电子色子的设计.doc

西安电子科技大学《数字电子技术》课程设计题 目 电子色子的设计 学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 信息工程学院 指导老师 完成时间 2013年11月29日 目 录 1 课程设计的目的 12 课程设计的任务与要求 13 设计方案及论证 23.1 设计的方案 23.2 方案的论证 24 设计原理及功能说明 34.1 设计原理 34.2 各器件功能说明 45 硬件的制作与调试 85.1 电子色子的制作 85.2 电子色子的调试 96 总结 9参考文献 10附录1：元器件清单 11附录2：总体电路原理图 12附录3：实物图 131 课程设计的目的此次课程设计是将学过的数字电子技术课程的加以巩固，增强独立思考的能力，实现理论和实践相统一的目的通过继续巩固知识，将课程设计与松散的各部分知识进行了系统的联系，应用于一项独立的设计当中，启发了创新思想的能力2 课程设计的任务与要求2.1 设计任务(1) 使用逻辑门电路、集成芯片及555定时器等器件完成电子色子的设计。

2) 用7个LED灯模拟色子显示1-7点3) 按下开始按键后，1-7点高速循环，最后逐渐减慢，并停留在一个1-7点上2.2 设计要求 (1) 当将开关闭合的时候，电子骰子随机变化，7个点，每隔大约0.042秒左右变化一次 (2) 在变化过程中，根据设定的功能随机用LED灯亮的个数来表示3）当开关断开后，继续工作0.042秒左右停止变化4）对电路进行仿真和调试 3 设计方案及论证3.1 设计的方案 此次设计主要利用的74LS系列集成电路芯片和555芯片，并通过划分功能模块进行各个部分的设计，最后完成了电子骰子的总设计要求设计主要由方波发生器产生不同频率的输入信号达到数字随机变化的要求，再由555定时器组装成的单稳态触发器达到断开电源后延时的作用达到随机效果另外由555定时器组成的多谐振荡器控制数字变化时间间隔，最后显示LED灯亮的个数，即确定色子的点数LED显示驱动器计数器脉冲信号 图3-1 系统框图如图3-1所示，脉冲信号由555定时器连接成的多谐振荡器，计数器部分采用74LS161循环产生数字；驱动器采用74LS48;显示器采用七个LED灯3.2 方案的论证(1) 时钟脉冲的选择 时钟脉冲可采用石英晶体多谐振荡器和555定时器。

555定时器是一种多用途的数字---模拟混合集成电路，能极方便的构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与交换、测量与控制、家用电器等方面广泛应用虽然石英晶体多谐振荡器的谐振频率很稳定，但考虑到仿真的简单快捷该设计选择555定时器2) 七进制计数器的选择由555定时器构成的多谐振荡器产生的脉冲源，送到集成计数74LS161使其完成加计数，其输出通过驱动器74LS48连接到LED灯上，将点数显示出来，当集成计数器74LS161计数到“7”时，将其两个高电平输出端通过一个两输入与非门74LS00反馈到集成计数器74LS161的同步置数端置“1”完成循环，由于脉冲源的频率较大，肉眼不能识别LED灯管上的数在不停得从0到7循环，因此可以认为LED灯管上显示的数是随机数，如图即为74LS161计数器的电路图U174LS161NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U2A74LS00NVCC5V图3-2 74LS161计数器4 设计原理及功能说明4.1 设计原理 通过555延时器的输出端控制555震荡电路，信号的发生部分一共用了两个555集成电路。

将输出的脉冲一个作为JK触发器的同步时钟脉冲部分，由定时器构成的多谐振荡器产生的脉冲源，送到集成计数器74LS16使其完成加计数，其输出通过数码管驱动器74LS48连接到数码管，将数字显示出来，当集成计数器计数到“7”时，将其两个高电平输出端通过一个两输入与非门74LS00反馈到集成计数器的74LS161异步置数端置“1”完成循环，由于脉冲源的频率较大，肉眼不能识别LED灯管上的数在不停得从0到7循环，因此可以认为上显示的数是随机数LED灯亮的个数4.2 各器件功能说明如图4-1所示电路中，4端输入低电平时，基本RS触发器置“0”，三极管导通；4端输入高电平时，基本RS触发器处于正常工作状态，其输出状态取决于C1和C2输出状态的组合当Q端输出高电平3输出低电平时，晶体管T截止；当Q端输出低电平3输出高电平时，晶体管T导通在5端开路或者未加基准电压，4端外加高电平时，C1和C2运算放大器构成的电压比较器的基准电压分别为2/3 Vcc和1/3 Vcc若2端的输入信号电压小于1/3 Vcc，则C2运算放大器构成的电压比较器输出电压很低， 接近于零点几伏电压（定义为低电平），对基本RS触发器置“1”；若2端输入信号电压大于1/3 Vcc，则C2运算放大器的输出电压接近于电源电压（定义为该电平）。

