电骰子电路设计全设计说明

电骰子电路设计全设计说明
信息职业技术学院
毕业设计说明书(论文)
设计（论文）题目: 电骰子电路设计
专业: 通信技术
班级: 通技06-2 学号:
姓名:
指导教师:
二ΟΟ八年十二月三十日
信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书
备注：任务书由指导教师填写，一式二份。

其中学生一份，指导教师一份。

目录
摘要 (1)
第1章绪论 (2)
第2章方案设计 (4)
第3章单元电路设计 (7)
3.1振荡电路设计 (7)
3.2计数器电路设计 (8)
3.2.1 计数器电路芯片的选择 (8)
3.2.2 计数器电路组成 (9)
3.3译码器电路设计 (10)
3.3.1 译码器电路功能框图 (10)
3.3.2 译码器电路设计 (10)
3.4LED的驱动电路设计 (12)
3.5时钟控制电路 (12)
第4章电路仿真 (14)
总结 (16)
致谢 (17)
参考文献 (18)
附录总电路原理图 (19)
摘要
骰子是娱乐游戏的一种道具，可以用它来随机地选取1~6的数。

本电路设计一个电骰子电路，该电路由电骰子的电路结构决定。

电路由RC振荡电路、计数器电路、译码器电路、LED驱动电路、时钟控制电路五部分电路构成，其中计数器是整个电路的核心部分，而译码器在电路中没有采用原有的译码器，而用门电路来实现，是为了让电路更简单。

关键词振荡器；计数器；译码器
第1章绪论
骰子应用十分广泛，现在社会上流行有各种定位骰子、黄金骰子、打破无物骰子、感应骰子、遥控骰子等，它是娱乐游戏的一种道具，是许多娱乐必不可少的工具之一，比如麻将等。

早先是用骨头，木头等制成的立体小方块，六面分别刻有一、二、三、四、五、六点，只有1，2，3，4，5，6这六个数，有的地方叫色子。

用骨头、木头等制成的立体骰子，在使用时通常是把骰子摇动后掷落，以上面的数作为选取的数字。

这六个数中，每掷一次，其中某个数出现的概率是1/6。

所谓1/6的概率，就是说这六个数并不是按照某种顺序出现的，而是随机的。

如果撇开骰子的形状和使用方法的约束来抽象地评价它的功能，那么骰子就是一种“从1~6的数字中，每次只随机地选择1个数字的选择装置”。

本电路是设计一种电子选择装置，那就是，当摁下开关时，它能够从1~6的数字中选择1个数字。

重要的是每次掷下时并不知道将会选择哪个数字。

电路中来自外面的信号，也就是摇动骰子时的信号可以利用按钮开关实现。

骰子的点数是从1~6的个位数。

考虑采用外形更像骰子的电骰子，可以利用7个LED 灯光来表现骰子点数，既1~6的数字，而用LED来表示这种点数的形状，看起来就很接近本来的骰子，如图1-1表示骰子点数的形状。

