電子骰子的制作

1、目錄摘要-2前言-3第一章 設(shè)計(jì)要求 -41.1基本要求 -41.2提高要求 -4第二章 系統(tǒng)的組成及工作原理-52.1系統(tǒng)的組成框圖-52.2系統(tǒng)的工作原理-5第三章 電路設(shè)計(jì)-63.1方案的選擇-6方案一-63.1.2方案二-7確定方案-83.2單元電路設(shè)計(jì)-83.2.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的設(shè)計(jì)-83.2.2多諧振蕩器的設(shè)計(jì)-93.2.3時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)-103.2.4方波發(fā)生器-133.2.5仿真電路展示-13第四章 電路實(shí)驗(yàn)與調(diào)試-144.1焊接-144.2調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決-14第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)-15參考文獻(xiàn)-16附錄（元器件清單）-16摘要電子制作是一項(xiàng)實(shí)踐活動(dòng),它是理論與實(shí)踐結(jié)合

2、的過程。其中,包含著設(shè)計(jì)的創(chuàng)新、工藝的創(chuàng)意、外觀的優(yōu)美等.許多工程技術(shù)人員、教師、學(xué)生用他們的智慧把小小器件精心設(shè)計(jì),就能變成給工作和生活增添無窮樂趣的制作項(xiàng)目。正因?yàn)殡娮又谱饔猩衿嬷?電子愛好者始終對(duì)電子制作賦有激情。特別是現(xiàn)在中學(xué)、職業(yè)院校以及大學(xué)都在提倡學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐。該課程設(shè)計(jì)介紹了數(shù)碼顯示電子骰子電路的組成、設(shè)計(jì)及功能。電路由常見的74LS系列集成電路芯片和555芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。該電子骰子除了具有基本的數(shù)字隨機(jī)變化功能外，還具有延時(shí)和數(shù)字變化具體化要求等功能。閉合開關(guān)后數(shù)碼顯示管顯示數(shù)字16隨機(jī)變化，數(shù)字變化時(shí)間間隔可控，斷開開關(guān)后還可繼續(xù)變化5秒左右停止變化，避免人為因素干擾骰子結(jié)果

3、。通過課程設(shè)計(jì)提高并鞏固所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，以及知識(shí)的綜合應(yīng)用和焊接技術(shù)。關(guān)鍵詞: 電子骰子 隨機(jī) 延時(shí) 時(shí)間可控前沿進(jìn)入21世紀(jì)以來，越來越多的電子產(chǎn)品橫掃商業(yè)市場(chǎng)。各式各樣的電子小產(chǎn)品不光給人們的生活、學(xué)習(xí)以及工作增添了無限樂趣，更帶來了諸多便利。在日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)中，不斷的有電子產(chǎn)品出現(xiàn)和消失在人們的生活中，電子產(chǎn)品的質(zhì)量、性能也在不斷的提高與改進(jìn)。電子產(chǎn)品在無形中已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分。今天隨著科技的不斷進(jìn)步，電子骰子的制作也更加追求精益求精。電子骰子保留了普通骰子滾動(dòng)時(shí)隨機(jī)選擇面朝上顯示的數(shù)字16的作用要求，電子元器件更提供了視覺娛樂效果。如今在市場(chǎng)上銷售的電子骰子大多采用可編

4、程邏輯元器件，或利用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)主要利用常見的74LS系列集成電路芯片和555芯片，并通過劃分功能模塊進(jìn)行各個(gè)部分的設(shè)計(jì)，最后完成了電子骰子的總設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)主要由兩個(gè)方波發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率的輸入信號(hào)達(dá)到數(shù)字隨機(jī)變化的要求，再由555定時(shí)器組裝成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器達(dá)到斷開電源后延時(shí)5秒的作用達(dá)到隨機(jī)效果。另外由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器控制數(shù)字變化時(shí)間間隔，最后由一個(gè)數(shù)碼顯示管顯示隨機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字。對(duì)數(shù)字變化有進(jìn)一步要求也可以通過邏輯時(shí)序電路實(shí)現(xiàn)。電子骰子的設(shè)計(jì)根據(jù)要求不同可以設(shè)計(jì)成各式各樣的效果運(yùn)用于大舞臺(tái)娛樂觀眾！ 第一章 設(shè)計(jì)要求1.1 基本要求（1） 當(dāng)將開關(guān)閉合的時(shí)候，電

