电骰子电路设计毕业论文.doc

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1、信息职业技术学院 毕业设计说明书(论文) 设计（论文）题目: 电骰子电路设计 专 业: 通信技术 班 级: 通技 06-2 学 号: 姓 名: 指导教师: 二 八年十二月三十日 信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书 学 生 姓 名 王娟学号班级通技 06-2专业通信技术 设计（或论文）题目电骰子电路设计 指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注 工程师 高级工 程师 设计（论文）内容： 1.主要内容和技术指标 (1).设计一个电骰子电路,当按下开关时,它能够从 16 的数字中随机地选择 1 个数字； (2).要求用 7 个 LED 排列成骰子

2、点数的形状,利用 LED 的发光来表示数字； (3).要求 LED 发光是随机的,由电子电路来决定； (4).电路中应有时钟控制电路来给计数器提供脉冲。 2.任务与要求 (1).画出电路原理图(或仿真电路图)(2).元器件及参数选择(3).电路仿真与调试 进度安排： 第 5 周：任务下达，理解消化任务要求；初步设计方案确定； 第 6 周第 10 周：设计方案确定，分模块部分完成； 第 11 周：中期检查，查找问题，分析解决难点； 第 12 周第 15 周：分模块调试，整体电路调试，论文书写；第 16 周：答辩。 主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)： 1 邱寄帆，唐程山.数

3、字电子计数.北京：人民邮电出饭社，2007 2 彭军.实用电子技术.北京：科学出版社，2006 3 熊建云.Protel99 SE EDA 技术应用.北京：机械工业出版社，2006 4 日汤山俊夫.数字电路设计与制作.北京：科学出版社，2005 5 陆坤.电子设计技术.成都：电子科技大学出版社，1997 6 张克农.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，2003 审 批 意 见 教研室负责人： 年 月 日 备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 I 目 录 摘 要1 第 1 章 绪论2 第 2 章 方案设计4 第 3 章 单元电

4、路设计7 3.1 振荡电路设计.7 3.2 计数器电路设计.8 3.2.1 计数器电路芯片的选择.8 3.2.2 计数器电路组成.9 3.3 译码器电路设计10 3.3.1 译码器电路功能框图10 3.3.2 译码器电路设计10 3.4 LED 的驱动电路设计 12 3.5 时钟控制电路12 第 4 章 电路仿真.14 总 结.16 致 谢.17 参考文献.18 附 录 总电路原理图.19 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 1 页 共 19 页 摘 要 骰子是娱乐游戏的一种道具，可以用它来随机地选取 16 的数。本电路设计一 个电骰子电路，该电路由电骰子的电路结构决定。电路由 RC 振荡

5、电路、计数器电 路、译码器电路、LED 驱动电路、时钟控制电路五部分电路构成，其中计数器是整 个电路的核心部分，而译码器在电路中没有采用原有的译码器，而用门电路来实现， 是为了让电路更简单。 关键词 振荡器；计数器；译码器 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 2 页 共 19 页 第 1 章 绪论 骰子应用十分广泛，现在社会上流行有各种定位骰子、黄金骰子、打破无物骰 子、感应骰子、遥控骰子等，它是娱乐游戏的一种道具，是许多娱乐必不可少的工 具之一，比如麻将等。早先是用骨头，木头等制成的立体小方块，六面分别刻有一、 二、三、四、五、六点，只有 1，2，3，4，5，6 这六个数，有的地方叫色子

6、。 用骨头、木头等制成的立体骰子，在使用时通常是把骰子摇动后掷落，以上面 的数作为选取的数字。这六个数中，每掷一次，其中某个数出现的概率是 1/6。所谓 1/6 的概率，就是说这六个数并不是按照某种顺序出现的，而是随机的。如果撇开骰 子的形状和使用方法的约束来抽象地评价它的功能，那么骰子就是一种“从 16 的数 字中，每次只随机地选择 1 个数字的选择装置”。 本电路是设计一种电子选择装置，那就是，当摁下开关时，它能够从 16 的数 字中选择 1 个数字。重要的是每次掷下时并不知道将会选择哪个数字。 电路中来自外面的信号，也就是摇动骰子时的信号可以利用按钮开关实现。骰 子的点数是从 16 的个

