电子产品设计报告《声光电子色子》.docx

1、电子产品设计报告声光电子色子“电子产品创作设计”技术报告题 目：关于声光电子“骰子”的研究小组成员：西安电子科技大学2014年10月关于声光电子“骰子”的研究摘 要：骰子是娱乐游戏的一种道具，可以用它来随机地选取16的数。本电路设计一个电骰子电路，该电路由电骰子的电路结构决定。电路由RC振荡电路、计数器电路、译码器电路、LED驱动电路、时钟控制电路五部分电路构成，其中计数器是整个电路的核心部分，而译码器在电路中没有采用原有的译码器，而用门电路来实现，是为了让电路更简。关键词：电子骰子 数字电路目 录引言 11 课程设计的目的 12 课程设计的任务与要求 12.1 课程设计的任务 12.2 课程

2、设计的要求 13 设计方案与论证 23.1 设计思路 23.2 方案选择 34 设计原理与功能说明 124.1 设计原理 125 单元电路的设计 145.1 脉冲电路 145.2 计数部分 185.3 显示部分 196 硬件的制作与调试 206.1 硬件的制作 206.2 电路的调试 217 总结 21参文献考 22附录1：总体原理电路图 23附录2：元器件清单 24引言骰子是娱乐游戏的一种道具，可以用它来随机地选取16的数。本电路设计一个电骰子电路，该电路由电骰子的电路结构决定。电路由RC振荡电路、计数器电路、译码器电路、LED驱动电路、时钟控制电路五部分电路构成，其中计数器是整个电路的核心

3、部分，而译码器在电路中没有采用原有的译码器，而用门电路来实现，是为了让电路更简。1 课程设计的目的(1)通过所学的有关数字电子技术知识设计出一个电路，有助于巩固和加强数字电子技术课程班的理论和知识。(2) 掌握电子电路的一般设计方法，了解电子产品研制开发过程。(3) 提高电子电路实验技能和仪器使用能力。(4) 掌握电路安装及调试方法和故障排除能力。(5) 学会撰写课程设计报告。(6) 学会查询手册及文献资料。2 课程设计的任务与要求2.1 课程设计的任务 设计一个电子色子，使其完成骰子随机置数的功能，使之能发生翻转并能显示1和10之间的某一个数字。2.2 课程设计的要求（1）电源选择12V。（

4、2）10盏LED放置在电路板上的位置和真实的骰子点数相同。（3）当开关闭合时10盏LED随机的翻转，当开关按下时10盏LED某一盏亮并显示某一个点数。3 设计方案与论证3.1 设计思路 电骰子的设计分为脉冲部分、数字生成部分和显示部分。脉冲部分可以用555定时器连接成的多谐振荡电路产生脉冲，数字部分需要采用计数器实现，计数器的功能是统计时钟脉冲的个数。 显示电路 脉冲信号 计数器图3-13.2 方案选择本方案的脉冲电路仍采用由555定时器构成的振荡电路。数字电路电路采用芯片CD4017。CD4017有10个输出端（Q0Q9）和1个进位输出端Q5-9。每输入10个计数脉冲，Q5-9就可得到1个进

5、位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。CD4017有3个输入端（MR、CP0和CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出Q0为高电平，其余输出端（Q1Q9）均为低电平。CP0和CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平，故可直接用做顺序脉冲发生器。CD4017的结构图如下图所示：图3-10 CD4017结构图CD4017的管脚图如下图所示图3-11 CD4017引脚图CD40

6、17的引脚功能 CD4017内部是除10的计数器及二进制对10进制译码电路。CD4017有16支脚，除电源脚VDD及VSS为电源接脚，输入电压范围为315V之外，其余接脚为：A、频率输入脚：CLOCK(Pin14)，为频率信号的输入脚。 B、数据输出脚：a、Q1-Q9(Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11)，为解码后的时进制输出接脚，被计数到的值，其输出为Hi，其余为Lo 电位。b、CARRY OUT（Pin12），进位脚，当4017计数10个脉冲之后，CARRY OUT将输出一个脉波，代表产生进位，共串级计数器使用。 C、 控制脚：a、CLEAR(Pin15)：清除脚或称复位(R

