电子骰子游戏概要设计需求需求分析555定时芯片介绍
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电子骰子游戏
概要
• 设计需求 • 需求分析 • 555定时芯片介绍
– 555定时器 – 多谐振荡器 – 施密特触发器 – 单稳态触发器
• 无源器件介绍
– 电阻、电容、电感
设计需求
• 使用数字电路设计一个电子 骰子
• 骰子点数用发光二极管的点 亮个数表示
• 对应发光二极管的位置要和 真实骰子的红点位置相当如 右图
• 比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构 成分压，它们分别使两个比较器IC1和IC2 的参考电平为1/3Vcc和2/3Vcc
• 当6号引脚的输入信号＞2/3Vcc时，555的3 号引脚输出低电平
• 当2号引脚的输入信号＜1/3Vcc时，555的3 号引脚输出高电平
输入信号＞ 2/3Vcc
输出1 触发器复位
即Q0输出高电平，Q1~Q9输出低电平 • 13#：CLOCK ENABLE • 当该引脚输入低电平时，计数器对CLOCK
引脚的脉冲信号技术
• 当该引脚处于高电平时，停止计数
搭建电路
5->2->3->4->6->1->5
完整的电路
•
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.10.2220.10.22Thursday, October 22, 2020
和几十分钟之间变化
主要参数估算
（1）输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算）
（2）恢复时间tre
tre (3 ~ 5) 2
2 RcesC
其中，Rces是T的饱和导通电阻
（3）最高工作频率fmax
vI周期的最小值： Tmin= tW＋tre 因此，单稳态触发器的最高工作频率应为:
仿真实验
单稳态触发器的应用
稳态时 输出0
放电管导通
负脉冲信号输入
内部低电平比较器动作 开始一个稳态过程
恢复稳定
负脉冲触发 信号
输出0 回到稳态 输出1 处于暂态
放电管截止
电平低于 1/3Vcc
电容充电 到2/3Vcc
电容放电
6号引脚电平 到达2/3Vcc
放电管重新 导通
暂稳态的持续时间
• 暂稳态的持续时间T取决于外部元件R1、C2 • T=1.1RC • 通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微妙
3号引脚 输出0
触发器复位 ~Q输出1
T1导通
输入信号＜ 1/3Vcc
3号引脚 输出1
输出1 触发器置位
触发器置位 ~Q输出0
T1截止
3号引脚 输出0
4号引脚 输入0
触发器复位 ~Q输出1
• 4号引脚是复位引脚
• 当4号引脚输入低电平时，555输出低电平
• 平时该引脚应该接高电平
• 5号引脚是控制电压端，平时输出2/3Vcc作 为比较器IC1的参考电平
• 其中，芯片复位后，输出状态是“0”
• 12#：CARRY-OUT
• 进位信号输出引脚，当4017计数十个脉冲 之后，CARRY-OUT引脚将输出一个脉冲， 表示产生进位，供级联计数器使用
• 4）控制信号 • 15#：RESET，复位信号（清零信号） • 该引脚为高电平时，会使4017输出“1”，
• 若5号引脚外接一个输入电压，即改变了比 较器的参考电平，从而实现对输出的另外 一种控制
单稳态触发器
• 通常，触发器都有两个稳定的状态，即0和 1，所以触发器也被称为双稳态电路
• 与双稳态触发器不同，单稳态触发器只有 一个稳定的状态
• 这个稳定的状态称为“稳态”，可以是0， 也可以是1
• 另一个状态称为“暂稳态”
设计方案
电容式 ON/OFF
555振荡器
CD4017 6进制串行移位计
数器
LED显示模拟骰子点数
• 设计需求 • 需求分析 • 555定时芯片介绍
– 555定时器 – 多谐振荡器 – 施密特触发器 – 单稳态触发器
• 无源器件介绍
– 电阻、电容、电感
555定时器
• 555定时器是一种模拟和数字功能相结合的 中规模集成器件
•
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。04:02:1204:02:1204:0210/22/2020 4:02:12 AM
•
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.2204:02:1204:02Oc t-2022- Oct-20
•
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。04:02:1204:02:1204:02Thursday, October 22, 2020
多谐振荡器
• 多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振 荡器，也称为矩形波发生器
• 多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态， 所以也称为无稳态电路
• 在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之 间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲 信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的 时钟信号
输入电压降 至1/3Vcc时
输入电平＜ 1/3Vcc
• 表中可以看出L4总是 单独亮灭，1、3、5 控制