7、位数。考虑采用外形更像骰子的电骰子，可以利用 7 个 LED 灯光来表现骰子点数，既 16 的数字，而用 LED 来表示这种点数的形状，看起来就 很接近本来的骰子，如图 1-1 表示骰子点数的形状。 图 1-1 骰子的点数 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 3 页 共 19 页 在电路中把 7 个 LED 排列成骰子点数的形状，就可以利用 LED 的发光表示数 字。图 1-2 是用 LED 的发光表示点数的例子。使发光部分 LED 的配置接近本来骰 子的点数的形状，而哪些 LED 发光则由电子电路来决定，与骰子点数位置相同的 LED 发光，如下图所示。 a）表示 3 b）表示 4 图 1

8、-2 电骰子的 LED 发光 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 4 页 共 19 页 第 2 章 方案设计 骰子只处理从 16 的数字，但是根据骰子点数的形状需要配置 7 个 LED。通过 其中某几个 LED 发光，表现骰子的点数。图 2-1 表示 LED 发光的位置。 图 2-1 电骰子的 LED 发光组合 7 个 LED 的位置分别用 ag 字母表示。7 个 LED 发光的所有组合形式计算起 来非常多。这里仅把其中发光组合相同的 LED 进行分组，表 2-1 是其分组的情况。 从这个结构看出可以分成 4 个组。从图 2-2 可以看出如果骰子的 3，4，5，6 点数发 光必须要有 a

9、和 g 这两个 LED。 图 2-2 LED 的发光组合 从图 2-2 可以看出，实际上需要利用数字电路中常说的“译码器电路”来实现 数字的选择。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 5 页 共 19 页 确定了基本功能之后，接下来就可以考虑采用怎样的电路来实现这些功能，图 2-3 是根据功能画出框图的考虑方法。 图 2-3 基本功能框图 图 2-4 是基于基本功能所画出的电路原理框图。 图 2-4 电骰子的结构框图 计数器的计数动作（计算数字）由输入时钟来决定。就是说，给计数器输入时 钟的时间相当于骰子摇动的时间。摁下开关相当于摇动骰子的动作，在时钟的作用 下启动计数器，只有在时钟控制电

10、路的输出为“1”时计数器的输出才发生变化。此时 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 6 页 共 19 页 骰子开始滚动；在经过计数器的输出作用下利用译码器使 LED 发光，这就是需要设 计译码器电路。图 2-4 就是根据以上考虑所得出的框图，基于这个框图来设计实际 电路。开关闭合期间，LED 随时钟输入脉冲显示数字,松开开关一定时间后，LED 随机表示骰子的某 1 个点数。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 7 页 共 19 页 第 3 章 单元电路设计 3.1 振荡电路设计 振荡电路有很多种，比如 LC 振荡电路、555 振荡电路、RC 振荡电路、石英晶 体振荡电路等等。在电骰子电

11、路设计中产生时钟的振荡电路选用 RC 振荡电路。这 种电路在稳定性方便比不上石英振荡电路，但是优点是容易通过改变电容器或者电 阻的值来调振荡频率，而且价格更便宜，所以选择 RC 振荡电路。图 3-1 是电骰子 用 RC 振荡电路的电路图。 12 G 1 56 G 3 34 G 2 R s 1K R 1K C 1.4uF u01u02u03u0 图 3-1 电骰子用 RC 振荡电路的电路图 RC 振荡电路的基本原理就是利用电容 C 的充放电，改变 u03 的电平（因为 Rs 很小，在分析时往往忽略它）来控制 G3 周期性的导通和截止，在输出端产生矩形 脉冲。如图 3-2 是振荡电路的工作波形。