5、子骰子隨機(jī)變化，從16，每隔0.5秒左右變化一次；（2） 在變化過程中，1的相鄰變化狀態(tài)不能是6,2的相鄰變化狀態(tài)不能是5,3的相鄰的變化狀態(tài)不能是4；（3） 當(dāng)開關(guān)斷開后，繼續(xù)工作5秒左右停止變化。1.2 提高要求（1） 對(duì)電路進(jìn)行仿真和調(diào)試；（2） 回歸課本將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)復(fù)習(xí)一遍；（3） 在制作過程中發(fā)現(xiàn)問題并能解決問題。第二章 系統(tǒng)的組成及工作原理2.1 系統(tǒng)的組成框圖開關(guān)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（延時(shí)5秒）多諧振蕩器（控制時(shí)間間隔0.5秒）數(shù)碼顯示管（顯示結(jié)果）方波發(fā)生器、JK觸發(fā)器（產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)實(shí)現(xiàn)16隨機(jī)輸出）2.2 系統(tǒng)的工作原理如圖所示，由開關(guān)控制整個(gè)電路的運(yùn)行。采用555定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)觸

6、發(fā)器達(dá)到斷開開關(guān)后延時(shí)5秒左右停止變化的要求。同時(shí)再用555定時(shí)器接成多諧振蕩器得以達(dá)到數(shù)字變化時(shí)間間隔是0.5秒的要求；這樣的組合，器件值可根據(jù)條件來修改，使得結(jié)果和時(shí)間比較精確，誤差小。然后用到方波發(fā)生器與JK觸發(fā)器組成的時(shí)序邏輯電路的組合，列出卡諾圖，除去不必要顯示的數(shù)字，同時(shí)也能對(duì)數(shù)字變化做進(jìn)一步的要求。用交錯(cuò)的隨機(jī)方波信號(hào)，達(dá)到1-6的隨機(jī)輸出。 第三章 電路設(shè)計(jì)3.1 方案的選擇 方案一主要運(yùn)用到：555組成的單穩(wěn)態(tài)電路、多諧振蕩電路，74LS161六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，數(shù)碼顯示管以及開關(guān)電路。仿真軟件用到mu ltisim。思路：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)電路用來制作延時(shí)開關(guān)電路，達(dá)到延時(shí)5秒的功能。多諧振

7、蕩電路實(shí)現(xiàn)以0.5秒的時(shí)間間隔變化功能。六進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)字16隨機(jī)變化的功能。1. 時(shí)鐘脈沖的選擇時(shí)鐘脈沖可采用石英晶體多諧振蕩器和555定時(shí)器。555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路，能極方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以555定時(shí)器在波形的產(chǎn)生與交換、測(cè)量與控制、家用電器等方面廣泛應(yīng)用。雖然石英晶體多諧振蕩器的諧振頻率很穩(wěn)定，但考慮到仿真的簡(jiǎn)單快捷該設(shè)計(jì)選擇555定時(shí)器。2. 六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的選擇該設(shè)計(jì)要用到一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可采用由JK觸發(fā)器組成的計(jì)數(shù)器和由74LS161構(gòu)成的六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。采用74LS161芯片可使電路更加緊致，模擬實(shí)現(xiàn)

