電工的電子課程設(shè)計——電骰子的設(shè)計與制作

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1、武漢理工大學(xué)電工電子課程設(shè)計說明書摘要棋牌類游戲集趣味與益智于一體，是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡膴蕵讽椖?。而骰子作為游戲公平的象征，在其中起著重要作用。本設(shè)計融電子技術(shù)于現(xiàn)實生活中，具有現(xiàn)實意義。本文詳細闡述了電子化骰子的原理，用它來隨機的選取1至6的數(shù)。本系統(tǒng)以典型施密特反相器74HC14作為時鐘脈沖發(fā)生器結(jié)合邏輯門電路控制4位二進制同步加法計數(shù)器74LS161，實現(xiàn)1至6的隨機輸出，并最終通過譯碼器74LS48控制七段數(shù)碼管實現(xiàn)隨機數(shù)的顯示。關(guān)鍵詞：時鐘脈沖隨機數(shù)計數(shù)顯示27武漢理工大學(xué)電工電子課程設(shè)計說明

2、書電骰子的設(shè)計與制作1.實驗原理和原理框圖1.1實驗原理分析骰子是有6個面的正六面體。六個面上分別刻有1到6的數(shù)。擲骰子后，就可以從1到6中隨機的選取一個數(shù)。可能出現(xiàn)的數(shù)只有1,2,3,4,5,6這6個數(shù)。這6個數(shù)中，每個數(shù)出現(xiàn)的概率為1/6,即每個數(shù)的出現(xiàn)是隨機的。圖1.1是根據(jù)實際擲骰子的動作畫出的功能框圖圖1.2是基于所要實現(xiàn)的功能畫出的電路總體框圖摁下開關(guān)相當于搖動骰子。開關(guān)在這里是作為計數(shù)器的時鐘控制電路，當開關(guān)摁下，此時控制電路輸出為高，從而時鐘脈沖會通過與非門去觸發(fā)計數(shù)器，讓其開始從1到6計數(shù)。

3、時鐘脈沖通過與非門的這段時間就相當于骰子搖動的時間。因為骰子的點數(shù)有6種，所以計數(shù)器的輸出狀態(tài)只要有6種即可。當七段數(shù)碼管確定顯示1到6中的一個數(shù)時，就相當于骰子停止了滾動，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。下面將進行實際電路的設(shè)計。1.2電路原理框圖擲骰子骰子滾動確定骰子的數(shù)字摁下開關(guān)時鐘控制啟動計數(shù)器計數(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)計說明書時鐘控制電路時鐘發(fā)生器&六進制計數(shù)器譯碼器顯示電路圖1.2電骰子框圖2設(shè)計思路和電路分析在原

4、理框圖的基礎(chǔ)上，著手進行各模塊內(nèi)容的設(shè)計，各模塊電路出了必須保證本模塊單元電路功能的實現(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)生時鐘的振蕩電路，電路如下：R11=R12=100kC1=10nF圖2.1時鐘產(chǎn)生電路輸出時鐘脈沖為：當輸出為高電平時，根據(jù)RC電路過渡過程的分析可知，此時VI由VT-升到VT+，其所需要的時間為T1=RCln(VDD-VT-)/(VDD-VT+)當輸出為低電平時，此時VI由VT+降到VT-。其所需要的時間

5、為T2=RCln(VT+/VT-)則整個振蕩周期為T=T1+T2=RCln[(VDD-VT-)/(VDD-VT+)+ln(VT+/VT-)]=4.2RC查74HC14的手冊可知T=4.2ms27武漢理工大學(xué)電工電子課程設(shè)計說明書圖2.2時鐘波形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)計說明書表1.174HC14功能表2.1.2六進制計數(shù)器這是電骰子的核心部分。計數(shù)器采用4位二進制同步加法計數(shù)器74LS161。因為骰子的點數(shù)是1到6，所以必須使用六進制計數(shù)器。六進制計數(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中是當計數(shù)器輸出為110（十進制6）時進行預(yù)置數(shù)使計數(shù)器輸出迅速由6變1，從而實現(xiàn)1到6循環(huán)計數(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)計說明書圖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)計說明書圖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，可以單獨使用，也可以組裝成分段式或點陣式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，每一段包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時二極管導(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等阿拉伯數(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)動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設(shè)有多個輔助控制端，以增強器件的功能。7448的功能表如表5.3.4所示，它有3個輔助控制端LT、RBI、BI/