若6端的输入信号电压小于2/3 Vcc，则C1运算放大器构成的电压比较器输出电压接近于电源电压（定义为高电平）；若6端的输入信号电压大于2/3 Vcc，则其输出电压很低，接近于零点几伏电压（定义为低电平），对基本RS触发器置“0”当电路接通瞬间，C1两端没有存储电荷两端的电压为零，555定时器的2和6端输入电压为0，即出现6端输入电压小于2/3 Vcc，2端的输入电压小于1/3 Vcc的情况，集成运算放大器的C1输出高电平，C2输出低电平，基本RS触发器置“1”工作状态，输出信号为高电平，使晶体管截止，电源Vcc 经R1，R2和C1到公共端对电容C1充电这种情况一直维持到C1的两端电压略超过2/3 Vcc;当C1的两端电压略超过2/3 Vcc时，出现6端输入电压大于2/3 Vcc，2端输入电压大于1/3 Vcc的情况，集成运算放大器的C1输出大低电平，C2输出高电平，基本RS触发器处于清零工作状态，输出信号为高电平，使晶体管导通，电容C1经C1、R2和晶体管T到公共端放电这种情况一直维持到C1的两端电压略低于1/3 Vcc此后又重新回到上述的充电过程，如此周而复始，形成振荡，产生矩形脉冲波输出。

电路的工作波形图如图4-2示图4-1 555定时器的内部结图4-2 555定时器构成多谐振荡器的工作波形充电所用时间，即脉冲维持时间：t1 =（R1 + R2）C1 ln2=0.7（R1 + R2）C1 放电所用时间，即脉冲低电平时间：t2 = R2 C1 ln2=0.7 R2 C1所以，脉冲周期时间为t = t1 + t2 = 0.7（R1 + 2R2）C1将C1、R1和R2的值代入算得t = 0.042sf = 1/t = 23.8Hz用集成芯片74LS161完成控制电路，集成74LS161是4位二进制同步加法计数器，为16脚双列直插式标准封装如图4-4所示，其中，RD端为异步清零端，低电平有效；LD输入端为同步预置数控制端，低电平有效；预置数数据输入端包括 D3、D2、D1和D0，D3为最高位，D0为最低位；EP和ET为使能（高电平有效）输入端；进位输入端（高电平有效）C0=ETQ3Q2Q1Q0；计数结果从Q3、Q2、Q1、 Q0等输出，Q3为最高位，Q0为最低位为实现七进制计数，采用反馈“置数法”图4-3 4LS161管脚图从图4-4可以看出，74LS48的9﹑10﹑11﹑12﹑13﹑14﹑15脚分别接到LED灯的各脚，1﹑2﹑6﹑7脚与集成计数器74LS161相连，3﹑4﹑5脚接高电平，由于本次所使用的集成计数器都是在脉冲的上升沿才开始计数，因此只要在脉冲送入计数器的前端加一个开关即可控制脉冲源。

当开关闭合时，计数器正常计数，LED灯从1到7循环计数；当开关断开时，数码管计数停止这样就完成了电骰子的功能 图4-4 LS48驱动数码管电路图 5 硬件的制作与调试5.1 电子色子的制作通过实验原理图进行实物焊接，焊接时能深刻体会到焊接工艺的重要性：各个芯片的引脚功能不能混淆，必须了解各个芯片的使用方法，内部结构以及使用时的注意事项，该接电源的一定要接电源，该接地的一定要接地，且不能有悬空同时在电路板上要预先确定电源的正负端，便于区分及焊接正确焊接各芯片各管脚连接必须查阅各种资料并记录，以确保在焊接过程和调试过程中芯片不被烧坏，同时确保整个电路的正确性在焊接完后每块芯片都用万用表检测，看是否有短接等，还有焊接时要尽量使布线规范清晰明了，这样才有利于在调试过程中检查电路5.2 电子色子的调试（1） 显示电路不稳定问题在完成电路的焊接进入调试阶段时发现LED灯不能正常显示点数因此着手对电路进行检查，首先检查驱动器看是否是引脚焊接错误，后又检查电路发现有个芯片管脚接错问题，就进行了改正2） 控制开关无法控制电路在调试是发现当按下开关时数字并不能够按要求每隔0.042秒变化一次，当断开开关后不存在延时，LED灯点数立即定在那里，最终发现电阻、电容值设置不合理。

通过反复尝试，最终确定能够达到要求的电阻、电容值，LED灯能够正常显示点数6 总结课程设计是我们理论实践的基础从最初的选题，开题到绘图直到完成设计其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复思考，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实通过这次实践，我了解了NE555触发器的工作原理，熟悉了电骰子的设计步骤，锻炼了我的动手能力，培养了自己独立设计能力此次课程设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，本次课程设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析问题，但是课程设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解，等等这次实践是对自己大学三年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，但是自己的求学之路还很长，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人经过这两个星期来的课程设计以及对相关资料的收集，让我更深刻的了解到随着网络科技的不断发展和网络的广泛应用，从而使我们的生活与它有着很密切的联系了参考文献[1] 江晓安，董秀峰. 数字电子技术（第三版）. 西安：西安电子科技大学出版社，2008[2] 陈梓城. 实用电子电路设计与调试. 北京：中国电力出版社，2006[3] 张旭东. 数字电路和数字系统实验与课程设计实训教程. 北京：人民邮电出版社，2009[4] 陈光明. 电子技术课程设计与综合实训. 北京：北京航空航天大学出版社，2007附录1：元器件清单序号 名称 型号数量/个1开关普通12555定时器 NE55。