12、图 3-2 RC 振荡电路的工作波形图 根据工作波形可以计算出电路的振荡周期为 T2.2RC。改变 R、C 的值，可以 调节 RC 振荡电路的震荡周期 T。但是，R 不能选的太大（一般 1k 左右） ，否则电路 不能正常振荡。所以，R 的值取 1K（方便计算） ，周期 T 的值取 3S，由公式可得： 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 8 页 共 19 页 32.21C C1.4F 3.2 计数器电路设计 3.2.1 计数器电路芯片的选择 这部分是电骰子的主要核心部分。因为骰子的点数是 1 到 6，所以可使用六进 制计数器。在 74 系列中具有六进制功能的产品有 7492。不过这种产品比较

13、陈旧， 也没有系列化（只有 TTL 标准型） ，所以利用触发器制作专用的计数器。六进制计 数器需要六种状态，即 n=6，而=8，所以需要 3 个触发器构成六进制计数器。六 进制计数器的输出为 0-1-2-3-4-5-0，在输出为 6 的瞬间触发器复位(=0)。构成计数器 的触发器可用 D、JK、RS 等，希望尽量用简单的电路制作，所以本电路触发器采用 D 触发器。 图 3-3 D 触发器 图 3-3 是 D 触发器结构图，从图中可以看出 D 触发器是上升沿有效，置位端 SD 有效，CD 无效时，输出为“1”；复位端 CD 有效，SD 无效时，输出为“0”；当置 位端 SD 和复位端 CD 都无

14、效时，输出由 D 触发器的特征方程决定，D 触发器的特 征方程为：=D，其真值表如表 3-1 所示。 表 3-1 D 触发器的真值表 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 9 页 共 19 页 3.2.2 计数器电路组成 用 D 触发器制作 6 进制计数器时，是把触发器并列对它的输出解码，当输出为 6 时对整个计数器复位。图 3-4 是电骰子用计数器的电路设计图。 图 3-4 电骰子用计数器的电路设计图 三个 D 触发器构成的 6 进制计数器，可以得到由 000111 的八种状态，但对电 骰子电路来说，只需使用其中的六种。因为计数器的二进制输出是一个一个出现的， 只要确定了与输入相对应的输出

15、的逻辑就可以了，并不需要与二进制一致，为了使 电路设计简单，可得出计数器电路产生的真值表，如表 3-2 所示。 表 3-2 计数器电路产生的真值表 由真值表可知 011 和 111 这两种组合状态在电路中没用到，因此可以把它作为 禁止状态。在图 3-4 中可以看出，计数器在 CP 脉冲上升沿有效时，从 000 状态计数 到 101；当计数器处于 101 状态时，若再来计数脉冲，同时为 1，经过与非门输出低 电平加到 Rs 触发器输入端；此时 Rs 触发器输出半个时钟时间的复位信号加到触发 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 10 页 共 19 页 器 CD 端，计数器迅速复位到 000 状

16、态，此时触发器输出为 0，计数器复位。计数 器又可以从 000 状态重新计数，即开始新的一轮循环。 3.3 译码器电路设计 3.3.1 译码器电路功能框图 图 3-5 是译码器部分框图，输入是来自计数器的输出、信号，所以译 码电路输入的是 000、100、010 等 6 种状态，输出是在 a，b，c，d，e，f，g 六个 端子输出相应信号。 与此相对应的 a，b，c，d，e，f，g 输出是服从于图 3-5 的电骰子用译码器的真 值表的数字输出。在本设计中使用的 LED 驱动是用“1”使 LED 发光。 图 3-5 译码器的部分框图 3.3.2 译码器电路设计 1电骰子上 LED 排列 在经过计

17、数器的输出作用下利用译码器，产生使 LED 发光的信号。LED 这样 发出的光点与骰子点数形状是一致的。 六进制计数器的输出有 000、101 等共六种状态。如果把各种输出原封不动地用 LED 表示，只能得到二进制的表示。因此，使用二进制的数据时，需要确定应该使 那些 LED 发光。 例如，使用七段数字表示器时，也需要有决定二进制数使七段中哪个 LED 发光 的译码器，由它来确定形成可读的、最初选取的数字的形状。欲将 LED 排列成骰子 点数的形状，图 3-6 为电骰子的 LED 发光组合图。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 11 页 共 19 页 图 3-6 电骰子的 LED 发光组

