电骰子的设计与制作(电子电工课设)Word文件下载.doc

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1内容摘要--------------------------------------------------------------3

2设计内容及要求--------------------------------------------------------3

3设计思路--------------------------------------------------------------4

3.1系统框图---------------------------------------------------------4

3.2完整电路图-------------------------------------------------------4

3.3电路的工作原理---------------------------------------------------4

4设计过程--------------------------------------------------------------6

4.1脉冲源-----------------------------------------------------------6

4.2控制电路-----------------------------------------------------------------10

4.3显示电路-----------------------------------------------------------------14

5组装电路-----------------------------------------------------------------------16

5.1使用的主要仪器和仪表---------------------------------------------------16

5.2调试电路的方法和技巧---------------------------------------------------16

5.3调试中出现的故障和原因及排除方法--------------------------------------17

6心得体会-----------------------------------------------------------------------17

7参考文献-----------------------------------------------------------------------18

8系统需要的元器件列表---------------------------------------------------------18

9附表---------------------------------------------------------------------------19

电骰子的设计与制作

1内容摘要

此次课程设计的内容是电骰子的设计与制作，这个电路要求按下开关后LED能从1-6随机显示一个数。

在设计过程中，显示器采用的是七段共阴极数码管；

译码部分采用集成芯片74LS48；

脉冲信号部分原本准备用晶振来做，但实验发现用晶振做的脉冲信号极不稳定，甚至用手碰一下都会影响其频率，后来经过我们组的讨论，一致同意用555定时器连接成的多谐振荡器来做脉冲源，而且事实也证明用555定时器做的脉冲源比用晶振做的稳定性好多了，基本上不受外界的干扰，稳定性极好；

控制部分也就是计数器部分是本次课程设计的核心和难点，我们在上面花了大量的时间和精力，可以用集成计数器40192和三输入与非门74LS10组合控制，也可以集成计数器74LS161和两输入与非门74LS00组合控制。

同时我们在原有设计电路的基础上做了一定的创新尝试，如用一个开关控制多个数码管分别随机显示一个数，即多个骰子的情况；

我们也尝试用单片机做了一下，实验结果也非常令人满意，实验都很成功。

最后，我们综合考虑了设计的复杂程度、元器件的价格、是否易于实现以及电路的稳定性等多方面的因素，选择了一种最优的设计方案。

在电路实现的过程中，我们吸取了不断接线失败的经验教训，最后终于得以完成接线，完成了本次课程设计的所有内容，同时也受益匪浅，学到了很多经验，我相信这次课程设计肯定会为我们以后的学习和工作奠定坚实的基础。

2设计内容及要求

2.1初始条件

（1）利用已学的模拟电路、数字电路以及电路的知识

（2）面包板、万用表、电源、相关元器件、导线等

2.2要求完成得主要任务

（1）用一个开关代替掷骰子

（2）按下开关则LED从1-6随机显示一个数

（3）用七段LED显示点数

（4）提出两种设计实现方案，并优选方案进行设计

（5）按要求写出详细的设计报告，并计算元件参数，包括选择元件的原理，参数确定的理论依据及相关的电路图等

3设计思路

3.1系统框图

本设计最关键的一是脉冲源的产生，二是循环方式的实现和控制，大致的系统框图如图3-1所示。

显示器

译码器

计数器

脉冲信号

图3-1系统框图

3.2完整的电路图

用集成计数器40192和三输入与非门74LS10组合控制的完整电路图如图3-2所示。

用集成计数器74LS161和两输入与非门74LS00组合控制的完整电路图如图3-3所示。

3.3电路工作原理说明

如图3-2所示，右侧部分是由555定时器构成的多谐振荡器产生的脉冲源，送到集成计数器40192使其完成加计数，其输出通过数码管驱动器74LS48连接到数码管，将数字显示出来，当集成计数器40192计数到“7”时，将其三个高电平输出端通过一个

图3-240192与74LS10组合控制的完整电路图

图3-374LS161与74LS00组合控制的完整电路图

三输入与非门74LS10反馈到集成计数器40192的异步置数端置“1”完成循环，由于脉冲源的频率较大，肉眼不能识别数码管上的数在不停得从1到6循环，因此可以认为数码管上显示的数是随机数。

