数电课程设计投掷硬币电路设计

1、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1课时设计目的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） 56硬件的制作与调试7.7总结7.参考文献.0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摘要随着社会的变迁，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

2、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L

3、ED驱动显示电路组成。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 ;设计电路结构、选择电路元件， 计算确定元件参数，画出使

4、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。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。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

5、发器。该触发器由 6 个与非门组成。图3-1 D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=O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=O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：P=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。.CP由0变1时触发器翻转。这时G3和G4打开

6、，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。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触发器的路径也被圭寸锁；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

7、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C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。在本电路中CD4011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VCC-1 - 6V4-1设计原理图路由自激多谐振荡器、随

8、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Ri、R2、Ci等组成，用于产生方波 时钟脉冲信号。当按下开关 Si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CPi端，U4A在时钟脉冲作用下，在两种稳态之间变换，其 Qi和交替高电平和低电平，发光二极管 LEDi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LEDi和LED2都在点亮。当松开Si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

9、状态，要 么Qi为高电平，为低电平，贝膠录色发光二极管 LED2点亮，红色发光二 极管LEDi熄灭；要么Qi为低电平，为高电平，则红色发光二极管 LEDi 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。5-1多谐振荡电路图D触发器沿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

10、一次变化现象，抗 干扰性能好，工作速度快图5-2 D触发器LED驱动器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。6硬件的制作与调试 用烙铁焊接，对照原理图安装元器件并焊接。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

11、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 。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

12、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 训接近了尾声。 在老师的带领下， 我终于顺利完

13、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

14、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。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

15、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。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

16、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。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

17、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。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1 康华光 . 电子技术基础 M ， 4 版、 北京：高等教育出版社。2 阎石.数子电子技术基础 M ，北京：高等教育出版社。3 Uwe Meyer2Bases ，数字信号处理的 FPGA 实现 M 。刘凌 、胡永生译。北京： 清华大学出版社 。4 周政新，电子设计自动化实践与训练 M 。北京：中国民航出版社。5 蒋璇 、藏春华，数字系统设计与 PLD 应用技术 M 。北京：电子工业出版社。6 徐志军 、徐光辉， CPLD/ FPGA 的开发与应用 M 。北京：电子工业出版社。7 沈嗣昌，数字设计引论 M ，北京：高等教育出版社。8 江晓安，数字电子技术