18、合 2译码器电路设计 表 3-3 是电骰子用译码器的真值表。这个真值表中 7 个排列的 LED 分别用 ag 这 7 个字母表示，它们与各计数器的输出（、）相对应，确定该哪个 LED 发光。 表 3-3 电骰子用译码器的真值表 由于计数器使用的触发器输出有两个端子 Q 和 ，可以有效地利用反转信号 ，） ，从计数器的输出与骰子的点数相对应的角度可以看到，当（=0， =0，=0）时表示数字 1，当（=1，=0，=0）时表示数字 2，等等。所以， 计数器的二进制输出是一个一个出现的。没有什么特别的问题，作为译码器，只要 确定了与输入相对应的输出的逻辑就可以了，并不需要与二进制一致。 用表 3-3

19、的真值表为基础设计译码器逻辑电路。在表 3-3 的真值表中可以看出 a 与 g，b 与 f，c 与 e 各自有相同的逻辑。所以，从 ag 不需要做出 7 种电路，只 用 4 种电路就可以了。实际的逻辑 IC 中经常使用 NAND 或者 NOR。这里所用的译 码器电路都是由 1 个 NAND 门（74HC00）构成的，见图 3-7 用 IC 组合的简单电骰 子译码器电路。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 12 页 共 19 页 图 3-7 IC 组合的简单电骰子译码器 3.4 LED 的驱动电路设计 LED 的发光使用驱动 IC 74F04 驱动。当加逻辑“1”电平时，这个 IC 的输出

20、 晶体管导通（“0”电平） 。+5V 通过 LED 和电阻接到驱动 IC 上。由于使用了 470 的限流电阻，所以流过 LED 的电流约为 6mA。图 3-8 为 LED 驱动电路图。 图 3-8 LED 驱动电路图 3.5 时钟控制电路 利用 RC 时常数电路控制时钟进入计数器还是停止，见图 3-9 时钟控制电路用 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 13 页 共 19 页 的 RC 时常数电路。 C 4.7uF +5 R 9 100K 1213 图 3-9 时钟控制电路用的 RC 时常数电路 当按钮开关接通时，4.7uF 电容器上的电荷变为 0，反相器的输入获得“0”电 平，于是输出变

21、为“1” 。所以控制时钟的 NAND 门开启，来自振荡器的时钟就能提 供给计数器。当开关断开时，来自+5V 的电流通过 100K 的电阻流向 4.7uF 的电容 器，使电位逐渐上升。如果电容器上的电位越过反相器的阈值电平，输出就变为 “0” ，控制时钟的 NAND 门就关闭，于是时钟停止提供给计数器。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 14 页 共 19 页 第 4 章 电路仿真 在对电骰子电路进行仿真时，由于电路中的器件在仿真软件中有些器件没有， 所以只对电骰子电路的部分电路进行仿真。其电路仿真是采用 EWB 仿真软件进行 的，其仿真电路图如图 4-1 所示，仿真波形如图 4-2 所示

22、。 图 4-1 电骰子部分仿真电路图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 15 页 共 19 页 图 4-2 电骰子部分电路仿真波形图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 16 页 共 19 页 总 结 毕业设计是我们从大学毕业生走向以后工作岗位重要的一步。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 D 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。此次毕业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，同时也是走向工作岗位前

23、的一次热身。 本次毕业设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析问题，但是 毕业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，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更 应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人。 经过这一个多月来的毕业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。 毕业设计论文是毕业设计工作的总结和提高，和做科研开发工作一样，要有 严谨求实的科学态

24、度。毕业设计论文应有一定的学术价值和实用价值，能反映出 作者所具有的专业基础知识和分析解决问题的能力。 因此在这次的毕业设计中虽然时间紧迫但我学会了很多，也感到自身知识的贫 乏。经过毕业设计的制作，使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品 质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是 我们进行毕业设计的目的所在。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 17 页 共 19 页 致 谢 从十月份接受课题到现在完成毕业设计论文，我衷心的感谢指导我的弥锐老师 给予了我精心的指导和热情的帮助。尤其在课题设计的前期准备阶段和数据库的设 计阶段，导师提出许多宝贵的设计意