• L2、L6除了在1外一 直为亮，可由1控制
• L1、L7同时受4、5、 6的输出控制
• L3、L5同时受6输出 控制
L1
L2
L3 L4 L5
L6
L7
计数器类型的确定
• 从分析中可以看出，该设计对计数器没有 特殊要求
• 有复位输入或预置数的输入端 • 计数的触发方式最好是边沿触发 • 此处选择了CD4017
T = T1+T2 = 0.7(R1+2R2)C
CD4017
CD4017
• CD4017的基本功能是对“CLOCK”端输 入脉冲的个数进行十进制计数，并按照输 入脉冲的个数顺序将脉冲分配在Y0~Y9这 十个输出端
• 记满十个数后计数器回到初始状态（Y0输 出），同时输出一个进位脉冲
时序图
CD4017
•
安全在于心细，事故出在麻痹。20.10.2220.10.2204:02:1204:02:12October 22, 2020
•
踏实肯干，努力奋斗。2020年10月22日上午4时2分20.10.2220.10.22
•
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2020年10月22日星期 四上午4时2分12秒04:02:1220.10.21）电源引脚： • 8#：VSS • 16#：VDD，输入电压范围是3~15V
• 2）脉冲输入引脚： • 14#：CLOCK，接收脉冲信号的输入
• 3）数据输出引脚：
• 3,2,4,7,10,1,5,6,9,11#：“0”~“9”
• 解码后的十进制输出引脚，被计数到的值 输出高电平，其它引脚输出低电平
• 延时定时 • （1）延时
– 图的。中下，降v沿'O滞的后下了降时沿间比tvWI
• （2）定时
– 当vOv='Ov=F。1时，与门打开， – 当vOv为'O低=0电时平，。与门关闭， – 显然与门打开的时间是
恒定不变的，就是单稳 输出脉冲v'O的宽度tW。
单稳态触发器的应用
• 整形
– 单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI，整 形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。 vO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平， 宽度tW决定于暂稳态时间。
刚上电 高电平
电容放电 输入电压下降
电容充电 电压上升
输出高电平 放电管截止
暂稳态2
输出低电平 放电管导通
暂稳态1
当电容电压升至2/3Vcc时 又恢复到暂稳态1
波形图
• 用555定时器构成的多谐振荡器
– 振荡频率的估算
（1）电容充电时间T1：（用三要素法计算）
（2） 电容放电时间T2 （3）电路振荡周期T （4）电路振荡频率f （5）输出波形占空比q
•
一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.10.2220.10.2204:0204:02:1204:02:12Oc t-20
•
牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。2020年10月22日 星期四4时2分12秒Thursday, October 22, 2020
•
相信相信得力量。20.10.222020年10月 22日星 期四4时2分12秒20.10.22
谢谢大家！
• 每次使用产生的点数是随机 的
需求分析
• 不同点数对应不同的发光二极管，位置有 明确要求，因此对不同点的输出需要进行 编码控制发光管
• 产生数据随机，可用计数器对555组成的振 荡器计数，计数时间随机由对无源器件电 容的充放电时间来实现
• 其中计数器需要设计成6进制
计数器类型的确定
• 模拟骰子的不同位置 的数码管进行标号如 右图
•
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年10月 上午4时 2分20.10.2204:02October 22, 2020
•
作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年10月22日星期 四4时2分12秒04:02:1222 October 2020
•
好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。上 午4时2分12秒 上午4时 2分04:02:1220.10.22
• 一般用TTL工艺制作的称为555，用CMOS 工艺制作的称为7555；除了单定时器外， 还有对应的双定时器556/7556
• 555定时器成本低，性能可靠，只需要外接 接个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、 单稳态触发器及施密特触发器等电路
555定时器内部框图
电压比较 器
RS触发器
放电管
• 555含有两个电压比较器、一个RS触发器， 一个放电开关T1
施密特触发器
输入信号＞ 2/3Vcc
输入信号＜ 1/3Vcc
输出低电平 输出高电平
施密特触发器的应用
• 用作接口电路
– 将缓慢变化的输入信号， 转换成为符合TTL系统要 求的脉冲波形
• 用作整形电路
– 把不规则的输入信号整形 成为矩形脉冲
施密特触发器的应用
• 用于脉冲鉴幅
– 从一系列幅度不同的脉冲信号中，选出那些 幅度大于VT+的输入脉冲
单稳态触发器的特点
• 1）在没有受到外界触发脉冲作用的情况下， 单稳态触发器保持在稳态
• 2）在受到外界脉冲作用的情况下，单稳态 触发器翻转，进入“暂稳态”
• 3）经过一段时间，单稳态触发器从暂稳态 返回稳态
