电工电子综合课程设计.docx

武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书 PAGE \* MERGEFORMAT 18 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 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。 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