25、见，还有在最后的修改阶段老师在百忙之中抽 出时间为我们提供了必要的帮助，这样使得我们得以顺利的完成毕业设计的工作， 虽然在一起相处时间短暂，可老师渊博的知识，敏锐的思路和实事求是的工作作风 却给我留下了深刻的印象，这将使得我终身受益，谨此向老师表示衷心的感谢和崇 高的敬意。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 18 页 共 19 页 参考文献 1 邱寄帆，唐程山数字电子计数北京：人民邮电出饭社，2007 2 彭军实用电子技术北京：科学出版社，2006 3 熊建云Protel99SE EDA 技术应用北京：机械工业出版社，2006 4 日汤山俊夫数字电路设计与制作北京：科学出版社，2005

26、5 陆坤电子设计技术成都：电子科技大学出版社，1997 6 张克农数字电子技术基础北京：高等教育出版社，2003 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 19 页 共 19 页 附 录 总电路原理图 C LK 3 D 2 SD 4 CD 1 Q 5 Q 6 74H C74 C LK 11 D 12 SD 10 CD 13 Q 9 Q 8 74H C74 C LK 3 D 2 SD 4 CD 1 Q 5 Q 6 74H C74 12 74H C14 56 74H C14 1213 74H C14 34 74H C14 11 12 13 74H C00 8 9 10 74H C00 1 2 3 7

27、4H C00 4 5 6 74H C00 11 12 13 74H C00 1 2 3 74H C00 8 9 10 74H C00 4 5 6 74H C00 a L ED b L ED c L ED d L ED g L ED f L ED e L ED R 1 470 R 2 470 R 3 470 R 4 470 R 7 470 R 5 470 R 6 470 R s 1K R 8 1K C 1 1.4uF R 9 100K C 2 4.7uF S1 SW SPST +5 +5 +5 1011 74F04 89 74F04 56 74F04 1516 74F04 1213 74F04

28、34 74F04 21 74F04 四川信息职业技术学院四川信息职业技术学院 毕业设计（论文）评语毕业设计（论文）评语 学生姓名学生姓名王娟王娟学号学号 06200800620080 班级班级通技通技 06-206-2专业专业通信技术通信技术 设计（论文）题目设计（论文）题目电骰子电路设计电骰子电路设计指导教师指导教师弥锐、谭望春弥锐、谭望春 指导老师考核意见指导老师考核意见 等级：等级： 指导教师：指导教师： 答辩答辩 评语评语 等级：等级： 答辩老师：答辩老师： 总评总评 成绩成绩等级：等级： 考核小组组长：考核小组组长： 备注备注 以上两项成绩综合后，指导老师考核成绩占总分的以上两项成绩

29、综合后，指导老师考核成绩占总分的 60%60%，答辩成绩占总分的，答辩成绩占总分的 40%40%，按，按 五级记分（优、良、中、及格、不及格）五级记分（优、良、中、及格、不及格） 。 其它参考文献 1.冲压工艺与模具设计.陆茵.武汉理工大学出版社.2012. 2.冷冲模设计资料与指导.杨关全.大连理工大学出版社.2012. 3.机械制图.刘家平.武汉理工大学出版社.2011. 4.杨占尧.冲压模具图册.高等教育出版社 1998. 5.侯维芝、杨金风.模具制造工艺与工装.高等教育出版社 1997. 6.张鼎承.冷冲模的设计与制造.上海科技出版社 1995. 7.王芳.冷冲压模具设计指导.机械工业出版社 1982. 8.孙凤勤.模具制造工艺与设备.机械工业出版社 1983. 9.黄健求.模具制造.机械工业出版社 2001. 10.李德群.现代模具设计方法.机械工业出版社 2004 11.陈万林.实用模具技术.机械工业出版社 2000. 12.模具实用技术从书编委会.冲模设计与应用实例.1986.