课程设计电子骰子

电子技术课程设计报告设计题目:电子骰子姓名:徐兵学院：信息工程学院专业:通信工程班级:通信0902学号:200973102011年6月17日-1-目录一、电子骰子设计目的及要求……………..2二、电子骰子功能设计分析…………………2三、电路设计基本原理及主要件………….21.原理设计框图…………………………………..22.设计原理说明…………………………………...23.555定时器简介………………………………..34.555定时器的组成和功能……………………..35.NE555的特点…………………………………46.CD4017功能简述……………………………..57．CD4017引脚图…………………………………58.CD4017原理图………………………………...6四、总体设计仿真图、原理图及PCB板图…91.电子骰子仿真图………………………………...91.电子骰子原理图………………………………...92.电子骰子PCB板图…………………………….10五、总结与体会……………………………………..111.总结………………………………………………112.体会………………………………………………11六、参考文献…………………………………………11-2-一、电子骰子设计目的及要求1.电子骰子每按下开关一次的显示结果会在1~6数字中随机产生，以代替普通骰子。2.总体要求用开关控制显示对应的数字。二、电子骰子功能设计分析分析：（1）为了节约成本，我决定用发光二极管来替代数码管，亮灯的个数即为显示的数字，即是表示骰子的点数。（2）用一按键开关，按下之后发光二极管会随机的变亮。三、电路设计基本原理及主要器件1.原理设计框图:设计原理框图2.设计原理说明:该电子骰子电路由时钟发生电路和功能显示电路两部分组成。以集成电路NE555为核心器件构成自激多谐振荡器。当电源开关闭合时，电源通过电阻R1和R2向电容器C1充电。当C1刚充电时，由于555的②脚处于低电平，故输出端③脚呈高电平；当电源经R1、R2向C1充电到2/3电源电压时，输出端③脚电平由高变低，555内部NE555振荡电路发光二极管显示灯CD4017十进制计数器-3-放电管导通，电容C1经R2向555的⑦脚放电，直至C1两端电压低于1／3电源电压时，555的③脚又由低电平变为高电平，C1又再次充电，如此循环工作，形成振荡。555的频率可以通过改变电阻R2的阻止而改变，其时钟输出直接进入4017的14脚，CD4017对振荡计数,三极管BC557导通，这样来驱动7个LED负载，使其随机点亮。由于通电时，对电容充电的时间和充电电流是随机的，所以最终显示结果也是随机的。3.555定时器简介555定时器（又称时基电路）是一个模拟与数字混合型的集成电路。按其工艺分双极型和CMOS型两类，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。4.555定时器的组成和功能下图是555定时器内部组成框图。-4-它主要由两个高精度电压比较器A1、A2，一个RS触发器，一个放电三极管和三个5KΩ电阻的分压器而构成。它的各个引脚功能如下:1脚:外接电源负端VSS或接地，一般情況下接地。8腳：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5—16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3--18V。一般用5V。3脚：输出端Vo2脚：低触发端6脚：TH高触发端4脚：是直接清零端。当端接低电平，则电路不工作，此时不论，TH处于何电平，电路输出为0，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01uf电容接地，以防干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用作定时器时电容的放电。5.NE555的特点1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。-5-3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。6.CD4017功能简述：7.CD4017引脚图CD4017采用标准的双列直插式脚塑封，它的引脚如下所示：-6-8.CD40171原理图内部逻辑电原理图如下图所示:-7-它是由十进制计数器电路和时序译码电路两部分组成。其中的D触发器Fl～F5构成了十进制约翰逊计数器，门电路5～14构成了时序译码电路。约翰逊汁数器的结构比较简单。它实质上是一种串行移位寄存器。除了第3个触发器是通过门电路15、16构成的组合逻辑电路作用于F3的D3端以外，其余各级均是将前一级触发器的输出端连接到后一级触发器的输入端D的，计数器最后一级的Q5端连接到第一级的D1端。这种计数器具有编码可靠，工作速度快、译码简单，只需由二输入瑞的与门即可译码，且译码输出无过渡脉冲干扰等特点。通常只有译码选中的那个输出端为高电平，其余输出端均为低电平。-8-约翰逊计数器状态如下表所示。当加上清零脉冲后，Q1～Q5均“0”，由于Q1的数据输入端D1是Q5输出的反码，因此，输入第一个时钟脉冲后，Q1即为“l”，这时Q2～Q5均依次进行移位输出，Q1的输出移至Q2，Q2的输出移至Q3……如果继续输入脉冲，则Q1为新的Q5，Q2～Q5仍然依次移位输出，这样就得到了约翰逊计数器的时序图:十进制Q1Q2Q3Q4Q5000000110000211000311100411110511111601111700111800011900001-9-四、电子骰子仿真图、原理图及PCB板图1.电子骰子仿真图如下：-10-2.电子骰子原理图如下：2.电子骰子PCB板图如下：-11-五、总结与体会1、设计过程总结在用protel设计与制板过程中自己总结了一些经验：一是，接地的标号中一定要把Net选项选为GND才可以，不然在PCB制作中将没有接地这一个选项出现；还有Dasignator的选项填写的是元件的标号，只有这个填上了在PCB制作中才会有该元件出现。二是，对PCB制作过程的要求。从板层的选择，到对元器件的布局最后是加入输入输出，以及对输入输出的连线，每一个都有很多的细节需要注意。其中最为典型的就是对输入输出的连线，它需要把两端节点及连线都定义为相同的名称才行，即需要对Net进行统一命名，不然系统将不把它默认为导通的连线。三是，把原理图与PCB连接起来的重要的一步就是生成网表文件（Netlist），在原理图绘制之后需要对生成的Netlist进行认真检查，检查是否存在元件漏标或者标重的现象出现，当提示无误后可以进行自动布局并开始调整元器件位置。2.体会通过这次的课程设计——电子骰子设计。使我对电子工艺的理论有了更深的了解。，学到了很多东西，学会了一些电子电路仿真设计能力,虽然过程中遇到了一些困难，但是在解决这些问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提高与肯定。在我遇到不懂的问题时，自己利用了网上和图书馆的资源，搜索查找到了需要的信息。-12-此次设计不仅增强了自己在专业设计方面的信心，鼓舞了自己，更是一次趣的培养。我的专业要求有很强的动手能力，我只有亲身经历，才能巩固我所学的知识，更好的运用这些知识。“纸上得来终觉浅，觉知此事要躬行！”这次课程设计我对以后的学习、生活都有很大的益处。六、参考文献1.数字电子技术基础（第二版）武汉理工大学出版社彭荣修主编2.《电子爱好者》与《电路之家》网站。