7、eset)脚，当此脚为Hi时，会使CD4017的Q0为”1”，其余Q1-Q9为”0”。 b、CLOCK ENABLE(Pin13)，时序允许脚，当此脚为低电位，CLOCK输入脉波在正缘时，会使CD4017计数，并改变Q1-Q9的输出状态。本方案的显示部分用LED显示，用十盏LED排成的色子点数和真实的色子点数一致，这样它能产生逼真的色子点数。4 设计原理与功能说明4.1 设计原理本电路由三部分组成，脉冲部分，数字部分，显示部分。由555定时器组成的脉冲部分产生矩形波，输出高电平和低电平。CD4017是十进制计数器，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就

8、是00、01、02、.09依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。CD4017的MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出00为高电平，其余输出端（009）均为低电平。如图所示图4-1 CD4017引脚图CD4017的1端，3端，4端，7端，10端接显示部分。由于4017输出的电流较小，无法驱动LED放光，其输出的电流经过三极管放大后可以驱动LED发光。当CD4017的管脚1为高电平的时候，它将会关闭上面的三级管9012同时开启驱动LED4的三级管9013，而其它的三极管保持关闭状态，只有LED4亮，显示的点数是1，连接管脚1的是一个10k的电阻网络，它们所产生的分压作用会对驱动

9、LED4的三级管基极电压产生影响。由于一个三级管所需要的开启电压仅为0.6V，此电路的设计对于开启电压留有足够的裕量，三极管仍然会导通。功能说明本设计电路是一个电子色子，LED在电路板上的位置和真实的色子不同，当开关闭合时，这些LED就会向真的色子那样一遍一遍的翻转起来，当开关断开时，LED就会立即停止翻转，并显示某一点数。5 单元电路的设计5.1 脉冲电路由555定时器构成的多谐振荡电路可以产生矩形波。 555电路的结构组成和工作原理 1)电路组成及其引脚图5-1 555电路结构图5-2 555定时器引脚图它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5K的

10、电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为和。C1和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接。 Vco是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01的电容器到地，起滤波作用，以消除外来

11、的干扰当T导，以确保参考电平的稳定。T为放电管，通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。(2)555电路的引脚功能触发阈值复位IS放电端输出H导通LH原状态H截止HL导通L由555定时器组成的多谐振荡器如图5-4所示 图5-4 555定时器构成的振荡电路设电容的初始电压Uc0，t0时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端VTHVTL=01/3VCC，比较器A1输出为高电平，A2输出为低电平，即RD=1，SD=0（1表示高电位，0表示低电位），R-S触发器置1，定时器输出Uo=1，此时Q=1，定时器内部放电三极管截止，电源VCC经向电容C充电，UC逐渐升高。当UC上升到1/3VCC

12、时， 输出由0翻转为1，这时RD=RS=1，R-S 触发顺保持状态不变。所以0tt1期间,定时器输出Uo为高电平1。t=t1 时刻，Uc上升到2/3Vcc，比较器A1的输出由1变为0，这时RD=0，RS=1，R-S 触发器复0，定时器输出Uo=0。 t1tt2期间，Q=0，放电三极管T导通，电容C通过R2放电。Uc按指数规律下降，当Uc2/3VCC时比较器A1输出由0变为1，R-S触发器的RD=SD=1，Q的状态不变，Uo的状态仍为低电平。 t=t2时刻，Uc下降到1/3Vcc，比较器A2输出由1变为0，R-S触发器的RD=1，SD=0，触发器处于1，定时器输出Uo=1。此时电源再次向电容C放

13、电，重复上述过程。通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出Uo=1，电容放电时Uo=0， 0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。振荡周期T=T1+T2。T1为电容充电时间，T2为电容放电时间。充电时间T1=（R1+R2）C20.7（R1+R2）C；放电时间T2=R2C20.7R2C； 矩形波的振荡周期T=T1+T2=2（R1+2R2）C0.7（R1+2R2）C。因此改变R1、R2和电容C的值，便可以改变矩形波的周期和频率。对于矩形波，除了用幅度、周期来衡量外，还有一个参数：占空比q，q=（脉宽tw

