电子骰子相关资料.docx

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电子骰子相关资料

电子骰子的制作

学习目标：

1、理解电子骰子基本工作原理，增强学生对脉冲和数字电路的应用。

2、加深对模拟电路、计数电路、解码电路和七段码驱动电路的原理理解。

3、通过工件制作增强学生动手能力和调试能力。

电子骰子电路工作原理：

1、电路工作原理。

（电子骰子原理图之一分析）

由V1、V2组成多谐振荡器，开关断路时，振荡器工作，其输出方波送入LS740014脚进行计数经7490送出的计数电压Q1Q2Q3送入7447译码器进行解码，因解码后的电压为低电平，无法直接驱动LS547，7段码不能显示，故用7只NPN管子组成的驱动电路，从而达到显示7段码的作用。

由于输出电压仅为Q1Q2Q3故只能显示6位数，当输出电压Q1Q2Q3均为1时，LS7430芯片8脚输出为低电平V3截止，LS7490的复位端2、3脚高电平有效，7段码不再计数，在多谐振荡器工作时，由于频率较高，人眼不能直接观察到0—6循环数字，只是一个微微闪烁的日。

当开关闭合V2立即截止，振荡器停止工作，则计数器也停止计数，电路处于暂时停止状态，7段码显示数字为0—6的随机数也无规律故称电子骰子。

2、电路工作原理方框图

（二）典型单元电路

1、自激多谐振荡器：

多谐振荡器是由RC耦合的二级放大器组成，输出端回接到输入端，电路自动同步工作，接通电源后，由不平衡及热噪声使电路起振。

电路的状态为：

如果晶体管V1导通，则集电极上的电压只是约50mV—200mV的饱和压降UCEsat（低电平L）。

这个电压通过R3到达晶体管V2的R2加在V1的基极上，使V1保持导通。

如果通过输入端E1在V1的基极上作用一个负的脉冲电压，则相对于发射极为正并且使V1截止。

这时该管集电极上的电压将跳变成+Ub。

晶体管V2的基极通过这个电压的作用相对于发射极的正并且变为导通，使V2的集电极电压现在只是饱和电压UCEsat。

于是使得UBE1近似为0V，并使V1在触发脉冲结束之后仍保持截止。

即整个电路进入一个新的状态。

如果将一个负的脉冲电压作用在E2上，那么触发器就翻转到原来的状态。

这个脉冲将使V2截止，U2c跳变到+UB，UBE1变为正值，V1导通，Uce1突然下降到约为0V，并通过R3使约为一个负的Uc1，所以V2截止。

与此同时，C2通过R4和V1导通的基极—发射极区由Ub进行充电，现在输出为高电平。

C1在放电之后，又被进行反方向的充电，当充电至约0.7V时，V2导通，并使得输出端的C2接地，这时电压Uc2反向地作用在V1的基极—发射极之间，因此使得V1又被截止。

这是C2开始放电，以后又被反方向充电，直至UBE1约为+0.7V时，电路再次被触发翻转。

多谐振荡器电路周期性地在两种状态之间进行转换，其输出电压信号近似地为矩形波电压。

在晶体管截止期间，反馈电容的转换充电时间τ和τp取决于电容器和基极电阻的数值。

大约在69%的充电时间常数τu≈R1·C1后，电路重新发生翻转。

当τp>5R3C1，τ>5R4C2，Ub》UBE和基极—发射极反向电压UBER<7V时：

如图所示的多谐振荡器电路中，输出电压u1通过Rk对C0充电。

当电容器上的电压上升到一定数值时，输出电压u1的方向被变换，而放大器则是以相反方向来进行调制的。

输出电压的变换对电容器起到了交变充电的作用，所以电路能重复翻转，输出为方波脉冲。

2、计数器工作原理

a.计数器原理

在电子设备中，在数字逻辑系统中，计数器是基本部件之一，它能累计输入脉冲的数目，就像我们数数一样，1，2，3，……最后给出累计的总数在本电路中我们采取最常用的8421码编码方式，是取四位二进制数前面的“0000”~“1001”来表示十进制的0~9十个数码，而去掉后面的“1010”~“1111”六个数。

