电子骰子设计方案.docx
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电子骰子设计方案
海南大学
电子技术课程设计
题目：
电子骰子的设计
学号：
姓名：
年级：
08通信
（1）
专业：
通信工程
指导老师：
易家傅
日期：
2010年11月20日
目录
一、课程设计的目的
二、电子骰子设计的功能要求
三、设计方案的比较
四、电路的基本原理
五、总体电路设计仿真图
六、心得体会
七、参考文献
电子骰子的设计
一、课程设计目的
本次课程设计都是为了将学过的电子技术课程的巩固，加强独立思考的能力，实现理论和实践相统一的目的。
通过继续巩固知识，将松散的各部分知识进行了系统的规划，应用于一项独立的设计当中。
启发了创新思想的能力。
二、电子骰子设计的功能要求
（1）当将开关闭合的时候，电子骰子随机变化，从1~6，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。
（4）提醒，用状态机实现。
不允许用编程实现。
三、设计方案的比较
脉冲信号的生产可以使用555定时器来实现，也可以用石英晶体来实现。
（1）555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成多谐振荡器。
因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。
（2）石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：
从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。
其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。
四、电路的基本原理
通过555延时器的输出端控制555震荡电路，信号的发生部分一共用了四个555集成电路。
将输出的脉冲一个作为JK触发器的同步时钟脉冲部分，另外两个加在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1~6的数字，且满足电子设计的功能要求。
1、555延时器的设计及参数计算
延时时间t=5s，即1.1RC=5s，令C=100nF，求得R1=45.4MΩ
2、555振荡电路及其参数计算
（1）555的工作原理
555定时器的内部结构
LM555时基电路内部由分压器、比较器、触发器、输出管和放电管等组成，是模拟电路和数字电路的混合体。
其中6脚为阀值端（TH），是上比较器的输入。
2脚为触发端（TR），是下比较器的输入。
3脚为输出端（OUT），有0和1两种状态，它的状态由输入端所加的电平决定。
7脚为放电端（DIS），是内部放电管的输出，它有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定。
4脚为复位端（R），叫上低电平（<0.3V）时可使输出端为低电平。
5脚为控制电压端（CV），可以用它来改变上下触发电平值。
8脚为电源（VCC），1脚为地（GND）。
一般可以把LM555电路等效成一个大放电开关的R-S触发器。
这个特殊的触发器有两个输入端：
阀值端（TH）可看成是置零端R，要求高电平；触发端（TR）可看成是置位端S，低电平有效。
它只有一个输出端OUT，OUT可等效成触发器的Q端。
放电端（DIS）可看成由内部放电开关控制的一个接点，放电开关由触发器的反Q端控制：
反Q=1时DIS端接地；反Q=0时DIS端悬空。
此外这个触发器还有复位端R，控制电压端CV，电源端VCC和接地端GND。
这个特殊的R-S触发器有两个特点：
（1）两个输入端的触发电平要求一高一低：
置零端R即阀值端TH要求高电平，而置位端S即触发端TR则要求低电平。
（2）两个输入端的触发电平，也就是使它们翻转的阀值电压值也不同，当CV端不接控制电压是，对TH（R）端来讲，>2/3VCC是高电平1，<2/3VCC是低电平0；而对TR（S）端来讲，>1/3VCC是高电平1，<1/3VCC是低电平0。
如果在控制端CV加上控制电压VC，这时上触发电平就变成VC值，而下触发电平则变成1/2VC。
可见改变控制端的控制电压值可以改变上下触发电平值。
555震荡电路
参数计算：
1/T=1.44/（R1+2R2）C=2S
令C=100uF令R1=1KΩ,解得R2=3.1KΩ
设计的仿真图
3、时序逻辑电路的设计
画出的卡诺图如下：
Q3Q2Q1
AB
000
001
011
010
110
111
101
100
00
X
010
001
001
010
X
001
001
01
X
011
010
011
011
X
011
001
11
X
101
110
110
101
X
110
110
10
X
100
101
100
100
X
100
100
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。
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：
Q3Q2Q1
AB
000
001
011
010
110
111
101
100
00
011
010
001
001
010
011
001
001
01
011
011
010
011
011
011
011
010
11
101
101
110
110
101
101
110
110
10
101
100
101
100
100
100
100
101
Q1*的卡诺图化简：
Q3Q2Q1
AB
000
001
011
010
110
111
101
100
00
1
0
1
1
0
1
1
1
01
1
1
0
1
1
1
1
0
11
1
1
0
0
1
1
0
0
10
1
0
1
0
0
0
0
1
Q1*=Q3’（BQ2’+A’B’Q2）+Q3（A’BQ2+BQ2+A’Q1+B’Q2’Q1’）
根据JK触发器的特征方程得：
J1=BQ2’+A’B’Q2
K1’=BQ2+A’Q1+B’Q2’Q1’
Q2*的卡诺图化简：
Q3Q2Q1
AB
000
001
011
010
110
111
101
100
00
1
1
0
0
1
1
0
0
01
1
1
1
1
1
1
1
1
11
0
0
1
1
0
0
1
1
10
0
0
0
0
0
0
0
0
Q2*=A’Q3’Q2’+BQ3’Q2+A’Q3Q2+BQ3Q2’=Q2’（A’Q3’+BQ3）+Q2（BQ3’+A’Q3）
得到JK触发器的特征方程：
J2=A’Q3’+BQ3K2’=BQ3’+A’Q3
Q3*的卡诺图化简
Q3Q2Q1
AB
000
001
011
010
110
111
101
100
00
0
0
0
0
0
0
0
0
01
0
0
0
0
0
0
0
0
11
1
1
1
1
1
1
1
1
10
1
1
1
1
1
1
1
1
Q3*=A
得其特征方程为：
J3=AK3=A’
以上化简比较复杂，容易产生错误，这里化简是为了作比较，以上化简结果是最简的形式。
以上化简所对应的电路图如下：
因为本设计采用的又是另一种设计方案，故以上方法不再赘述。
在我们做这次设计中选用了逻辑转换器来代替化简，只要将真值表输入其中即可自动化简出结果，本设计采用此种化简。
逻辑转换器
逻辑转换图内部
其中A、B、C、D、E分别对应我们定义的ABQ3Q2Q1,只需在问号上输入对应状态的真值表即可。
五、总体电路设计仿真图
六、心得体会
在电子骰子的设计过程中发现了许多的问题，其实在选题后，已对题目的大体要求已经清晰，思路也构建的很快。
但是当我们仔细去想每一个具体设计时会发现很多不足，比如在选用555做延时和震荡的部分，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，于是我们带着疑问问老师，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，开始我们用的是手动化简，这个化简要求尽量简化，多次尝试后，决定用逻辑转换器（仿真中的部件）进行化简，不过因为化简的仍不是很满意，于是又进行了其他的化简方式，总之化简构成了整个设计的核心部分。
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，就像老师说的以后能有多少次这样的机会，这是值得珍惜的，为以后处理更深入的问题，打下了基础。
本设计中同时还存在其他的问题，比如说关于随机的问题，以老师的说法，在实际生产中会实现这种不确定的随机，而在我们的仿真中还是有些太过理想化。
由此我们可知，现实中的误差有时是可以利用的，而实际在真正生产中，除了考虑减少误差的方式，在另一个方式上还可以利用它的误差，将缺陷利用，我认为这是一个不错的思路。
这次设计多亏了老师的及时点拨。
七、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编闫石主编
电子设计从零开始（第二版）杨欣莱.诺克斯王玉凤刘湘黔编著
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