如图3-3所示，右侧部分也是由555定时器构成的多谐振荡器产生的脉冲源，送到集成计数器74LS161使其完成加计数，其输出通过数码管驱动器74LS48连接到数码管，将数字显示出来，当集成计数器74LS161计数到“6”时，将其两个高电平输出端通过一个两输入与非门74LS00反馈到集成计数器74LS161的同步置数端置“1”完成循环，由于脉冲源的频率较大，肉眼不能识别数码管上的数在不停得从1到6循环，因此可以认为数码管上显示的数是随机数。

4设计过程

4.1脉冲源

由于要求骰子掷出后从1-6随机显示一个数，为了实现随机这个功能，脉冲的频率就应该尽可能的大，但也不能太大，因为太大后数码管上将看不到数字在跳动，而是只能看到一个“8”。

本方案采用的脉冲频率大约为10Hz，脉冲电路可以由555定时器连接多谐振荡器产生，由于所有的方案都采用一样的频率，所以后面的方案中没有脉冲产电路。

555定时器的内部结构和管脚图分别如图4-1和4-2所示。

图4-1555定时器内部结构

图4-2555定时器管脚图

如图4-1所示电路中，4端输入低电平时，基本RS触发器置“0”，三极管导通；

4端输入高电平时，基本RS触发器处于正常工作状态，其输出状态取决于C1和C2输出状态的组合。

当Q端输出高电平3输出低电平时，晶体管T截止；

当Q端输出低电平3输出高电平时，晶体管T导通。

在5端开路或者未加基准电压，4端外加高电平时，C1和C2运算放大器构成的电压比较器的基准电压分别为2/3Vcc和1/3Vcc。

若2端的输入信号电压小于1/3Vcc，则C2运算放大器构成的电压比较器输出电压很低，接近于零点几伏电压（定义为低电平），对基本RS触发器置“1”；

若2端输入信号电压大于1/3Vcc，则C2运算放大器的输出电压接近于电源电压（定义为该电平）。

若6端的输入信号电压小于2/3Vcc，则C1运算放大器构成的电压比较器输出电压接近于电源电压（定义为高电平）；

若6端的输入信号电压大于2/3Vcc，则其输出电压很低，接近于零点几伏电压（定义为低电平），对基本RS触发器置“0”。

因此，集成运算放大器的工作状态如下：

（1）同时输出高电平（6端输入小于2/3Vcc，2端的输入大于1/3Vcc），将使基本RS触发器处于保持工作状态。

（2）同时输出低电平（6端输入大于2/3Vcc，2端的输入小于1/3Vcc），将使基本RS触发器处于不定工作状态。

这种情况下基本RS触发器的两个输出端同时输出高电平，晶体管截止。

（3）集成运算放大器的C1输出高电平，C2输出低电平（6端输入小于2/3Vcc，2端的输入电压小于1/3Vcc），将使基本RS触发器处于置“1”工作状态，晶体管截止。

（4）集成运算放大器的C1输出低电平，C2输出高电平（6端输入大于2/3Vcc，2端的输入电压大于1/3Vcc），将使基本RS触发器处于置“0”工作状态，晶体管导通。

为保证电路可靠工作，通常应该避免出现同时输出低电平（6端输入大于2/3Vcc，2端的输入电压小于1/3Vcc）的工作状态。

若5端外加信号电压，只是使电压比较器的基准电压值发生变化，而其他的工作原理仍然保持上述的基本形式。

555定时器一般情况下具有较强的带负载能力。

双极型三极管构成的555定时器输出电流可以达到20mA。

CMOS管构成的定时器负载电流在4mA以下。

电源电压范围也较宽，在5到16V之间都可以安全工作。

因此，555定时器使用比较灵活，应用范围比较广泛。

用555定时器产生10Hz脉冲电路如图4-3所示。

图4-3555定时器产生10Hz脉冲电路

该电路图中引脚3是脉冲的输出端，是5V直流电源的正极。

这是用555定时器构成的多谐振荡器电路产生10Hz脉冲。

当电路接通瞬间，C1两端没有存储电荷。

两端的电压为零，555定时器的2和6端输入电压为0，即出现6端输入电压小于2/3Vcc，2端的输入电压小于1/3Vcc的情况，集成运算放大器的C1输出高电平，C2输出低电平，基本RS触发器置“1”工作状态，输出信号为高电平，使晶体管截止，电源Vcc经R1，R2和C1到公共端对电容C1充电。

这种情况一直维持到C1的两端电压略超过2/3Vcc。

当C1的两端电压略超过2/3Vcc时，出现6端输入电压大于2/3Vcc，2端输入电压大于1/3Vcc的情况，集成运算放大器的C1输出大低电平，C2输出高电平，基本RS触发器处于清零工作状态，