8、時(shí)不容易出錯(cuò)，在使用74LS161芯片時(shí)，將ENP和ENT分別接高電平，將時(shí)鐘脈沖接到CLK端，這樣計(jì)數(shù)器就實(shí)現(xiàn)了加法計(jì)數(shù)功能。3.1.2 方案二采用555定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器達(dá)到工作5秒左右停止變化的要求；同時(shí)在用555定時(shí)器接成多諧振蕩器得以達(dá)到數(shù)字變化時(shí)間間隔是0.5秒的要求；這樣的組合，器件值可根據(jù)條件來修改，使得結(jié)果和時(shí)間比較精確，誤差小。然后用到JK觸發(fā)器組成的時(shí)序邏輯電路與方波發(fā)生器的組合，列出卡諾圖，除去不必要顯示的數(shù)字，比如說0、7.用交錯(cuò)的隨機(jī)方波信號(hào)，達(dá)到1-6的隨機(jī)輸出。 確定方案使用74LS161時(shí)不能實(shí)現(xiàn)從一到六的隨機(jī)變化，不符合實(shí)驗(yàn)要求。所以方案一實(shí)施起來比較難

9、以實(shí)現(xiàn)功能，于是放棄了該種方案。于是就采用了第二方案用仿真軟件multisim來進(jìn)行仿真。3.2 單元電路設(shè)計(jì)電路的基本原理 ：通過555延時(shí)器的輸出端控制555振蕩電路，信號(hào)的發(fā)生部分一共用了兩個(gè)555集成電路。將輸出的脈沖作為JK觸發(fā)器的同步時(shí)鐘脈沖部分。同時(shí)兩個(gè)方波發(fā)生器加在A、B這兩個(gè)控制端，將這個(gè)時(shí)序邏輯部分的輸出接入到數(shù)碼顯示管，使它顯示16的數(shù)字，且滿足電子設(shè)計(jì)的功能要求。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的設(shè)計(jì)因?yàn)檠訒r(shí)時(shí)間t=5s，由公式t=RCln3即1.1RC=5s，令R=1M，求得C=4.7uF。多諧振蕩器的設(shè)計(jì)555多諧振蕩電路參數(shù)計(jì)算：T=（R3+2R4）Cln2,令T=0.5S,其中C=

10、100nF，令R3=100K,則R4=177K。仿真圖如下：3.2.3、時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)畫出的卡諾圖如下：Q3Q2Q1AB0000010110101101111011000 0 X010001001010 X0010010 1 X011010011011 X0110101 1 X101110110101 X1101101 0 X100101100100 X100101上表是根據(jù)設(shè)計(jì)中對(duì)電子骰子的功能要求而畫出的狀態(tài)表，其中A、B是我們加入的狀態(tài)控制的脈沖信號(hào)，用以控制其次態(tài)的顯示。由于有兩種狀態(tài)是不符合條件的（0和7），為此我們?cè)O(shè)計(jì)它的自啟動(dòng)，在設(shè)計(jì)自啟動(dòng)時(shí)又要考慮它的化簡(jiǎn)，通過嘗試的以下狀

11、態(tài)表： Q3Q2Q1AB0000010110101101111011000 00110100010010100110010010 10110110100110110110110101 11011011101101011011101101 0101100101100100100100101Q1的卡諾圖化簡(jiǎn)： Q3Q2Q1AB0000010110101101111011000 0101101110 1110111101 1110011001 010100001根據(jù)JK觸發(fā)器的特征方程得：J1=AQ2Q3+BQ2Q3+BQ2K1=BQ2Q3+AQ3+BQ2Q3 Q2的卡諾圖化簡(jiǎn)： Q3Q2Q1AB0

12、000010110101101111011000 0110011000 1111111111 1001100111 000000000Q2=AQ3Q2+BQ3Q2+AQ3Q2+BQ3Q2=Q2(AQ3+BQ3)+Q2(BQ3+AQ3)得到JK觸發(fā)器的特征方程：J2=AQ3+BQ3 K2=BQ3+AQ3Q3的卡諾圖化簡(jiǎn) Q3Q2Q1AB0000010110101101111011000 0000000000 1000000001 1111111111 011111111Q3=A得其特征方程為：J3=A K3=A這是JK觸發(fā)器與門電路組成的輸出電路： 3.2.4、方波發(fā)生器采用兩個(gè)方波發(fā)生器分別代

