电工的电子课程设计——电骰子的设计与制作

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1、 1 摘要 棋牌类游戏集趣味与益智于一体，是人们日常生活中不可或缺的娱乐项目。 而骰子作为游戏公平的象征，在其中起着重要作用。本设计融电子技术于现实生 活中，具有现实意义。本文详细阐述了电子化骰子的原理，用它来随机的选取 1 至 6 的数。本系统以典型施密特反相器 74HC14 作为时钟脉冲发生器结合逻辑门 电路控制 4 位二进制同步加法计数器 74LS161，实现 1 至 6 的随机输出，并最终 通过译码器 74LS48 控制七段数码管实现随机数的显示。 关键词：时钟脉冲 随机数 计数 显示 2 电骰子的设计与制作 1 1. . 实验原理和原理框图 1.1 实验原理分析 骰子是有 6 个面的

2、正六面体。六个面上分别刻有 1 到 6 的数。掷骰子后，就 可以从 1 到 6 中随机的选取一个数。可能出现的数只有 1,2,3,4,5,6 这 6 个数。 这 6 个数中，每个数出现的概率为 1/6,即每个数的出现是随机的。 图 1.1 是根据实际掷骰子的动作画出的功能框图 图 1.2 是基于所要实现的功能画出的电路总体框图 摁下开关相当于摇动骰子。开关在这里是作为计数器的时钟控制电路，当开 关摁下，此时控制电路输出为高，从而时钟脉冲会通过与非门去触发计数器，让 其开始从 1 到 6 计数。 时钟脉冲通过与非门的这段时间就相当于骰子摇动的时间。 因为骰子的点数有 6 种，所以计数器的输出状态

3、只要有 6 种即可。 当七段数码管确定显示 1 到 6 中的一个数时，就相当于骰子停止了滚动，显示出 了确定的数。图 1.2 就是基于以上考虑所得的电骰子原理框图。下面将进行实际 电路的设计。 1.2 电路原理框图 图 1.1 从基本功能到结构框图 掷骰子 骰子滚动 确定骰子的数字 摁下开关 时钟控制启动计数器 计数输出下数码管显示 3 图 1.2 电骰子框图 2 设计思路和电路分析 在原理框图的基础上，着手进行各模块内容的设计，各模块电路出了必须保 证本模块单元电路功能的实现外，还需要使得各模块之间的接口电路方便可行。 2.1 第一种方案设计思路 2.1.1 振荡电路 第一种方案采用施密特反

4、相器作为产生时钟的振荡电路，电路如下： R11=R12=100k C1=10nF 图 2.1 时钟产生电路 输出时钟脉冲为： 当输出为高电平时，根据 RC 电路过渡过程的分析可知，此时 VI 由 VT-升到 VT+，其所需要的时间为 T1= RCln(VDD-VT-)/(VDD-VT+) 当输出为低电平时，此时 VI 由 VT+降到 VT-。其所需要的时间为 T2=RC ln(VT+/VT-) 则整个振荡周期为 T=T1+T2=RCln(VDD-VT-)/(VDD-VT+)+ln(VT+/VT-)=4.2RC 查 74HC14 的手册可知 T=4.2ms 时钟控制 电路 时 钟 发 生 器 & 六进制计数器 译码器 显示电路 4 图 2.2 时钟波形 T=T1+T2=RCln(VDD-VT-)/(VDD-VT+)+ln(VT+/VT-)=4.2RC 所以 T=4.2ms 施密特反相器引脚及功能表如下 74HC14 的引脚图如图 2.3。 图 2.3 74HC14 引脚图 74HC14 的功能表如表 2.1 所示。 5 表 1.1 74HC14 功能表 2.1.2 六进