同济大学电工学课程设计电骰子电路设计论文.docx
- 文档编号:2899393
- 上传时间:2022-11-16
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:298.04KB
同济大学电工学课程设计电骰子电路设计论文.docx
《同济大学电工学课程设计电骰子电路设计论文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《同济大学电工学课程设计电骰子电路设计论文.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
同济大学电工学课程设计电骰子电路设计论文
电子电路课程设计报告
(软件设计部分)
课题名称
电骰子电路设计
课题编号
自选
学院(系)
机械与能源工程学院
专业
机械设计制造及自动化
学生姓名
学号
指导老师
2014
年
9
月
12
日
目 录
一、设计目标2
二、设计方案4
2.1 方案分析4
2.2 模块分析5
2.2.1设计思路5
2.2.2电路原理框图6
2.2.3具体模块分析6
三、仿真电路7
3.1 脉冲信号发生电路7
3.2 开关控制及消抖电路9
3.3 六进制计数器9
3.4 数码管显示10
3.5 电灯显示11
3.5.1电灯排列11
3.5.2译码器电路设计11
3.6 完整电路图12
四、存在问题及改进方法13
五、参考资料及网站14
附 录 总电路原理图15
一、设计目标
骰子应用十分广泛,现在社会上流行有各种定位骰子,感应骰子,遥控骰子等,它是娱乐游戏的一种道具,是许多娱乐比不可少的工具之一。
早先是用骨头,木头等制成的立体小方块,六面分别刻有一、二、三、四、五、六点,只有1,2,3,4,5,6这六个数,有的地方叫色子。
用骨头、木头等制成的立体骰子,在使用时通常是把骰子摇动后掷落,以上面的数作为选取的数字。
这六个数中,每掷一次,其中某个数出现的概率是1/6。
所谓1/6的概率,就是说这六个数并不是按照某种顺序出现的,而是随机的。
如果撇开骰子的形状和使用方法的约束来抽象地评价它的功能,那么骰子就是一种“从1~6的数字中,每次只随机地选择1个数字的选择装置”。
现今,各种娱乐性玩具里面,都装有跑马灯一类的随机抽奖的装置,而在当代,电子信息时代的到来,就需要一种电子设备来代替像骰子这种实际物体,从而更加容易地装进娱乐设备里面,也更便于玩家操作!
从而也就产生了电骰子这一个设想!
在此次课程设计里面,设计的是一种电子选择装置,那就是,当摁下开关时,它能够从1~6的数字中选择1个数字。
重要的是每次掷下时并不知道将会选择哪个数字。
电路中来自外面的信号,也就是摇动骰子时的信号可以利用按钮开关实现。
骰子的点数是从1~6的个位数。
考虑采用外形更像骰子的电骰子,可以利用7个电灯来表现骰子点数,既1~6的数字,而用电灯来表示这种点数的形状,看起来就很接近本来的骰子,如图1-1表示骰子点数的形状。
在电路中把7个灯排列成骰子点数的形状,就可以利用灯的发光表示数字。
图1-2是用灯的发光表示点数的例子。
使发光部分电灯的配置接近本来骰子的点数的形状,而哪些电灯发光则由电子电路来决定,与骰子点数位置相同的电灯发光,如下图所示。
另外,本电路中还添加了数码管配合骰子点数的显示,一方面也检验了显示的正确性,使此次设计更具有人性化!
数码管显示如图所示:
二、设计方案
1、方案分析
骰子只处理从1~6的数字,但是根据骰子点数的形状需要配置7个电灯。
通过其中某几个灯发光,表现骰子的点数。
由于设计需要,对这7个灯泡进行编号,如下如所示:
如此,骰子从1到6的显示情况已经对应的灯泡情况如下图所示:
7个灯泡的位置分别用a~g字母表示。
7个灯泡发光的所有组合形式计算起来非常多。
这里仅把其中发光组合相同的灯泡进行分组,下图是其分组的情况。
从这个结构看出可以分成4个组。
可以看出如果骰子的3,4,5,6点数发光必须要有c和f这两个灯泡。
编号
数字
a
456
b
26
c
3456
d
456
e
26
f
135
分组
编号
数字
ad
456
be
26
cf
3456
g
135
从图中可知,实际上需要利用数字电路中常说的“译码器电路”来实现数字的选择。
另外,对于数码管来显示点数相对来说就比较简单,通过一个六进制加法器,产生1到6这几个数字,然后通过74LS48芯片进行译码,从而驱动7段数码管!