• 单稳态触发器在稳态停留的时间仅仅取决 于电路本身的参数
单稳态触发器的稳态
稳态时 输入高电平
概要
• 设计需求 • 需求分析 • 555定时芯片介绍
– 555定时器 – 多谐振荡器 – 施密特触发器 – 单稳态触发器
• 无源器件介绍
– 电阻、电容、电感
设计需求
• 使用数字电路设计一个电子 骰子
• 骰子点数用发光二极管的点 亮个数表示
• 对应发光二极管的位置要和 真实骰子的红点位置相当如 右图
• 比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构 成分压，它们分别使两个比较器IC1和IC2 的参考电平为1/3Vcc和2/3Vcc
• 当6号引脚的输入信号＞2/3Vcc时，555的3 号引脚输出低电平
• 当2号引脚的输入信号＜1/3Vcc时，555的3 号引脚输出高电平
输入信号＞ 2/3Vcc
输出1 触发器复位
即Q0输出高电平，Q1~Q9输出低电平 • 13#：CLOCK ENABLE • 当该引脚输入低电平时，计数器对CLOCK
引脚的脉冲信号技术
• 当该引脚处于高电平时，停止计数
搭建电路
5->2->3->4->6->1->5
完整的电路
•
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.10.2220.10.22Thursday, October 22, 2020
和几十分钟之间变化
主要参数估算
（1）输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算）
（2）恢复时间tre
tre (3 ~ 5) 2
2 RcesC
其中，Rces是T的饱和导通电阻
（3）最高工作频率fmax
vI周期的最小值： Tmin= tW＋tre 因此，单稳态触发器的最高工作频率应为:
仿真实验
单稳态触发器的应用
稳态时 输出0
放电管导通
负脉冲信号输入
内部低电平比较器动作 开始一个稳态过程
恢复稳定
负脉冲触发 信号
输出0 回到稳态 输出1 处于暂态
放电管截止
电平低于 1/3Vcc
电容充电 到2/3Vcc
电容放电
6号引脚电平 到达2/3Vcc
放电管重新 导通
暂稳态的持续时间
• 暂稳态的持续时间T取决于外部元件R1、C2 • T=1.1RC • 通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微妙
3号引脚 输出0
触发器复位 ~Q输出1
T1导通
输入信号＜ 1/3Vcc
3号引脚 输出1
输出1 触发器置位
触发器置位 ~Q输出0
T1截止
3号引脚 输出0
4号引脚 输入0
触发器复位 ~Q输出1
• 4号引脚是复位引脚
• 当4号引脚输入低电平时，555输出低电平
• 平时该引脚应该接高电平
• 5号引脚是控制电压端，平时输出2/3Vcc作 为比较器IC1的参考电平
• 其中，芯片复位后，输出状态是“0”
• 12#：CARRY-OUT
• 进位信号输出引脚，当4017计数十个脉冲 之后，CARRY-OUT引脚将输出一个脉冲， 表示产生进位，供级联计数器使用
• 4）控制信号 • 15#：RESET，复位信号（清零信号） • 该引脚为高电平时，会使4017输出“1”，
• 若5号引脚外接一个输入电压，即改变了比 较器的参考电平，从而实现对输出的另外 一种控制
单稳态触发器
• 通常，触发器都有两个稳定的状态，即0和 1，所以触发器也被称为双稳态电路
• 与双稳态触发器不同，单稳态触发器只有 一个稳定的状态
• 这个稳定的状态称为“稳态”，可以是0， 也可以是1
• 另一个状态称为“暂稳态”
设计方案
电容式 ON/OFF
555振荡器
CD4017 6进制串行移位计
数器
LED显示模拟骰子点数
• 设计需求 • 需求分析 • 555定时芯片介绍
– 555定时器 – 多谐振荡器 – 施密特触发器 – 单稳态触发器
• 无源器件介绍
– 电阻、电容、电感
555定时器
• 555定时器是一种模拟和数字功能相结合的 中规模集成器件
•
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。04:02:1204:02:1204:0210/22/2020 4:02:12 AM
•
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.2204:02:1204:02Oc t-2022- Oct-20
•
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。04:02:1204:02:1204:02Thursday, October 22, 2020
多谐振荡器
• 多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振 荡器，也称为矩形波发生器
• 多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态， 所以也称为无稳态电路
• 在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之 间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲 信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的 时钟信号
输入电压降 至1/3Vcc时
输入电平＜ 1/3Vcc
• 表中可以看出L4总是 单独亮灭，1、3、5 控制
• L2、L6除了在1外一 直为亮，可由1控制
• L1、L7同时受4、5、 6的输出控制
