数电课程设计-投掷硬币电路设计.docx
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郑州科技学院
《数字电子技术》课程设计
题 目 投掷硬币电路设计 学生姓名 XXXX 专业班级 电气工程及其自动化班 学 号 XXXXXXX 院（系） 电气工程学院 指导教师 XX 完成时间 201X年X月4日
目 录
1课时设计目的 1
2课程设计的任务与要求 1
3设计方案与论证 2
4设计原理及功能说明 4
5单元电路的设计（计算与说明） 5
6硬件的制作与调试 7
7总结 7
参考文献 10
附录1：
总体电路原理图 11
附录2：
实物图 12
附录3：
元器件清单 13
随着社会的变迁，统计与人们的生活已经密不可分，生活离不开统计。
在以信息和技术为基础的现代社会，人们面临更多的机会和选择，常常需要在不确定情境中根据大量无组织的数据做出合理的决策。
随着社会发展统计学在人们的生活中变的越来越重要，由于随机现象在现实世界中大量存在概率必将越来越显示出它巨大的威力。
我们设计的掷硬币电路则帮助人们解决简单的统计问题，掷硬币是人们常用的一种随机决策方式。
掷硬币电路模拟器使用了两种颜色不同的发光二极管，它可以用不同颜色的灯光模拟演示投掷硬币的结果。
例如选用红灯和绿灯,每按一次控制按钮,红
灯和绿灯中就有一个被点亮,相当于一次掷硬币的结果，这样可以更方便人们记录数据，从而节约人们的时间，方便人们的生活。
统计学成为我们认识世界、了解世界、改造世界的工具，它与我们的生活更是息息相关，密
不可分。
电路多谐振荡器、随机控制电路和LED驱动显示电路组成。
摘 要
1课时设计目的
（1）学习基本理论在实践中综合运用的初步体验，掌握数字电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。
（2）学会投掷硬币电路的设计方法和性能指标测试方法。
（3）培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
熟悉各种逻辑门的使用;锻炼学生应用各种逻辑门设计组合逻辑电路的能力。
（4）设计并制作一个投掷硬币电路的模拟器，提高自己的焊接水平。
（5）学习利用软件对投掷硬币电路设计进行仿真验证。
2课程设计的任务与要求
10
1设计并制作一个投掷硬币模拟器，主要技术指标要求闭合开关会随机点亮红色或绿色发光二极管;
2设计电路结构、选择电路元件，计算确定元件参数，画出使用电路图；确定自激多谐振荡器、随机控制电路、LED驱动显示电路都能够正常工作。
3拟试验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，进行组装、调试，并测试其主要性能参数。
4选择多谐振荡器、掌握自激多谐振荡器和随机控制电路的特性及应用。
3设计方案与论证
D触发器
负跳沿触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。
如果在CP高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。
而边沿触发器允许在CP触发沿来到前一瞬间加入输入信号。
这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。
边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。
该触发器由6个与非门组成。
图3-1D触发器逻辑图
SD和RD接至基本RS触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。
当SD=0且RD=1时,不论输入端D为何种状态，都会使Q=1，Q=0，即触发器置1；当SD=1且RD=0时，触发器的状态为0，SD和RD通常又称为直接置1和置0端。
我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。
工作过程如下：
CP=0时，与非门G3和G4封锁，其输出Q3=Q4=1，触发器的状态不变。
同时，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反馈信号将这两个门打开，因此可接收输入信号D，Q5=D，Q6=Q5=D。
.