图1-1 骰子的点数
在电路中把7个LED排列成骰子点数的形状，就可以利用LED的发光表示数字。

图1-2是用LED的发光表示点数的例子。

使发光部分LED的配置接近本来骰子的点数的形状，而哪些LED发光则由电子电路来决定，与骰子点数位置相同的LED 发光，如下图所示。

a）表示3 b）表示4
图1-2 电骰子的LED发光
第2章方案设计
骰子只处理从1~6的数字，但是根据骰子点数的形状需要配置7个LED。

通过其中某几个LED发光，表现骰子的点数。

图2-1表示LED发光的位置。

图2-1 电骰子的LED发光组合7个LED的位置分别用a～g字母表示。

7个LED发光的所有组合形式计算起来非常多。

这里仅把其中发光组合相同的LED进行分组，表2-1是其分组的情况。

从这个结构看出可以分成4个组。

从图2-2可以看出如果骰子的3，4，5，6点数发光必须要有a和g这两个LED。

图2-2 LED的发光组合
从图2-2可以看出，实际上需要利用数字电路中常说的“译码器电路”来实现
数字的选择。

确定了基本功能之后，接下来就可以考虑采用怎样的电路来实现这些功能，图2-3是根据功能画出框图的考虑方法。

图2-3 基本功能框图
图2-4是基于基本功能所画出的电路原理框图。

图2-4 电骰子的结构框图
计数器的计数动作（计算数字）由输入时钟来决定。

就是说，给计数器输入时
钟的时间相当于骰子摇动的时间。

摁下开关相当于摇动骰子的动作，在时钟的作用下启动计数器，只有在时钟控制电路的输出为“1”时计数器的输出才发生变化。

此时骰子开始滚动；在经过计数器的输出作用下利用译码器使LED发光，这就是需要设计译码器电路。

图2-4就是根据以上考虑所得出的框图，基于这个框图来设计实际电路。

开关闭合期间，LED随时钟输入脉冲显示数字,松开开关一定时间后，LED随机表示骰子的某1个点数。

第3章单元电路设计
3.1 振荡电路设计
振荡电路有很多种，比如LC振荡电路、555振荡电路、RC振荡电路、石英晶体振荡电路等等。

在电骰子电路设计中产生时钟的振荡电路选用RC振荡电路。

这种电路在稳定性方便比不上石英振荡电路，但是优点是容易通过改变电容器或者电阻的值来调振荡频率，而且价格更便宜，所以选择RC振荡电路。

图3-1是电骰子用RC振荡电路的电路图。

1
2
G1
56
G3
34
G2
R s
1K
R
1K
C
u01u02u03u0图3-1 电骰子用RC振荡电路的电路图
RC振荡电路的基本原理就是利用电容C的充放电，改变u03的电平（因为Rs
很小，在分析时往往忽略它）来控制G3周期性的导通和截止，在输出端产生矩形脉冲。

如图3-2是振荡电路的工作波形。

图3-2 RC振荡电路的工作波形图根据工作波形可以计算出电路的振荡周期为T≈2.2RC。

改变R、C的值，可以调节RC振荡电路的震荡周期T。

但是，R不能选的太大（一般1k左右），否则电路不
能正常振荡。

所以，R的值取1K（方便计算），周期T的值取3S，由公式可得：
3≈2.2×1×C
C≈1.4μF
3.2 计数器电路设计
3.2.1 计数器电路芯片的选择
这部分是电骰子的主要核心部分。

因为骰子的点数是1到6，所以可使用六进制计数器。

在74系列中具有六进制功能的产品有7492。

不过这种产品比较陈旧，也没有系列化（只有TTL标准型），所以利用触发器制作专用的计数器。

六进制计数器需要六种状态，即n=6，而=8，所以需要3个触发器构成六进制计数器。

六进制计数器的输出为0-1-2-3-4-5-0，在输出为6的瞬间触发器复位(=0)。

构成计数器的触发器可用D、JK、RS等，希望尽量用简单的电路制作，所以本电路触发器采用D触发器。

图3-3 D触发器
图3-3是D触发器结构图，从图中可以看出D触发器是上升沿有效，置位端SD有效，CD无效时，输出为“1”；复位端CD有效，SD无效时，输出为“0”；当置位端SD和复位端CD都无效时，输出由D触发器的特征方程决定，D触发器的特征方程为：=D，其真值表如表3-1所示。

表3-1 D触发器的真值表
3.2.2 计数器电路组成
用D触发器制作6进制计数器时，是把触发器并列对它的输出解码，当输出为6时对整个计数器复位。

图3-4是电骰子用计数器的电路设计图。

图3-4 电骰子用计数器的电路设计图三个D触发器构成的6进制计数器，可以得到由000~111的八种状态，但对电骰子电路来说，只需使用其中的六种。

因为计数器的二进制输出是一个一个出现的，只要确定了与输入相对应的输出的逻辑就可以了，并不需要与二进制一致，为了使电路设计简单，可得出计数器电路产生的真值表，如表3-2所示。

表3-2 计数器电路产生的真值表
由真值表可知011和111这两种组合状态在电路中没用到，因此可以把它作为禁止状态。

在图3-4中可以看出，计数器在CP脉冲上升沿有效时，从000状态计数到101；当计数器处于101状态时，若再来计数脉冲，同时为1，经过与非门输出低电平加到Rs触发器输入端；此时Rs触发器输出半个时钟时间的复位信号加到触发器CD端，计数器迅速复位到000状态，此时触发器输出为0，计数器复位。

计数器又可以从000状态重新计数，即开始新的一轮循环。

3.3 译码器电路设计
3.3.1 译码器电路功能框图
图3-5是译码器部分框图，输入是来自计数器的输出、、信号，所以译码电路输入的是000、100、010等6种状态，输出是在a，b，c，d，e，f，g六个端子输出相应信号。

与此相对应的a，b，c，d，e，f，g输出是服从于图3-5的电骰子用译码器的真值表的数字输出。

在本设计中使用的LED驱动是用“1”使LED发光。

图3-5 译码器的部分框图
3.3.2 译码器电路设计
1．电骰子上LED排列
在经过计数器的输出作用下利用译码器，产生使LED发光的信号。

LED这样发出的光点与骰子点数形状是一致的。

六进制计数器的输出有000、101等共六种状态。

如果把各种输出原封不动地用LED表示，只能得到二进制的表示。

因此，使用二进制的数据时，需要确定应该使那些LED发光。

例如，使用七段数字表示器时，也需要有决定二进制数使七段中哪个LED发光的译码器，由它来确定形成可读的、最初选取的数字的形状。

欲将LED排列成骰子点数的形状，图3-6为电骰子的LED发光组合图。

图3-6 电骰子的LED发光组合
2．译码器电路设计
表3-3是电骰子用译码器的真值表。

这个真值表中7个排列的LED分别用a～g 这7个字母表示，它们与各计数器的输出（、、）相对应，确定该哪个LED 发光。

表3-3 电骰子用译码器的真值表
由于计数器使用的触发器输出有两个端子Q和，可以有效地利用反转信号，，），从计数器的输出与骰子的点数相对应的角度可以看到，当（=0，=0，
=0）时表示数字1，当（=1，=0，=0）时表示数字2，等等。

