电子骰子设计方案Word文件下载.docx
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易家傅
日期：
2010年11月20日
目录
一、课程设计的目的
二、电子骰子设计的功能要求
三、设计方案的比较
四、电路的基本原理
五、总体电路设计仿真图
六、心得体会
七、参考文献
一、课程设计目的
本次课程设计都是为了将学过的电子技术课程的巩固，加强独立思考的能力，实现理论和实践相统一的目的。
通过继续巩固知识，将松散的各部分知识进行了系统的规划，应用于一项独立的设计当中。
启发了创新思想的能力。
二、电子骰子设计的功能要求
（1）当将开关闭合的时候，电子骰子随机变化，从1~6，每隔0.5秒左右变化一次。
（2）在变化过程中，1的相邻变化状态不能是6,2的相邻变化状态不能是5,3的相邻的变化状态不能是4。
（3）当开关断开后，继续工作5秒左右停止变化。
（4）提醒，用状态机实现。
不允许用编程实现。
三、设计方案的比较
脉冲信号的生产可以使用555定时器来实现，也可以用石英晶体来实现。
（1）555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成多谐振荡器。
因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。
（2）石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：
从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。
其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。
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四个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，另外两个加在A、B这两个控制端，将这个时序逻辑部分的输出接入到数码显示管，使它显示1~6的数字，且满足电子设计的功能要求。
1、555延时器的设计及参数计算
延时时间t=5s，即1.1RC=5s，令C=100nF，求得R1=45.4MΩ
2、555振荡电路及其参数计算
（1）555的工作原理
555定时器的内部结构
LM555时基电路内部由分压器、比较器、触发器、输出管和放电管等组成，是模拟电路和数字电路的混合体。
其中6脚为阀值端（TH），是上比较器的输入。
2脚为触发端（TR），是下比较器的输入。
3脚为输出端（OUT），有0和1两种状态，它的状态由输入端所加的电平决定。
7脚为放电端（DIS），是内部放电管的输出，它有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定。
4脚为复位端（R），叫上低电平（<
0.3V）时可使输出端为低电平。
5脚为控制电压端（CV），可以用它来改变上下触发电平值。
8脚为电源（VCC），1脚为地（GND）。
一般可以把LM555电路等效成一个大放电开关的R-S触发器。
这个特殊的触发器有两个输入端：
阀值端（TH）可看成是置零端R，要求高电平；
触发端（TR）可看成是置位端S，低电平有效。
它只有一个输出端OUT，OUT可等效成触发器的Q端。
放电端（DIS）可看成由内部放电开关控制的一个接点，放电开关由触发器的反Q端控制：
反Q=1时DIS端接地；
反Q=0时DIS端悬空。
此外这个触发器还有复位端R，控制电压端CV，电源端VCC和接地端GND。
这个特殊的R-S触发器有两个特点：
（1）两个输入端的触发电平要求一高一低：
置零端R即阀值端TH要求高电平，而置位端S即触发端TR则要求低电平。
（2）两个输入端的触发电平，也就是使它们翻转的阀值电压值也不同，当CV端不接控制电压是，对TH（R）端来讲，>
2/3VCC是高电平1，<
2/3VCC是低电平0；
而对TR（S）端来讲，>
1/3VCC是高电平1，<
1/3VCC是低电平0。
如果在控制端CV加上控制电压VC，这时上触发电平就变成VC值，而下触发电平则变成1/2VC。
可见改变控制端的控制电压值可以改变上下触发电平值。
555震荡电路
参数计算：
1/T=1.44/（R1+2R2）C=2S
令C=100uF令R1=1KΩ,解得R2=3.1KΩ
设计的仿真图
3、时序逻辑电路的设计
画出的卡诺图如下：
Q3Q2Q1
AB
000
001
011
010
110
111
101
100
00
X
01
11
10
上表是根据设计中对电子骰子的功能要求而画出的状态表，其中A、B是我们加入的状态控制的脉冲信号，用以控制其次态的显示。
由于有两种状态是不符合条件的（0和7），为此我们设计它的自启动，在设计自启动时又要考虑它的化简，通过尝试的以下状态表：
011
101
100
Q1*的卡诺图化简：
1
1
0
Q1*=Q3’（BQ2’+A’B’Q2）+Q3（A’BQ2+BQ2+A’Q1+B’Q2’Q1’）
根据JK触发器的特征方程得：
J1=BQ2’+A’B’Q2
K1’=BQ2+A’Q1+B’Q2’Q1’
Q2*的卡诺图化简：
Q2*=A’Q3’Q2’+BQ3’Q2+A’Q3Q2+BQ3Q2’=Q2’（A’Q3’+BQ3）+Q2（BQ3’+A’Q3）
得到JK触发器的特征方程：
J2=A’Q3’+BQ3K2’=BQ3’+A’Q3
Q3*的卡诺图化简
Q3*=A
得其特征方程为：
J3=AK3=A’
以上化简比较复杂，容易产生错误，这里化简是为了作比较，以上化简结果是最简的形式。
以上化简所对应的电路图如下：
因为本设计采用的又是另一种设计方案，故以上方法不再赘述。
在我们做这次设计中选用了逻辑转换器来代替化简，只要将真值表输入其中即可自动化简出结果，本设计采用此种化简。
逻辑转换器
逻辑转换图内部
其中A、B、C、D、E分别对应我们定义的ABQ3Q2Q1,只需在问号上输入对应状态的真值表即可。
在电子骰子的设计过程中发现了许多的问题，其实在选题后，已对题目的大体要求已经清晰，思路也构建的很快。
但是当我们仔细去想每一个具体设计时会发现很多不足，比如在选用555做延时和震荡的部分，虽然理论上分析是可以的但是当仿真时才发现，输出的波形与理论值相差较大，于是我们带着疑问问老师，原来是仿真中所选择的555的问题，也就是说在仿真中对于集成电路的型号是有一些要求的。
设计好信号部分，又开始着手卡诺图的化简部分，开始我们用的是手动化简，这个化简要求尽量简化，多次尝试后，决定用逻辑转换器（仿真中的部件）进行化简，不过因为化简的仍不是很满意，于是又进行了其他的化简方式，总之化简构成了整个设计的核心部分。
不做知道原来会遇见这么多的问题，这也算是增长的经验吧，就像老师说的以后能有多少次这样的机会，这是值得珍惜的，为以后处理更深入的问题，打下了基础。
本设计中同时还存在其他的问题，比如说关于随机的问题，以老师的说法，在实际生产中会实现这种不确定的随机，而在我们的仿真中还是有些太过理想化。
由此我们可知，现实中的误差有时是可以利用的，而实际在真正生产中，除了考虑减少误差的方式，在另一个方式上还可以利用它的误差，将缺陷利用，我认为这是一个不错的思路。
这次设计多亏了老师的及时点拨。
数字电子技术基础（第五版）清华大学电子学教研组编闫石主编
电子设计从零开始（第二版）杨欣莱.诺克斯王玉凤刘湘黔编著
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