电子产品设计报告《声光电子色子》.docx

电子产品设计报告声光电子色子 “电子产品创作设计” 技术报告 题目：关于声光电子“骰子”的研究 小组成员： 西安电子科技大学 2022年10月 关于声光电子“骰子”的研究 摘要：骰子是娱乐游戏的一种道具，可以用它来随机地选取16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。 关键词：电子骰子数字电路 目录 引言. 错误！未定义书签。 1 课程设计的目的 (1) 2 课程设计的任务与要求 (1) 2.1 课程设计的任务 (1) 2.2 课程设计的要求 (1) 3 设计方案与论证 (2) 3.1 设计思路 (2) 3.2 方案选择 (2) 4 设计原理与功能说明 (5) 4.1 设计原理 (5) 5 单元电路的设计 (6) 5.1 脉冲电路 (6) 5.2 计数部分 (10) 5.3 显示部分.错误！未定义书签。 6 硬件的制作与调试 (12) 6.1 硬件的制作 (12) 6.2 电路的调试 (12) 7 总结 (13) 参文献考 (13) 附录1：总体原理电路图 (14) 附录2：元器件清单 (15) 引言 骰子是娱乐游戏的一种道具，可以用它来随机地选取16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。 1 课程设计的目的 (1)通过所学的有关数字电子技术知识设计出一个电路，有助于巩固和加强数字电子技术课程班的理论和知识。 (2) 掌握电子电路的一般设计方法，了解电子产品研制开发过程。 (3) 提高电子电路实验技能和仪器使用能力。 (4) 掌握电路安装及调试方法和故障排除能力。 (5) 学会撰写课程设计报告。 (6) 学会查询手册及文献资料。 2 课程设计的任务与要求 2.1 课程设计的任务 设计一个电子色子，使其完成骰子随机置数的功能，使之能发生翻转并能显示1和10之间的某一个数字。 2.2 课程设计的要求 （1）电源选择12V。 （2）10盏LED放置在电路板上的位置和真实的骰子点数相同。 （3）当开关闭合时10盏LED随机的翻转，当开关按下时10盏LED某一盏亮并显示某一个点数。 3 设计方案与论证 3.1 设计思路 电骰子的设计分为脉冲部分、数字生成部分和显示部分。脉冲部分可以用555定时器连接成的多谐振荡电路产生脉冲，数字部分需要采用计数器实现，计数器的功能是统计时钟脉冲的个数。 显示电路 脉冲信号计数器 图3-1 3.2 方案选择 本方案的脉冲电路仍采用由555定时器构成的振荡电路。 数字电路电路采用芯片CD4017。 CD4017有10个输出端（Q0Q9）和1个进位输出端Q5-9。每输入10个计数脉冲，Q5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。CD4017有3个输入端（MR、CP0和CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出Q0为高电平，其余输出端（Q1Q9）均为低电平。CP0和CPl是2个时钟输入端，若要用上 升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平，故可直接用做顺序脉冲发生器。 CD4017的结构图如下图所示： 图3-10 CD4017结构图 CD4017的管脚图如下图所示 图3-11 CD4017引脚图 CD4017的引脚功能 CD4017内部是除10的计数器及二进制对10进制译码电路。CD4017有16支脚，除电源脚VDD及VSS为电源接脚，输入电压范围为315V之外，其余接脚为： A、频率输入脚：CLOCK(Pin14)，为频率信号的输入脚。 B、数据输出脚：a、Q1-Q9(Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11)，为解码后的时进制输出接脚，被计数到的值，其输出为Hi，其余为Lo 电位。b、CARRY OUT（Pin12），进位脚，当4017计数10个脉冲之后，CARRY OUT将输出一个脉波，代表产生进位，共串级计数器使用。 C、控制脚：a、CLEAR(Pin15)：清除脚或称复位(Reset)脚，当此脚为Hi时，会使CD4017的Q0为”1”，其余Q1-Q9为”0”。 b、CLOCK ENABLE(Pin13)，时序允许脚，当此脚为低电位，CLOCK输入脉波在正缘时，会使CD4017计数，并改变Q1-Q9的输出状态。 本方案的显示部分用LED显示，用十盏LED排成的色子点数和真实的色子点数一致， 这样它能产生逼真的色子点数。 4 设计原理与功能说明 4.1 设计原理 本电路由三部分组成，脉冲部分，数字部分，显示部分。由555定时器组成的脉冲部分产生矩形波，输出高电平和低电平。CD4017是十进制计数器，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是00、01、02、 (09) 依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。CD4017的MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出00为高电平，其余输出端（009）均为低电平。如图所示 图4-1 CD4017引脚图 CD4017的1端，3端，4端，7端，10端接显示部分。由于4017输出的电流较小，无法驱动LED放光，其输出的电流经过三极管放大后可以驱动LED发光。当CD4017的管脚1为高电平的时候，它将会关闭上面的三级管9012同时开启驱动LED4的三级管9013，而其它的三极管保持关闭状态，只有LED4亮，显示的点数是1，连接管脚1的是一个10k的电 阻网络，它们所产生的分压作用会对驱动LED4的三级管基极电压产生影响。由于一个三级管所需要的开启电压仅为0.6V，此电路的设计对于开启电压留有足够的裕量，三极管仍然会导通。 功能说明 本设计电路是一个电子色子，LED在电路板上的位置和真实的色子不同，当开关闭合时，这些LED就会向真的色子那样一遍一遍的翻转起来，当开关断开时，LED就会立即停止翻转，并显示某一点数。 5 单元电路的设计 5.1 脉冲电路 由555定时器构成的多谐振荡电路可以产生矩形波。 555电路的结构组成和工作原理 1)电路组成及其引脚 图5-1 555电路结构 图5-2 555定时器引脚图 它含有两个电压比较器，一个基本RS 触发器，一个放电开关T ，比较器的参考电压由三只5K 的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2 的反相输入端的参考电平为Vcc 32和Vcc 31 。C1和C2的输出端控制RS 触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过Vcc 32 时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于Vcc 31 时，触发器置位，555 的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。D R 是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接Vcc 。 Vco 是控制电压端（5脚），平时输出Vcc 32 作为比较器A1的参考电平，当5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一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01F 的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰当T 导，以确保参考电平的稳定。T 为放电管，通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。 (2)555电路的引脚功能 TR 触发 TH 阈值 R 复位 DIS 放电端 OUT 输出 Vcc 31 > >Vcc 3 2 H 导通 L 由555定时器组成的多谐振荡器如图5-4所示 Vcc 31 > Vcc 3 2 < H 原状态 Vcc 3 1 < × H 截止 H × × L 导通 L