电工电子综合课程设计

摘要

此课程设计说明书主要阐述了电骰子的设计原理和方法。利用信号发生器产生脉冲信号通过和接地的开关求非后在与非门运算，实现按下开关时运算结果为低电平，计数芯片停止工作，开关弹起时运算结果为高电平，芯片计数的原理。

利用74LS161四位二进制同步加法计数器实现点数依次相加循环的功能，由于每次按下开关的时间间隔是随机的，而1-6六位数依次相加的间隔却是固定的，由此实现电骰子点数随机出现的功能。最终通过译码器74LS48控制七段数码管实现随机数的显示。

关键词：电骰子 与非 随机数 数码管显示

电骰子的设计与制作

1. 设计思路和电路框图

1.1 思路原理框图

普通骰子通常是由1-6六面组成正方体，因此，骰子出现1、2、3、4、5、6六个数字的可能性是相等的，均为1/6。所以，在电骰子的制作上，首先显示出的数字范围要在1-6之间，并且保证每个数字均能出现，且出现的概率均相等，因此可以使用计数器循环计数来实现。

其次，由于计数器在时钟脉冲的作用下，出现每个数字的时间间隔是固定相等的，要做到数字的随机显示，就必须让开关控制计数器的工作与否，一方面可以利用计数器控制使能端计数或保持的状态，一方面可以让开关控制脉冲信号的输入。

但由于开关按下时，电骰子的点数是应当不停滚动的，所以开关不能直接控制脉冲信号，于是可以利用一个与非门来实现这一点。开关弹起时，与非门输出低电平，计数器停止计数保持上一个数字；开关弹起时，与非门输出高电平，计数器正常工作计数。

利用74LS48N译码器和七段数码管实现骰子点数的显示。

1.2 设计思路分析

2设计方案分析

2.1方案一 2.1.1电路原理框图

2.1.2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。 其中：振荡频率的计算公式为：f=1 /(tpL+tpH)=1/[(2R1+R2)Cln2] 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=RC ln(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=10K欧姆，R2=330欧姆，C1=1.0微法，C2=1.0微法 电路接线及波形仿真如图1所示：

图1 脉冲信号发生电路

在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如图所示。 其振荡频率为，其频率的计算公式为：

f=1 /(tpL+tpH)=1/[(2R1+R2)Cln2]

所以根据图中参数 f大约为100HZ,因为电路有干扰存在所以仿真结果与实际计算有出入。

图2 多谐振荡器

图3 波形仿真

2.1.3六进制计数器

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。

该芯片的脉冲输入口接开关控制电路里与非门的输出。 电路接线如图4所示。

图4 74LS161接线图

2.1.4译码器及显示电路

译码器采用4线——7线译码器74LS48驱动七段数码管发光。 其中，R3=R4=R5=R6=R7=R8=R9=400欧姆。

电路接线图如图5所示。

图5 译码及显示电路原理图

2.1.5 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=47微法。电路接线图6如下。

图6 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。

2.1.6 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7。

图7 完整电路接线图

2.2 方案二 2.2.1 电路原理框图

2.2.2 脉冲信号发生电路

采用施密特反相器作为产生时钟的振荡电路。 其中，R11=R12=100k欧姆 C1=10纳法。 电路接线如图8所示：

图8 时钟产生电路

当输出为高电平时， VI 由VT-升到VT+，其所需要的时间 T1= RCln(VDD-VT-)/(VDD-VT+)

当输出为低电平时， VI 由VT+降到VT-。其所需要的时间 T2=RC ln(VT+/VT-) 全振荡周期

T=T1+T2=RCln[(VDD-VT-)/(VDD-VT+)+ln(VT+/VT-)]=4.2RC 计算得T=4.2ms

图9 波形仿真

2.2.3六进制计数器

思路方法同方案一，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。

不同的是，161芯片的是使能端ENP直接与按键开关相连。芯片的2脚CLK和脉冲信号发生电路直接相连，故无论按键是否按下，芯片均已触发。

图10 六进制计数器电路

2.2.4译码器及显示电路

译码器采用4线——7线译码器74LS48驱动七段数码管发光。 电路设计与接线和方案一相同。图略。

2.1.5 开关控制电路

由于74LS161芯片使能端具有以下性质：

ENP=ENT=1时，计数器计数，即相当于投出骰子，点数随机滚动； ENP=0，ENT=1时，计数器为保持状态，即相当于骰子落地，点数确定。 按键开关一端接地，另一端直接与六进制计数器74LS161的ENP时能端相连，开关弹起时， ENP=ENT=高电平，计数器正常计数，点数循环递增。开关按下时，ENP变为低电平，此时计数器保持状态，数码管显示数值，相当于读出点数

电路接线如图所示：

图11开关控制电路

2.1.6 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12。

图12 完整电路图

2.3方案比较与选择

在方案一与方案二的比较中，不同之处在信号发生电路和开关控制电路的设计方案。

时钟部分功能两者相差不大，均可实现所要求的功能。

但在示波器波形仿真

时，方案一的占空比跟接近50%更加标准，虽然RC振荡电路容易通过改变电阻或电容的大小调整振荡频率，但石英振荡电路产生时钟的振荡电路在稳定性上优于RC振荡电路，并且方案一在信号发生电路上的集成度更高，清晰简单，焊接也更加容易。因此信号发生器宜选用方案一。

开关控制部分，仿真时，方案二的电路也没有出现明显的抖动现象。但在开始仿真时，必须保证方案二的开关按下，使能端接地才能正常运行，否则会出现报错。而方案一在仿真时，开关按下前以数字1为初始值，仿真完全正常且符合要求。方案一的RC电路也能在实物连接时更好地保证稳定性。因此开关控制部分同样选择方案一更好。

译码及显示部分两者相同。

所以综上所述，方案一在可行性， …… 此处隐藏：2829字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……