2、模块分析
设计思路
电路原理框图
具体模块分析
1)信号发生电路
信号发生电路的主要功能是产生矩形方波信号!
对此,可以采用555定时器组成的多谐振荡器作为时钟脉冲产生电路。
2)开关控制电路
在实际操作过程中,一般开关断开一段时间后,骰子还应该在变化一小段时间,就是所谓的消抖!
根据这一功能,可以利用RC振荡电路来解决这一问题!
3)加法计数器
可以利用74LS161,来制作一个异步六进制加法器,从而实现1到6的数字的变化。
4)译码器
对于数码管显示点数来说,可以直接用已经封装好的芯片74LS48来驱动,从而实现用7段数码管显示点数的功能!
而对于用7个灯泡来显示点数,没有具体的译码器可以直接采用,只能列出真值表,自己寻找逻辑关系,从而得到译码!
这也是此次课程设计的一个难点!
5)显示器
采用7段共阴性数码管来显示点数,采用7个灯泡来模拟骰子的具体点数!
三、仿真电路
各模块电路分析
1.脉冲信号发生电路
采用555定时器组成的多谐振荡器作为时钟脉冲产生电路。
振荡频率的计算公式:
输出时钟脉冲为:
当输出为高电平时,根据RC电路过渡过程的分析可知,此时VI由VT-升到VT+,其所需要的时间为T1=RCln(VDD-VT-)/(VDD-VT+)
当输出为低电平时,此时VI由VT+降到VT-。
其所需要的时间为T2=RCln(VT+/VT-)
则整个振荡周期为
T=T1+T2=RCln[(VDD-VT-)/(VDD-VT+)+ln(VT+/VT-)]=4.2RC
取R1=330欧姆,R2=10K欧姆,C1=1.0微法,C2=1.0微法。
电路接线如图:
输出波形仿真如图所示:
2.开关控制及消抖电路
利用RC振荡电路实现时钟信号的控制。
其中,R10=10K欧姆,C3=40μF。
电路接线如下:
开关控制电路
开关弹起时,反相器输入高电平,输出低电平,非门输出恒为高电平,时钟不能通过与非门,计数器数字停止累加而保持。
开关按下闭合时,电容放电,电流通过与电源连接的电阻流过开关,不会通过电容。
反相器输入变为低电平,输出变为高电平,此时时钟信号通过与非门,控制计数器进行正常计数。
由于电容充电需要一定的时间,所以开关断开的一瞬间,计数器并没有停止计数,而是在通过RC时常数电路延时一段时间。
而恰好由于这一段时间的延时,若延时时间可以大于脉冲的一个周期,开关断开后,计数器还会保持计数。
因此加入了RC振荡电路一定程度上实现了电路的消抖功能。
3.六进制计数器
采用74LS161四位二进制计数器循环计数,先置数(0001),逐个相加。
当出现6(0110)时与非门输出低电平触发清零端使数据回到(0001),从而实现数据的循环累加计数。
由于骰子点数没有0,所以刚开始的时候让计数器置1,达到6(0110)时,QB=1,QC=1,从而通过一个与非门输出0,连接到LD端,从而将计数器重置,从而实现了从1到6的计数!
由于,此次设计的开关是控制脉冲信号的,因此该芯片的脉冲输入口接开关控制电路里与非门的输出,从而接受脉冲信号!