14、）/（周期T）。5.2 计数显示部分IC2是十进制分配集成电路，犹豫期复位端R接有C3，R6微分电路，在通电开始进行清零。平时，按钮处于断开状态，故虽有时钟脉冲输入，但由于IC2接地回路不通，故发光二极管不亮。当掷骰子时，CD4017的接地回路接通LED0-7中的一个发光点亮，与此同时，因VT1饱和导通，其集电极的电压仅为0.3V左右，即时，集成电路555的强制复位端4脚的电压低于0.4V ，使电路处于复位状态，振荡终止，555不再有脉冲输出，从而使CD4017输出高电平保护不变，与之相连的LED点亮，按LED1-10顺序编成 1-10的数字，依据参加游戏者按钮，即可决定谁胜谁负。图5-5 计

15、数显示部分电路图 6硬件的制作与调试6.1 硬件的制作电子电路要达到设计要求，不仅取决于电路原理图的正确设计，而且还与电路安装的合理性 密切相关。本设计电路的电路板选取15cm*9cm的电路板，在此电路电路板焊接此电路空间足够大。在布放元器件时 ，采用了先布放高度低的元件，这样有利于焊接的方便。元件大都布放在电路板的中间位置，且比较分散，有利于发热元器件的散 热。相关电路部分就近安放，避免了走远路，绕弯子。元件在焊接过程中，距离较近的元件直接用锡连接了起来，距离较远的元件用导线连接。焊接时，触点需要连接导线的地方锡用的比较多点。最后焊上电池盒，检查电路是否焊接错误，安上2个串联的4节5号电池盒

16、，输出12v电压。6.2 电路的调试把电子元器件连接起来，实现特定功能的关键一步是调试。在电路通电之前我们对电路进行了细致的检查，我们比照原电路图检查一个元部件，看元器件是否正负极焊接反向； 在通电后，我们发现只有1个LED都亮，而且隔一段时间亮，经过查阅资料和请教老师与同学后我们发现是波产生的频率太快了，找到问题后，我们把电位器rp1的阻值调成了50k，换成后通电，LED正常显示起来。总结经过一个星期的努力研究，每一次突破，都给我们带来喜悦。最终我们小组获得成果，一个星期来的汗水没有白流，我们不仅收获了做电路设计和仿真上的经验，同时也收获到享受成功时的那份心情，从苦到甜。经过这次课程设计，我

17、们系统地利用了电路，模拟电子技术和数字电子技术的知识，将三门学科有机地结合起来，增强我们的理论知识，因为在课堂上我们只是学习单一的一门学科，没有将几门学科结合起来，虽然各自的学科学习掌握的情况还不错，但是一旦遇到需要综合应用各个学科的知识时，我们通常会表现的手足无措。经过这次课程设计，我们把平时支离破碎的知识进行了整合，做到了融会贯通。在这次设计过程中我们遇到很多麻烦，但我们不抛弃不放弃，依然潜心专研，团结合作。通过这次课程设计，我对数字电子技术有了更深的理解，巩固了我以前所学的数字技术知识，让我深深地体会到了团队的共同协作的重要性，也使我认识到自己的动手能力和解决问题的能力急需提高。参文献考

18、1 江晓安 董秀峰.模拟电子技术第三版M. 西安：电子科技大学出版社.2008.32 江晓安 董秀峰 张军 杨颂华.数字电子技术第三版M. 西安：电子科技大学出版社.2008.63 陈明义 电子技术课程设计实用教程第三版M. 长沙：东南大学出版社.2009.附录1：总体原理电路图附录2：元器件清单序号 参数 数量NO.1 RP1 电位器 510k 1个NO.2 电阻 20k 1 个NO.3 电阻 100kNO.4 电阻 10k 2个NO.5 电阻 1k 1个NO.6 电阻 91k 1个NO.7 电阻 220k 1个NO.8 电阻 330 1个NO.9 电解电容 10uF 1个NO.10 电容 0.01uF 1个NO.11 电容 0.1uF 1个NO.12 电解电容 220uF 1个NO.13 三极管9013 1个NO.14 5mm放光二极管 10个NO.15 YD57-2扬声器 1个NO.16 VDW-2CW51- 3V二极管 1个NO.17 轻触开关 1个NO.18 ne555定时器 1个NO.19 CD-4017十进制计数器 1个NO.20 KD-56020音乐芯片 1个NO.21 8针插孔 1个