当CP由0变1时触发器翻转。
这时G3和G4打开，它们的输入Q3和Q4的状态由G5和G6的输出状态决定。
Q3=Q5=D，Q4=Q6=D。
由基本RS触发器的逻辑功能可知，Q=D。
触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。
G3和G4打开后，它们的输出和的状态是互补的，即必定有一个是0，若为0，则经G4输出至G输入的反馈线将G6封锁，即封锁了D通往基本RS触发器的路径；该反馈线起到了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态的作用，故该反馈线称为置0维持线，置1阻塞线。
G3为0时，将G4和G5封锁，D端通往基本RS触发器的路径也被封锁；G3输出端至G5反馈线起到使触发器维持在1状态的作用，称作置1维持线；G3输出端至G4输入的反馈线起到阻止触发器置0的作用，称为置0阻塞线。
因此，该触发器称为维持阻塞触发器。
CD4011与非门集成电路
IC选用CMOS数字集成电路CD4011，CD4011有四个独立的与非门电路，
它可做成振荡、单稳、双稳，又可作为整形、反相等等。
在本电路CD中4011仅用作反相和整形以及控制门的作用。
4设计原理及功能说明
掷硬币是人们常用的一种随机决策方式，这里介绍的掷硬币模拟器使用了红色、绿色两种灯光来模拟硬币的正、反两面，使用时按动一下开关，掷硬币模拟电路即会随机点亮红色和绿色发光二极管，相当于一次掷硬币的效果。
电路原理图如图所示。
U1A74S00N
U2A
VCC
6VJ1A
Key=A
U3A
VCC
6V
R4 R5
R1 R2
74S00N
C1
74S00N
10um1um
10um1um
10um1um
10um1um
10um1um
C2
10um1um
R3
10um1um
4 U4A
LED1
LED2
~1PR
1D 1Q
1CLK~1Q
~1CLR
2 5
3 6
1 74S74N
图4-1设计原理图
电路由自激多谐振荡器、随机控制电路和LED驱动显示电路组成。
自激多谐振荡器电路由与非门U1A、U2A和R1、R2、C1等组成，用于产生方波时钟脉冲信号。
当按下开关S1时，U3A与非门的第9脚输入端变为高电平，第10脚将输出自激多谐振荡器的时钟脉冲信号，该信号通过U3A后加至U4A的CP1端，U4A在时钟脉冲作用下，在两种稳态之间变换，其Q1和交替高电平和低电平，发光二极管LED1和LED2交替点亮。
由于振荡器的工作频率较高，人眼存在视觉暂留现象故看上去LED1和LED2都在点亮。
当松开S1时，U3A输出端（第十脚）变为高电平且不再向U4A发送时钟脉冲，U4A输出端将停止交替变换，而处于随机显示状态，要么Q1为高电平，为低电平，则绿色发光二极管LED2点亮，红色发
光二极管LED1熄灭；要么Q1为低电平，为高电平，则红色发光二极管
LED1点亮，绿色发光二极管LED2熄灭，从而达到硬币正、反面的显示效果。
5单元电路的设计（计算与说明）
多谐振荡电路
用门电路组成的多谐振荡器在各种电子电路中几乎都能见到，它们最主要的用途是用来作时钟脉冲发生器，用来驱动计数器或脉冲分配器，使电路的各组成部分能够按照所设定的工作程序有条不紊地工作。
如图所示电路。
VCC
U1A
U2A
6V
J1A
Key=A
74S00N
U3A
74S00N
R1
10um1um
R2
10um1um
C1
10um1um
74S00N
C2 R3
10um1um 10um1um
图5-1多谐振荡电路图
D触发器
边沿D触发器具有接收并记忆信号的功能，又称为锁存器；边沿D
触发器属于脉冲触发方式；边沿D触发器不存在约束条件和一次变化现象，抗干扰性能好，工作速度快
4
~1PR
U4A
21D
1Q
5
31CLK
~1Q
6
~1CLR
1
74S74N
图5-2D触发器
LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光
的电压转换器，通常情况下：
LED驱动电源的输入包括高压工频交流（即市电）、低压直流、高压直流、低压高频交流（如电子变压器的输出）等。
而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。
VCC
6V
R4 R5
10um1um 10um1um
4
U4A
LED1
LED2
2
5
3
6
1
74S74N
1CLK ~1Q
~1CLR
1Q
1D
~1PR
LED驱动器
图5-3LED驱动器
6硬件的制作与调试
利用烙铁焊接，对照原理图安装元器件并焊接。
我们将所有的元器件安装完成后，必须仔细对照电路图检查线路焊接是否正确，看有没有线路接错的地方。
然后接通6V电源，按下主电路开关反复测试红色发光二极管和绿色发光二极管亮的次序书否符合要求，如果不符合要求断开电源 ，仔细分析原因，检测此部位的元器件是否存在焊接错误的情况。
再对整体电路进行分析排查，看是否有元器件因为连接
短路而烧坏的，逐级进行。
反复调试，直到找到问题所在。
如果检查线路连接无误接通电源，则再次接通电源。
由于调整
R3、C2的参数值可以改变自激多谐振荡器的振荡频率。
由于元器件不是特别精确，焊接线路的电阻比理想中的电阻大，得到的数据和理论值有些误差，这些误差都是存在的，也是在允许的范围内，所以一般我们都把误差忽略掉。
通过实训我更加进一步了解了多谐振荡电路的工作原理。
