课程设计电子骰子绝对完整版.docx
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课程设计电子骰子绝对完整版
海南大学
电子技术课程设计
题目：
电子骰子的设计
学号：
********B027
姓名：
***
同组人员：
学号：
********B018
姓名：
***
专业：
08电子信息
指导老师：
***
日期：
2010年11月20日
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
1）方案一：
主要运用到：
单稳态电路、555压控振荡电路、六进制计数器、数码显示管以及开关电路。
仿真软件用到multisim。
思路：
单稳态：
用来制作延时开关电路，达到延时5秒的功能以及数字以0.5秒的时间间隔变化功能。
555压控振荡电路：
该电路输入是频率变化的电压信号，在电路仿真的过程中，我们发现，积分型单稳态触发电路（参考数字电子P469页），正脉冲触发，暂稳态输入为‘1’时，输出为‘0’；稳态输入为‘0’，输出为‘1’.在输入端接入一个脉冲信号后，虽然有延迟效果，但是即使开关断开后，数字依然会变化好长时间，与要求不符。
经过理论分析得出：
积分单稳态本身就有一个脉冲波，不论开关闭合还是断开，单稳态都会工作，并没有真正的停止输出。
一、方案论证
1、时钟信号源的选择
时钟信号源可采用石英晶体多谐震荡器和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、加法器的选择
该设计要用到一个八进制计数器，可采用由JK触发器组成的的加法器和由74LS160改装成的八进制计数器。
擦用74LS160芯片可使电路更加紧致，模拟实现时不容易出错，而JK触发器构成的加法器则要采用三个JK触发器，元件分散性大，且连接电路时容易出错。
于是我们去掉外加的脉冲信号接在555压控电路的后面，但是开关断开的同时数字也立即停止变化了，根本不存在延迟了，又与要求不符；从仿真的效果来看，用单稳态电路设计延时电路比较难以操作，很死板；因为在电路接通开关的同时，单稳态电路就开始了工作；断开开关时，也断开了脉冲触发，因此无法与后续元器件74LS160转换成六进制的电路实现触发计数功能，因而也不会出现数字的变化；与此同时，555压控振荡器的控制端也没有可变电压控制，也没法实现输出频率随电压的变化而变化。
综上所述的各种与实验的不符合状况以及不便性，所以该种方案实施起来比较难以实现功能，于是放弃了该种方案。
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。
于是就采用了第二方案用仿真软件multisim来进行仿真。
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两个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，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1~6的数字，且满足电子设计的功能要求。
1、555延时器（单稳态触发器）的设计及参数计算
因为延时时间t=5s，由模拟电子书上的公式t=RCln3即1.1RC=5s，令R=1MΩ，求得C=4.7uF.
2、用555振荡电路接多谐振荡器及其参数计算
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、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
010
11
X
101
110
110
101
X
110
110
10
X
100
101
100
100
X
100
101
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*=（B’Q2’+A’Q3’Q2+BQ3’Q2’+BQ3Q2）Q1’+（B’Q3’Q2’+A’Q3+BQ3’Q2’+BQ3Q2）
根据JK触发器的特征方程得：
J1=B’Q2’+A’Q3’Q2+BQ3’Q2’+BQ3Q2
K1’=B’Q3’Q2’+A’Q3+BQ3’Q2’+BQ3Q2
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。
这是JK触发器与门电路组成的输出电路：
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，得以控制三个输出端Q3、Q2、Q1随机的出现1—6中的任意一个，以此达到实验要求的随机性。
总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。
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。
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主编
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