路，74LS161六进制计数器，数码显示管以及开关电路。仿真软件用到m

7、u ltisim。思路：单稳态电路用来制作延时开关电路，达到延时5秒的功能。多谐振荡电路实现以0.5秒的时间间隔变化功能。六进制计数器实现数字16随机变化的功能。1. 时钟脉冲的选择时钟脉冲可采用石英晶体多谐振荡器和555定时器。555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，能极方便的构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与交换、测量与控制、家用电器等方面广泛应用。虽然石英晶体多谐振荡器的谐振频率很稳定，但考虑到仿真的简单快捷该设计选择555定时器。2. 六进制计数器的选择该设计要用到一个六进制计数器，可采用由JK触发器组成的计数器和由

8、74LS161构成的六进制计数器。采用74LS161芯片可使电路更加紧致，模拟实现时不容易出错，在使用74LS161芯片时，将ENP和ENT分别接高电平，将时钟脉冲接到CLK端，这样计数器就实现了加法计数功能。3.1.2 方案二采用555定时器接成单稳态触发器达到工作5秒左右停止变化的要求；同时在用555定时器接成多谐振荡器得以达到数字变化时间间隔是0.5秒的要求；这样的组合，器件值可根据条件来修改，使得结果和时间比较精确，误差小。然后用到JK触发器组成的时序逻辑电路与方波发生器的组合，列出卡诺图，除去不必要显示的数字，比如说0、7.用交错的随机方波信号，达到1-6的随机输出。3.1.3 确定

9、方案使用74LS161时不能实现从一到六的随机变化，不符合实验要求。所以方案一实施起来比较难以实现功能，于是放弃了该种方案。于是就采用了第二方案用仿真软件multisim来进行仿真。3.2 单元电路设计电路的基本原理 ：通过555延时器的输出端控制555振荡电路，信号的发生部分一共用了两个555集成电路。将输出的脉冲作为JK触发器的同步时钟脉冲部分。同时两个方波发生器加在A、B这两个控制端，将这个时序逻辑部分的输出接入到数码显示管，使它显示16的数字，且满足电子设计的功能要求。3.2.1单稳态触发器的设计因为延时时间t=5s，由公式t=RCln3即1.1RC=5s，令R=1M，求得C=4.7u

10、F。3.2.2多谐振荡器的设计555多谐振荡电路参数计算：T=（R3+2R4）Cln2,令T=0.5S,其中C=100nF，令R3=100K,则R4=177K。仿真图如下：3.2.3、时序逻辑电路的设计画出的卡诺图如下：Q3Q2Q1AB0000010110101101111011000 0 X010001001010 X0010010 1 X011010011011 X0110101 1 X101110110101 X1101101 0 X100101100100 X100101上表是根据设计中对电子骰子的功能要求而画出的状态表，其中A、B是我们加入的状态控制的脉冲信号，用以控制其次态的显示。

11、由于有两种状态是不符合条件的（0和7），为此我们设计它的自启动，在设计自启动时又要考虑它的化简，通过尝试的以下状态表： Q3Q2Q1AB0000010110101101111011000 00110100010010100110010010 10110110100110110110110101 11011011101101011011101101 0101100101100100100100101Q1的卡诺图化简： Q3Q2Q1AB0000010110101101111011000 0101101110 1110111101 1110011001 010100001根据JK触发器的特征方程得：

12、J1=AQ2Q3+BQ2Q3+BQ2K1=BQ2Q3+AQ3+BQ2Q3 Q2的卡诺图化简： Q3Q2Q1AB0000010110101101111011000 0110011000 1111111111 1001100111 000000000Q2=AQ3Q2+BQ3Q2+AQ3Q2+BQ3Q2=Q2(AQ3+BQ3)+Q2(BQ3+AQ3)得到JK触发器的特征方程：J2=AQ3+BQ3 K2=BQ3+AQ3Q3的卡诺图化简 Q3Q2Q1AB0000010110101101111011000 0000000000 1000000001 1111111111 011111111Q3=A得其特征

13、方程为：J3=A K3=A这是JK触发器与门电路组成的输出电路： 3.2.4、方波发生器采用两个方波发生器分别代表A、B两个信号输入端：前提是两个输入端方波信号的频率必须岔开，以合适的周期差实现A、B两个信号的随机出现，从以上卡诺图的化简可以看出不同的随机信号将对输出产生影响，因为A、B将通过J、K这两个输入端对输出产生影响，从而得以控制三个输出端Q3、Q2、Q1随机的出现16中的任意一个，以此达到实验要求的随机性。3.2.5、仿真电路展示第四章 电路实验与调试4.1 焊接通过实验原理图进行实物焊接，焊接时能深刻体会到焊接工艺的重要性：各个芯片的引脚功能不能混淆，必须了解各个芯片的使用方法，内

14、部结构以及使用时的注意事项，该接电源的一定要接电源，该接地的一定要接地，且不能有悬空。同时在电路板上要预先确定电源的正负端，便于区分及焊接。正确焊接各芯片各管脚连接必须查阅各种资料并记录，以确保在焊接过程和调试过程中芯片不被烧坏，同时确保整个电路的正确性。在焊接完后每块芯片都用万用表检测，看是否有短接等，还有焊接时要尽量使布线规范清晰明了，这样才有利于在调试过程中检查电路。4.2 调试中出现的问题及解决方法（1） 显示电路不稳定问题在完成电路的焊接进入调试阶段时发现数码管不能正常显示数字。主要表现在数码管中间二极管不亮。因此着手对电路进食检查，首先检查数码管看是否是引脚焊接错误，后又检查电路各

15、个芯片管脚接错均未发现问题，最后发现数码管坏了，于是换了一个新的数码管。（2） 控制开关无法控制电路在调试是发现当按下开关时数字并不能够按要求每隔0.5秒变化一次，当断开开关后不存在延时，数码管立即停止工作，最终发现电阻、电容值设置不合理。通过反复尝试，最终确定能够达到要求的电阻、电容值，数码管能够正常显示数字。第五章 设计总结在电子骰子的设计过程中发现了许多的问题，核心问题是16的随机数的产生，通过仿真软件尝试不同的电路结构，最终确定了随机信号通过两个不同频率方波发生器产生。在选用555做延时和振荡的部分，虽然理论上分析是可以的但是当仿真时才发现，输出的波形与理论值相差较大，原来是仿真中所选择的 555的问题，也就是说在仿真中对于集成电路的型号是有一些要求的。设计好信号部分，又开始着手卡诺图的化简部分，这个化简要求尽量简化，卡诺图化简也构成了整个设计的核心部分。仿真结果出来了，在制作电路板的时候也遇到了很大的问题，在仿真软件中是在理想情况下进行的，实际焊接的时候也有很大的误差。不做知道原来会遇见这么多的问题，这也算是增长的经验吧，同时为以后处理更深入的问题，打下了基础。参考文献：数字电子技术基础（第五版） 清华大学电子学教研组