在制作过程中，我首先查阅了大量资料熟悉，每个元器件的功能及其在电路中的作用，为后来的的电路焊接做准备，焊接过程比较顺利，迅速的焊接好了元器件，在检查了电路正确无误后接通了电源，但是它并没有像我们想的那样顺利实现功能，我反反复复查看了电路图，确定电路没有问题之后开始用万用表逐步检查各段电路，然而它们依然正确，最后检查二极管时找到了问题所在，二极管是坏的，找到问题后我迅速换掉了这个坏掉的二极管，再次接通电源时它们终于实现了所有设计的功能，二极管坏掉可能是买元器件时不小心碰坏了，也可能是焊接时不注意坏掉的，不管怎么样，最后成功了，我和我的搭档顺利的完成了实训任务。
7总结
实训接近了尾声。
在老师的带领下，我终于顺利完成的课时设计。
在没有做课时设计以前觉得课时设计只是对这一年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课时设计发现自己的看法有点太片面。
课时设计不仅是对
前面所学知识的一次检验，而且也是对自己动手操作能力的一种提高。
通过这次课时设计让我明白了原来自己的知识还比较欠缺。
自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。
但是通过这次课时设计，我明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的学习、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识的综合素质。
注重理论和实践的相结合。
通过这次电路设计，我从中了解了集成电路4011和集成电路4013理解了书上的知识，同时也了解到了自己对于理论和实际应用的统一和对于元器件在实际中的应用还有很大的不足，不能在使用
器件时选择合适的参数的器件，不能根据器件的编号知道器件的基本功能。
在这方面需要很大提高。
在做的过程中也提高了我的动手操作能力，实践能力得到了一定的锻炼。
在没有做课时设计以前，我们对一些集成电路的了解都是理论上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的方案应用到实践中的时候，问题也随之出现了，自己不能准确找到集成电路4011和4013的各个引脚及其功能，虽然通过查资料也一一解决了问题，但是这花费了我很多的时间，因此刚开始焊接时我们的焊接进度落后于其他同学，可能是因为差了很多资料吧，幸运的是我们焊接的电路没有出现其他问题，通过这次实训我认为电路能否焊接成功的关键是是否正确知道各个集成电路的引脚和功能。
通过这次实训我对集成电路4011和集成电路4013的理解得到加强，看到了实践与理论的差别。
加深了我们对理论与实践联系的理解，促进了我们运用知识解决具体问题的综合应用能力，特别是对集成电路4011和4013的应用、理解上升到了更深的一个层次。
但是由于水平有限，我们的课程设计难免会有一些错误和误差。
通过一周的学习，使我对实训课有了兴趣，其中有不少收获。
对电子工艺的理论有了更进一步的了解。
我们了解到了焊接普通元件与电路元器件的技巧、工作原理与组成元器件的作用等。
自己的动手能力是个很大的
锻炼。
在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。
虽然在实习中会遇到难题，但是从中我学到了很多，使自己的动手能力也有所提高，我想在以后的理论学习中我就能够明白自己的学习方向，增进专业知识的强化。
在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。
总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。
最后终于做完了有种如释重负的感觉。
此外，还得出一个结论：
知识必须通过应用才能实现其价值！
有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
在此要感谢我的指导老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。
在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。
在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
参考文献
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U1A74S00N
R1
U2A74S00N
R2
VCC
C1
6VJ1A
Key=A
U3A74S00N
VCC
6V
R4
10um1um
R5
10um1um
10um1um
10um1um
10um1um
C2
10um1um
R3
10um1um
21D
4
~1PR
U4A
1Q5
LED1 LED2
31CLK ~1Q6
~1CLR1
74S74N
附录1：
总体电路原理图
11
附录2：
实物图
13
附录3：
元器件清单
序号
名称
编号
参考数值
1
电阻
R1
200KΩ
2
电阻
R2
27KΩ
3
电阻
R3
1MΩ
4
电阻
R4
1KΩ
5
电阻
R5
1KΩ
6
瓷片电容
C1
103
7
瓷片电容
C2
104
8
发光二极管
LED1
红色
9
发光二极管
LED2
绿色
10
开关
S1
用四位拨码开关代替
11
集成电路
IC1
4011
12
集成电路
IC2
4013
13
电源
6v
四节五号电池
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