电路接线如图所示:
4.数码管显示
对于7段数码管,译码器采用4线--7线译码器74LS48驱动七段数码管发光。
其中接入电阻为470欧,数码管为共阴性数码管,上端接地。
电路接线图如下:
5.电灯显示
1)电灯排列
在经过计数器的输出作用下利用译码器,产生使灯泡发光的信号。
电灯这样发出的光点与骰子点数形状是一致的。
六进制计数器的输出有000、101等共六种状态。
如果把各种输出原封不动地用灯泡表示,只能得到二进制的表示。
因此,使用二进制的数据时,需要确定应该使那些灯泡发光。
例如,使用七段数字表示器时,也需要有决定二进制数使七段中哪个灯泡发光的译码器,由它来确定形成可读的、最初选取的数字的形状。
欲将灯泡排列成骰子点数的形状,图为电骰子的灯泡发光组合图。
2)译码器电路设计
下图是电骰子用译码器的真值表。
这个真值表中7个排列的灯泡分别用a~g这7个字母表示,它们与各计数器的输出(
、
、
)相对应,确定该哪个灯泡发光。
a
b
c
d
e
f
g
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
2
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
3
0
1
1
0
0
1
0
0
1
1
4
1
0
0
1
0
1
1
0
1
0
5
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
6
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
注:
“1”发光“0”熄灭
用真值表作为基础设计译码器逻辑电路,从真值表中可以看出a与d,b与e,c与f各自有相同的逻辑。
所以,从a~g不需要做出7种电路,只用4种电路就可以了。
如下图所示,整理后的真值表:
ad
be
cf
g
1
0
0
1
0
0
0
1
2
0
1
0
0
1
0
0
3
0
1
1
0
0
1
1
4
1
0
0
1
0
1
0
5
1
0
1
1
0
1
1
6
1
1
0
1
1
1
0
注:
“1”发光“0”熄灭
从而可以根据真值表进行逻辑运算,可以得到如下用IC组合的简单电骰子译码器电路,以及电灯的驱动电路。
6.完整电路图
整体电路及连接如图所示,具体可参照附件大图。
完整电路图
本电路采用两种显示模式可供选择,可以通过开关S2和S3来选择数码管显示和电灯模拟显示,也可以选择两种模式同时显示。
然后通过开关S1来进行投掷骰子。
四、存在问题及改进方法
从最开始思考这个题目到考虑设计的思路和理论知识,再到七段数码管的显示以及7个电灯模拟显示,通过平时数电实验的经验积累,需要七段数码管对应的译码器以及电灯模拟设计译码器才可以实现,通过查找资料,最终确定了译码器使用8421的74LS48芯片,以及自己通过真值表来设计7个电灯的译码器。
然后设计的核心就是如何做到数字的随机和开关的控制。
显然凭借我们现在的专业知识,很难做到数字的随机出现,那么可以换一个角度思考,利用加法计数器可以实现数字的循环累加,而在脉冲信号的作用下,每个数字出现的间隔是相等的,而人为控制的开关每次闭合或断开的时间间隔不可能做到完全相等,因此我们便可以利用开关来控制数字的选择。
将循环累加的数字停留保持在某一数值并显示有多种方法,一方面我们可以控制脉冲信号的输入与否来控制加法计数器的触发与否,另一方面我们也可以控制使能端的电平来控制计数器的计数或保持状态。
设计的另一个难点就是,七个电灯译码器的设计,以及电灯显示的规律。
通过复习电工学基础知识,通过画真值表,来进行具体设计七个电灯的译码器。
通过亲自设计译码器,再次复习了逻辑电路中的逻辑运算,已经在具体电路中的连接。
通过这次电子电工技术课程设计的课程,从刚开始的无从下手,到一点点地把电路搭建出来,大大加深了对电子技术的认识和了解,将书本上的理论知识和实际相结合,培养了我们动手实践和查阅资料的能力,可以用所学的知识解决生活中遇到的实际问题,制作一些简单的小制作。
总之,这次课程设计给了我很大的收获,为我今后的学习生活积累了宝贵的经验。
对于这次课设课题我认为可以进行一定的改进和深
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 同济大学 电工学 课程设计 骰子 电路设计 论文