也就是计数器计到第九个脉冲时再来一个脉冲，即由“1001”变为“0000”。

经过十个脉冲循环一次。

本芯片由4块JK触发器组成，输出端由Q1、Q2、Q3、Q4组成，本来按四组JK触发器输出后原有0—15计数，但LS7490内部已设计定局为0—9计数。

74LS90计数器的状态表

3.译码器电路：

（a）.译码器原理

译码器是二进制代码（输入）按其编码的原理译成对应的信号或十进制数码（输出）

七段译码显示器的功能是把“8421”“二—十”进制的代码译成对应数码的七个字段信号，驱动数码管，显示出相应的十进制数码。

如果用共阳极数码管，则七段显示译码器的功能见表所示。

若用共阴极数码管则输出状态相反。

即1和0对换。

其中：

脚1、2、6、7——BCD码输入端

脚9、10、11、12、13、14、15——七段码输出端，输出为低电平

脚3——置低电平时实现数码管全亮（测试专用引脚）

脚4——置低电平时，全暗，高电平时，全亮

脚5——灭0输入端。

脚16——电源正极

脚8——地（备注：

本芯片输出端低电平有效）

74LS47七段译码器的功能表

4.复位电路工作原理：

当74LS90输出端QA，QB，QC都输出高电平呈“1”时74LS30集成块8

脚输出为低电平，呈“0”，因此V3截止，在V3集电极输出为高电平，驱动74LS90

的2、3脚（高电平有效），复位。

b.74LS7430（复位用芯片），引脚排列图

其中：

脚1、2、3、4、5、6、11、12——8个输入端

脚8——输出端

脚14——电源正极

脚7——接地

其值表达式为：

5.半导体数码管

a.半导体数码管工作原理

半导体数码管（LED数码管）当外加正向电压时，就能发出清晰的光线

单个PN结可以封装成发光二极管，多个PN结可以按分段式封装成半导体数码

管，发光二极管的工作电压为1.5V~3V，工作电流几毫安到十几毫安，寿命很长。

半导体数码管将十进制数码分成七个字段，每段为一个发光二极管，选择

不同字段发光，可显示不同字形。

例如：

当a.b.c.d.e.f.g.七个字段全亮时，显示

出8；当b.c.段亮时，显示出1。

七段数码管有七个发光二极管，其接法有共阴，共阳二种，见图：

共阴极某一字段接高电平发光，共阳极某一字段接低电平发光再使用中每

个管子必须串接限流电阻，在本电路中用共阴极显示器其限流电阻为330Ω，即

三极管集电极负载电阻。

b.LTS547七段码显示器管脚排列；

其中：

脚a.b.c.d.e.f.g为7段输入端

备注：

1共阳极是7段码上二极管正极共同接在一起

2共阴极是7段码上二极管阴极共同接在一起

三.电子骰子工件电路的安装

1.元器件的准备和识别

a.认识集成电路74LS90、74LS30、74LS74和七段码显示器的引脚排列和缺口标记相对应的位置，找出电源和接地的引脚。

b.识别电阻的色环参数，电容器的参数，并用万用表检查验证。

c.识别三极管的极性，判定其好坏

d.用万用表检查开关好坏。

2.电路板设计安装要求

a.电路板设计在有31脚排插的多孔板上，其宽有37孔，长有58孔（孔距为1mm）

b.元器件排列整齐，集成块座。

电阻须贴面安装，电容、三极管引脚在多孔板上的高度即为元件本身的高度，见图

c.开关必须用螺母牢牢固定在多孔板上

d.31脚排插1脚为+5V，31脚为0V

3.走线要求

a.镀银铜丝要拉直进行焊接

b.在转弯处要拉直角并加点

c.引线必须朝孔的中心走，为防止松动线每超过10孔必须加点

4.焊接要求

a.在焊接前元件引脚必须用剪刀或刀片刮掉氧化物

b.元器件去掉氧化物后要上锡，焊剂必须用中性焊剂（常用为松香）

c.焊点应该光亮圆滑，焊接温度适宜，应无漏焊、错焊、虚焊和假焊

d.拨动开关引脚不宜焊接时间太长，开关引脚会因温度过高松动而坏。

四.电子骰子调试及功能检查

1.通电前先用万用表R*1或R*10档测电源两端电阻应大于400欧

2.检查集成块是否反插入，电源正负极是否接错，是否在额定工作电压

3.正常功能显示为当振荡器停振时显示器能正常无规律显示0，1，2，3，4，5，6这7位数字，不能断码。

五.电子骰子工件故障排除方法及技巧

1.电子产品的维修是一项技术性较强的工作，它既要对电路组成及元件的作用、功能进行系统或基本上的了解，还要具备严谨、细致的工作作风，而且更要紧的还是能够理论联系实际，要学会解决问题的真本事。

2.粗糙的焊接、装配工艺是产生故障的最大隐患：

在装配焊接中，往往由于元器件引脚过长造成的短路，由于元器件引脚氧化而造成的假焊，由于铜箔板的氧化而造成的虚焊，在装配焊接的过程中，印制板跌落过而造成的印制板隐裂而开路。

更有甚者，在焊接过程中，为顾及焊点光亮，31脚排插尚未完全插入多孔板而造成电源无法接通。

3.维修思路，弄清故障发生的经过与故障现象：

a.要熟悉电路工作原理，了解使用情况和故障发生的经过，观察得越仔细越好，为维修提供第一手资料。

这样能大大减少误判、错判，少走弯路，从而提高维修效率。

b.检查分析找出故障点，再对故障现象与可能发生故障的部位已经有了一定的了解和认识的前提下，就可以有针对性地对故障点进行检测，在检测过程中，用万用表及仪器检查其元件损坏情况，最终排除故障。

在修理中，最忌讳的时盲目乱拆。

往往会因而造成第二故障。

4.维修换件，恢复功能

各种故障一般都是由于故障点的元件变质或损坏引起参数变化或元件不能工作而造成的。

对于可调元件则需要通过重新调整使电路恢复工作，有的元件可以通过修理，再重新调整后可使故障现象消除，而有的元件则要更换后才能使电路正常工作。

在更换元件时要求使用原型号原规格的。

一般不能随意加大规格，更不能随意减小规格。

如要求涤纶电容的，你不能用电解电容代替，如高频电容损坏，不能用低频电容代替，三极管明明时达林顿的，不能用普通三极管代替……由于忽略元件参数错误的代替而造成两次故障的，也屡见不鲜。

以下有三张电子骰子故障寻迹图供在排除故障时参考使用。

电子骰子故障寻迹图之一：

电子骰子故障寻迹图之二：

电子骰子故障寻迹图之三：

六.思考题

1.若用LTS546代替LTS547工作，电路将作如何改动。

2.若要实现0—9计数，电路又作什么改进

3.由于本电路为0—6的电子骰子，其中奖率为七分之一，如果要作一个得奖率为两千分之一的电子骰子，电路又如何设计

4.目前采用七段码发光二极管显示，如果采用24伏灯泡并联起来作显示，取代七段码，电路又作何改进