13、表A、B兩個(gè)信號(hào)輸入端：前提是兩個(gè)輸入端方波信號(hào)的頻率必須岔開，以合適的周期差實(shí)現(xiàn)A、B兩個(gè)信號(hào)的隨機(jī)出現(xiàn)，從以上卡諾圖的化簡(jiǎn)可以看出不同的隨機(jī)信號(hào)將對(duì)輸出產(chǎn)生影響，因?yàn)锳、B將通過J、K這兩個(gè)輸入端對(duì)輸出產(chǎn)生影響，從而得以控制三個(gè)輸出端Q3、Q2、Q1隨機(jī)的出現(xiàn)16中的任意一個(gè)，以此達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的隨機(jī)性。3.2.5、仿真電路展示第四章 電路實(shí)驗(yàn)與調(diào)試4.1 焊接通過實(shí)驗(yàn)原理圖進(jìn)行實(shí)物焊接，焊接時(shí)能深刻體會(huì)到焊接工藝的重要性：各個(gè)芯片的引腳功能不能混淆，必須了解各個(gè)芯片的使用方法，內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及使用時(shí)的注意事項(xiàng)，該接電源的一定要接電源，該接地的一定要接地，且不能有懸空。同時(shí)在電路板上要預(yù)先確定電

14、源的正負(fù)端，便于區(qū)分及焊接。正確焊接各芯片各管腳連接必須查閱各種資料并記錄，以確保在焊接過程和調(diào)試過程中芯片不被燒壞，同時(shí)確保整個(gè)電路的正確性。在焊接完后每塊芯片都用萬用表檢測(cè)，看是否有短接等，還有焊接時(shí)要盡量使布線規(guī)范清晰明了，這樣才有利于在調(diào)試過程中檢查電路。4.2 調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法（1） 顯示電路不穩(wěn)定問題在完成電路的焊接進(jìn)入調(diào)試階段時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常顯示數(shù)字。主要表現(xiàn)在數(shù)碼管中間二極管不亮。因此著手對(duì)電路進(jìn)食檢查，首先檢查數(shù)碼管看是否是引腳焊接錯(cuò)誤，后又檢查電路各個(gè)芯片管腳接錯(cuò)均未發(fā)現(xiàn)問題，最后發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管壞了，于是換了一個(gè)新的數(shù)碼管。（2） 控制開關(guān)無法控制電路在調(diào)試是發(fā)現(xiàn)

15、當(dāng)按下開關(guān)時(shí)數(shù)字并不能夠按要求每隔0.5秒變化一次，當(dāng)斷開開關(guān)后不存在延時(shí)，數(shù)碼管立即停止工作，最終發(fā)現(xiàn)電阻、電容值設(shè)置不合理。通過反復(fù)嘗試，最終確定能夠達(dá)到要求的電阻、電容值，數(shù)碼管能夠正常顯示數(shù)字。第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)在電子骰子的設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)了許多的問題，核心問題是16的隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生，通過仿真軟件嘗試不同的電路結(jié)構(gòu)，最終確定了隨機(jī)信號(hào)通過兩個(gè)不同頻率方波發(fā)生器產(chǎn)生。在選用555做延時(shí)和振蕩的部分，雖然理論上分析是可以的但是當(dāng)仿真時(shí)才發(fā)現(xiàn)，輸出的波形與理論值相差較大，原來是仿真中所選擇的 555的問題，也就是說在仿真中對(duì)于集成電路的型號(hào)是有一些要求的。設(shè)計(jì)好信號(hào)部分，又開始著手卡諾圖的化簡(jiǎn)部分，這個(gè)化簡(jiǎn)要求盡量簡(jiǎn)化，卡諾圖化簡(jiǎn)也構(gòu)成了整個(gè)設(shè)計(jì)的核心部分。仿真結(jié)果出來了，在制作電路板的時(shí)候也遇到了很大的問題，在仿真軟件中是在理想情況下進(jìn)行的，實(shí)際焊接的時(shí)候也有很大的誤差。不做知道原來會(huì)遇見這么多的問題，這也算是增長(zhǎng)的經(jīng)驗(yàn)吧，同時(shí)為以后處理更深入的問題，打下了基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版） 清華大學(xué)電子學(xué)教研組