• L3、L5同时受6输出 控制
L1
L2
L3 L4 L5
L6
L7
计数器类型的确定
• 从分析中可以看出，该设计对计数器没有 特殊要求
• 有复位输入或预置数的输入端 • 计数的触发方式最好是边沿触发 • 此处选择了CD4017
T = T1+T2 = 0.7(R1+2R2)C
CD4017
CD4017
• CD4017的基本功能是对“CLOCK”端输 入脉冲的个数进行十进制计数，并按照输 入脉冲的个数顺序将脉冲分配在Y0~Y9这 十个输出端
• 记满十个数后计数器回到初始状态（Y0输 出），同时输出一个进位脉冲
时序图
CD4017
•
安全在于心细，事故出在麻痹。20.10.2220.10.2204:02:1204:02:12October 22, 2020
•
踏实肯干，努力奋斗。2020年10月22日上午4时2分20.10.2220.10.22
•
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2020年10月22日星期 四上午4时2分12秒04:02:1220.10.21）电源引脚： • 8#：VSS • 16#：VDD，输入电压范围是3~15V
• 2）脉冲输入引脚： • 14#：CLOCK，接收脉冲信号的输入
• 3）数据输出引脚：
• 3,2,4,7,10,1,5,6,9,11#：“0”~“9”
• 解码后的十进制输出引脚，被计数到的值 输出高电平，其它引脚输出低电平
• 延时定时 • （1）延时
– 图的。中下，降v沿'O滞的后下了降时沿间比tvWI
• （2）定时
– 当vOv='Ov=F。1时，与门打开， – 当vOv为'O低=0电时平，。与门关闭， – 显然与门打开的时间是
恒定不变的，就是单稳 输出脉冲v'O的宽度tW。
单稳态触发器的应用
• 整形
– 单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI，整 形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。 vO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平， 宽度tW决定于暂稳态时间。
刚上电 高电平
电容放电 输入电压下降
电容充电 电压上升
输出高电平 放电管截止
暂稳态2
输出低电平 放电管导通
暂稳态1
当电容电压升至2/3Vcc时 又恢复到暂稳态1
波形图
• 用555定时器构成的多谐振荡器
– 振荡频率的估算
（1）电容充电时间T1：（用三要素法计算）
（2） 电容放电时间T2 （3）电路振荡周期T （4）电路振荡频率f （5）输出波形占空比q
•
一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.10.2220.10.2204:0204:02:1204:02:12Oc t-20
•
牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。2020年10月22日 星期四4时2分12秒Thursday, October 22, 2020
•
相信相信得力量。20.10.222020年10月 22日星 期四4时2分12秒20.10.22
谢谢大家！
• 每次使用产生的点数是随机 的
需求分析
• 不同点数对应不同的发光二极管，位置有 明确要求，因此对不同点的输出需要进行 编码控制发光管
• 产生数据随机，可用计数器对555组成的振 荡器计数，计数时间随机由对无源器件电 容的充放电时间来实现
• 其中计数器需要设计成6进制
计数器类型的确定
• 模拟骰子的不同位置 的数码管进行标号如 右图
•
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年10月 上午4时 2分20.10.2204:02October 22, 2020
•
作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年10月22日星期 四4时2分12秒04:02:1222 October 2020
•
好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。上 午4时2分12秒 上午4时 2分04:02:1220.10.22
• 一般用TTL工艺制作的称为555，用CMOS 工艺制作的称为7555；除了单定时器外， 还有对应的双定时器556/7556
• 555定时器成本低，性能可靠，只需要外接 接个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、 单稳态触发器及施密特触发器等电路
555定时器内部框图
电压比较 器
RS触发器
放电管
• 555含有两个电压比较器、一个RS触发器， 一个放电开关T1
施密特触发器
输入信号＞ 2/3Vcc
输入信号＜ 1/3Vcc
输出低电平 输出高电平
施密特触发器的应用
• 用作接口电路
– 将缓慢变化的输入信号， 转换成为符合TTL系统要 求的脉冲波形
• 用作整形电路
– 把不规则的输入信号整形 成为矩形脉冲
施密特触发器的应用
• 用于脉冲鉴幅
– 从一系列幅度不同的脉冲信号中，选出那些 幅度大于VT+的输入脉冲
单稳态触发器的特点
• 1）在没有受到外界触发脉冲作用的情况下， 单稳态触发器保持在稳态
• 2）在受到外界脉冲作用的情况下，单稳态 触发器翻转，进入“暂稳态”
• 3）经过一段时间，单稳态触发器从暂稳态 返回稳态
• 单稳态触发器在稳态停留的时间仅仅取决 于电路本身的参数
单稳态触发器的稳态
稳态时 输入高电平