電工的電子課程設(shè)計(jì)——電骰子的設(shè)計(jì)與制作

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1、武漢理工大學(xué)電工電子課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)摘要棋牌類(lèi)游戲集趣味與益智于一體，是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡膴蕵?lè)項(xiàng)目。而骰子作為游戲公平的象征，在其中起著重要作用。本設(shè)計(jì)融電子技術(shù)于現(xiàn)實(shí)生活中，具有現(xiàn)實(shí)意義。本文詳細(xì)闡述了電子化骰子的原理，用它來(lái)隨機(jī)的選取1至6的數(shù)。本系統(tǒng)以典型施密特反相器74HC14作為時(shí)鐘脈沖發(fā)生器結(jié)合邏輯門(mén)電路控制4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS161，實(shí)現(xiàn)1至6的隨機(jī)輸出，并最終通過(guò)譯碼器74LS48控制七段數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)隨機(jī)數(shù)的顯示。關(guān)鍵詞：時(shí)鐘脈沖隨機(jī)數(shù)計(jì)數(shù)顯示27武漢理工大學(xué)電工電子課程設(shè)計(jì)說(shuō)明

2、書(shū)電骰子的設(shè)計(jì)與制作1.實(shí)驗(yàn)原理和原理框圖1.1實(shí)驗(yàn)原理分析骰子是有6個(gè)面的正六面體。六個(gè)面上分別刻有1到6的數(shù)。擲骰子后，就可以從1到6中隨機(jī)的選取一個(gè)數(shù)?？赡艹霈F(xiàn)的數(shù)只有1,2,3,4,5,6這6個(gè)數(shù)。這6個(gè)數(shù)中，每個(gè)數(shù)出現(xiàn)的概率為1/6,即每個(gè)數(shù)的出現(xiàn)是隨機(jī)的。圖1.1是根據(jù)實(shí)際擲骰子的動(dòng)作畫(huà)出的功能框圖圖1.2是基于所要實(shí)現(xiàn)的功能畫(huà)出的電路總體框圖摁下開(kāi)關(guān)相當(dāng)于搖動(dòng)骰子。開(kāi)關(guān)在這里是作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘控制電路，當(dāng)開(kāi)關(guān)摁下，此時(shí)控制電路輸出為高，從而時(shí)鐘脈沖會(huì)通過(guò)與非門(mén)去觸發(fā)計(jì)數(shù)器，讓其開(kāi)始從1到6計(jì)數(shù)。

3、時(shí)鐘脈沖通過(guò)與非門(mén)的這段時(shí)間就相當(dāng)于骰子搖動(dòng)的時(shí)間。因?yàn)轺蛔拥狞c(diǎn)數(shù)有6種，所以計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)只要有6種即可。當(dāng)七段數(shù)碼管確定顯示1到6中的一個(gè)數(shù)時(shí)，就相當(dāng)于骰子停止了滾動(dòng)，顯示出了確定的數(shù)。圖1.2就是基于以上考慮所得的電骰子原理框圖。下面將進(jìn)行實(shí)際電路的設(shè)計(jì)。1.2電路原理框圖擲骰子骰子滾動(dòng)確定骰子的數(shù)字摁下開(kāi)關(guān)時(shí)鐘控制啟動(dòng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)輸出下數(shù)碼管顯示圖1.1從基本功能到結(jié)構(gòu)框圖27武漢理工大學(xué)電工電子課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)時(shí)鐘控制電路時(shí)鐘發(fā)生器&六進(jìn)制計(jì)數(shù)器譯碼器顯示電路圖1.2電骰子框圖2設(shè)計(jì)思路和電路分析在原

4、理框圖的基礎(chǔ)上，著手進(jìn)行各模塊內(nèi)容的設(shè)計(jì)，各模塊電路出了必須保證本模塊單元電路功能的實(shí)現(xiàn)外，還需要使得各模塊之間的接口電路方便可行。2.1第一種方案設(shè)計(jì)思路2.1.1振蕩電路第一種方案采用施密特反相器作為產(chǎn)生時(shí)鐘的振蕩電路，電路如下：R11=R12=100kC1=10nF圖2.1時(shí)鐘產(chǎn)生電路輸出時(shí)鐘脈沖為：當(dāng)輸出為高電平時(shí)，根據(jù)RC電路過(guò)渡過(guò)程的分析可知，此時(shí)VI由VT-升到VT+，其所需要的時(shí)間為T(mén)1=RCln(VDD-VT-)/(VDD-VT+)當(dāng)輸出為低電平時(shí)，此時(shí)VI由VT+降到VT-。其所需要的時(shí)間

5、為T(mén)2=RCln(VT+/VT-)則整個(gè)振蕩周期為T(mén)=T1+T2=RCln[(VDD-VT-)/(VDD-VT+)+ln(VT+/VT-)]=4.2RC查74HC14的手冊(cè)可知T=4.2ms27武漢理工大學(xué)電工電子課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖2.2時(shí)鐘波形T=T1+T2=RCln[(VDD-VT-)/(VDD-VT+)+ln(VT+/VT-)]=4.2RC所以T=4.2ms施密特反相器引腳及功能表如下74HC14的引腳圖如圖2.3。圖2.374HC14引腳圖74HC14的功能表如表2.1所示。27武漢理工大學(xué)電工電子課程

6、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)表1.174HC14功能表2.1.2六進(jìn)制計(jì)數(shù)器這是電骰子的核心部分。計(jì)數(shù)器采用4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS161。因?yàn)轺蛔拥狞c(diǎn)數(shù)是1到6，所以必須使用六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出變化為1—2—3—4—5—6，所以在輸出為6的瞬間74LS161必須置數(shù)1。圖2.4中是當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出為110（十進(jìn)制6）時(shí)進(jìn)行預(yù)置數(shù)使計(jì)數(shù)器輸出迅速由6變1，從而實(shí)現(xiàn)1到6循環(huán)計(jì)數(shù)。電路接線如圖2.4所示。27武漢理工大學(xué)電工電子課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖2.474LS161接線圖74LS161引腳圖如圖2.5所示圖2.57

7、4LS161引腳圖74LS161功能表如表2.2表1.274LS161功能表2.1.3譯碼器及顯示電路譯碼器采用4線——7線譯碼器74LS48并驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管發(fā)光。電路接線圖如圖所示。27武漢理工大學(xué)電工電子課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖2.6譯碼及顯示電路原理圖發(fā)光二極管（LED）由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵，磷砷化鎵等制成，可以單獨(dú)使用，也可以組裝成分段式或點(diǎn)陣式LED顯示器件（半導(dǎo)體顯示器）。分段式顯示（LED數(shù)碼管）由7條線段圍成“日”字型，每一段包含一個(gè)發(fā)光二極管。外加正向電壓時(shí)二極管導(dǎo)通。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段的亮

8、，滅就可以顯示各種字形或符號(hào)數(shù)字顯示方式目前以分段式應(yīng)用最普遍，圖5.3.6表示七段式數(shù)字顯示器利用不同發(fā)光段組合方式，顯示0～15等阿拉伯?dāng)?shù)字如圖2.7圖2.7BCD碼七段數(shù)字顯示器發(fā)光光段顯示組合圖????74LS48七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動(dòng)共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設(shè)有多個(gè)輔助控制端，以增強(qiáng)器件的功能。7448的功能表如表5.3.4所示，它有3個(gè)輔助控制端LT、RBI、BI/