电子骰子设计方案.doc

海南大学电子技术课程设计题目：电子骰子的设计学号：姓名：年级： 08通信（1）专业：通信工程指导老师：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、参考文献电子骰子的设计一、 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16，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。四、电路的基本原理通过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16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=45.4M2、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（ 2/3VCC 是高电平 1， 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=1K ,解得R2=3.1K设计的仿真图3、时序逻辑电路的设计画出的卡诺图如下： Q3Q2Q1AB0000010110101101111011000 0 X010001001010 X0010010 1 X011010011011 X0110011 1 X101110110101 X1101101 0 X100101100100 X100100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： Q3Q2Q1AB0000010110101101111011000 0 011010001001010 0110010010 1 011011010011011 0110110101 1 101101110110101 1011101101 0 101100101100100 100100101Q1*的卡诺图化简： Q3Q2Q1AB0000010110101101111011000 0 10110 1110 1 11011 1101 1 110011001 0 10100 001Q1*=Q3(BQ2+ABQ2)+Q3(ABQ2+BQ2+AQ1+BQ2Q1)根据JK触发器的特征方程得：J1=BQ2+ABQ2K1=BQ2+AQ1+BQ2Q1Q2*的卡诺图化简： Q3Q2Q1AB0000010110101101111011000 0 11001 1000 1 11111 1111 1 001100111 0 00000 000Q2*=AQ3Q2+BQ3Q2+AQ3Q2+BQ3Q2=Q2(AQ3+BQ3)+Q2(BQ3+AQ3)得到JK触发器的特征方程：J2=AQ3+BQ3 K2=BQ3+AQ3Q3*的卡诺图化简 Q3Q2Q1AB0000010110101101111011000 0 00000 0000 1 00000 0001 1 11111 1111 0 11111 111Q3*=A得其特征方程为：J3=A K3=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AB Q3Q2Q1,只需在问号上输入对应状态的真值表即可。五、总体电路设计仿真图六、心得体会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