所以，计数器的二进制输出是一个一个出现的。

没有什么特别的问题，作为译码器，只要确定了与输入相对应的输出的逻辑就可以了，并不需要与二进制一致。

用表3-3的真值表为基础设计译码器逻辑电路。

在表3-3的真值表中可以看出a 与g，b与f，c与e各自有相同的逻辑。

所以，从a～g不需要做出7种电路，只用4种电路就可以了。

实际的逻辑IC中经常使用NAND或者NOR。

这里所用的译码器电路都是由1个NAND门（74HC00）构成的，见图3-7用IC组合的简单电骰子译码器电路。

图3-7 IC组合的简单电骰子译码器
3.4 LED的驱动电路设计
LED的发光使用驱动IC74F04驱动。

当加逻辑“1”电平时，这个IC的输出晶体管导通（“0”电平）。

+5V通过LED和电阻接到驱动IC上。

由于使用了470Ω的限流电阻，所以流过LED的电流约为6mA。

图3-8为LED驱动电路图。

图3-8 LED 驱动电路图
3.5 时钟控制电路
利用RC 时常数电路控制时钟进入计数器还是停止，见图3-9时钟控制电路用的RC 时常数电路。

C 4.7u F
+5
R 9
100K
12
13
图3-9 时钟控制电路用的RC 时常数电路
当按钮开关接通时，4.7uF 电容器上的电荷变为0，反相器的输入获得“0”电平，
于是输出变为“1”。

所以控制时钟的NAND门开启，来自振荡器的时钟就能提供给计数器。

当开关断开时，来自+5V的电流通过100KΩ的电阻流向4.7uF的电容器，使电位逐渐上升。

如果电容器上的电位越过反相器的阈值电平，输出就变为“0”，控制时钟的NAND门就关闭，于是时钟停止提供给计数器。

第4章电路仿真
在对电骰子电路进行仿真时，由于电路中的器件在仿真软件中有些器件没有，所以只对电骰子电路的部分电路进行仿真。

其电路仿真是采用EWB仿真软件进行的，其仿真电路图如图4-1所示，仿真波形如图4-2所示。

图4-1 电骰子部分仿真电路图
图4-2 电骰子部分电路仿真波形图
总结
毕业设计是我们从大学毕业生走向以后工作岗位重要的一步。

从最初的选题，开题到绘图直到完成设计。

其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复思考，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。

通过这次实践，我了解了D触发器的工作原理，熟悉了电骰子的设计步骤，锻炼了我的动手能力，培养了自己独立设计能力。

此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。

本次毕业设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析问题，但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。

比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解，等等。

这次实践是对自己大学三年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人。

经过这一个多月来的毕业设计以及对相关资料的收集，让我更深刻的了解到随着网络科技的不断发展和网络的广泛应用，从而使我们的生活与它有着很密切的联系了。

毕业设计论文是毕业设计工作的总结和提高，和做科研开发工作一样，要有严谨求实的科学态度。

毕业设计论文应有一定的学术价值和实用价值，能反映出作者所具有的专业基础知识和分析解决问题的能力。

因此在这次的毕业设计中虽然时间紧迫但我学会了很多，也感到自身知识的贫乏。

经过毕业设计的制作，使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。

这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。

致谢
从十月份接受课题到现在完成毕业设计论文，我衷心的感谢指导我的弥锐老师给予了我精心的指导和热情的帮助。

尤其在课题设计的前期准备阶段和数据库的设计阶段，导师提出许多宝贵的设计意见，还有在最后的修改阶段老师在百忙之中抽出时间为我们提供了必要的帮助，这样使得我们得以顺利的完成毕业设计的工作，虽然在一起相处时间短暂，可老师渊博的知识，敏锐的思路和实事求是的工作作风却给我留下了深刻的印象，这将使得我终身受益，谨此向老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。

参考文献
[1] 邱寄帆，唐程山．数字电子计数．北京：人民邮电出饭社，2007
[2] 彭军．实用电子技术．北京：科学出版社，2006
[3] 熊建云．Protel99SE EDA技术应用．北京：机械工业出版社，2006
[4] [日]汤山俊夫．数字电路设计与制作．北京：科学出版社，2005
[5] 陆坤．电子设计技术．成都：电子科技大学出版社，1997
[6] 张克农．数字电子技术基础．北京：高等教育出版社，2003
附录总电路原理图
四川信息职业技术学院
毕业设计（论文）评语。