數(shù)電課程設(shè)計-投擲硬幣電路設(shè)計

1、<p>　　《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計</p><p>　　題 目 投擲硬幣電路設(shè)計 </p><p>　　學(xué)生姓名 X X X </p><p>　　專業(yè)班級 電器工程及其自動化X班 </p>

2、<p>　　學(xué) 號 201XXXX </p><p>　　院 （系） 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　指導(dǎo)教師 X X </p><p&

3、gt;　　完成時間 20XX年X月X日 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　1 設(shè)計的目的2</p><p>　　2 設(shè)計任務(wù)與要求2</p><

4、;p>　　3 設(shè)計方案與論證3</p><p><b>　　3.1功能描述5</b></p><p>　　4 設(shè)計原理及功能說明6</p><p>　　5 單元電路的設(shè)計（計算與說明）8</p><p>　　6 硬件的制作與調(diào)試11</p><p><b>　　7

5、 總結(jié)12</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)14</b></p><p>　　附錄1：實物圖15</p><p>　　附錄2：總體電路原理圖16</p><p>　　附錄3：元器件清單17</p><p><b>　　摘 要</b>&l

6、t;/p><p>　　現(xiàn)如今在以信息和技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代社會，人們面臨更多的機(jī)會和選擇同時，常常需要在不確定情境中根據(jù)大量無組織的數(shù)據(jù)做出合理的決策。社會發(fā)展統(tǒng)計學(xué)在人們的生活中變的越來越重要，由于隨機(jī)現(xiàn)象在現(xiàn)實世界中大量存在概率必將越來越顯示出它巨大的威力。隨著社會的變遷，統(tǒng)計與人們的生活已經(jīng)密不可分，你中有我，我中有你，生活離不開統(tǒng)計。我們設(shè)計的擲硬幣電路則幫助人們解決簡單的統(tǒng)計問題，而擲硬幣是人們常用的一種隨機(jī)決

7、策方式。擲硬幣電路模擬器使用了紅綠兩種顏色不同的發(fā)光二極管，它可以用不同顏色的燈光模擬演示投擲硬幣的結(jié)果。每按一次控制按鈕,紅燈和綠燈中就有一個被點亮,相當(dāng)于一次擲硬幣的結(jié)果，這樣可以更方便人們記錄數(shù)據(jù)，從而節(jié)約人們的時間，方便人們的生活。統(tǒng)計學(xué)成為我們認(rèn)識世界、了解世界、改造世界的工具，它與我們的生活更是息息相關(guān)，密不可分。電路多諧振蕩器、隨機(jī)控制電路和LED驅(qū)動顯示電路組成。</p><p><b>

8、;　　1 設(shè)計的目的</b></p><p>　?。?）學(xué)習(xí)基本理論在實踐中綜合運用的初步體驗，掌握數(shù)字電路設(shè)計的基本方法、設(shè)計步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計與調(diào)試能力。</p><p>　?。?）學(xué)會擲硬幣器的設(shè)計方法和性能指標(biāo)測試方法。</p><p>　?。?）培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。</p><p>　?。?）設(shè)

9、計并制作一個擲硬幣器。</p><p>　　（5）設(shè)計電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件，計算確定元件參數(shù)，畫出實用原理電路圖。</p><p>　?。?）自擬試驗方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交給指導(dǎo)教師審核。</p><p>　?。?）批準(zhǔn)后，進(jìn)行組裝、調(diào)試，并測試其主要性能參數(shù)。 </p><p>　　2 設(shè)計

10、任務(wù)與要求</p><p><b>　?。?）設(shè)計任務(wù) </b></p><p>　　1利用7805、7905設(shè)計一個輸出±（5～9）V、1A的直流穩(wěn)壓電源。動手設(shè)計并制作一個投擲硬幣模擬器，主要技術(shù)指標(biāo)要求閉合開關(guān)時會隨機(jī)點亮紅色或綠色發(fā)光二極管;</p><p>　　2設(shè)計出電路的結(jié)構(gòu)、選擇電路元件，計算出各個元件參數(shù) ，畫出實用

11、電路原理圖；確定隨機(jī)控制電路、自激多諧振蕩器、LED驅(qū)動顯示電路都能夠正常工作。</p><p>　　3查出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，進(jìn)行組裝、調(diào)試，并測試其主要性能參數(shù)，擬定試驗方法、步驟及數(shù)據(jù)表格。</p><p>　　4選擇多諧振蕩器、掌握自激多諧振蕩器和隨機(jī)控制電路的特性及應(yīng)用</p><p>　　5掌握多諧振蕩器與555定時器區(qū)別。</p&g

12、t;<p>　?。?）設(shè)計基本要求 </p><p>　　1、畫出系統(tǒng)電路圖，并畫出變壓器輸出、濾波電路輸出及穩(wěn)壓輸出的電壓波形； 畫出變壓器副邊電流的波形。 </p><p>　　2、輸入工頻220V交流電的情況下，確定變壓器變比。 </p><p>　　3、在滿載情況下選擇濾波電容的大?。ㄈ?倍工頻半周期）。 </p>

13、;<p>　　4、求濾波電路的最大輸出電壓。 </p><p>　　5、求電路中固定電阻阻值和可調(diào)電阻的調(diào)節(jié)范圍。 （3）設(shè)計報告要求</p><p>　　1、畫出完整的電路圖。 </p><p>　　2、畫出整流、濾波、穩(wěn)壓各環(huán)節(jié)的電壓波形。</p><p>　　

14、3、選擇各環(huán)節(jié)所用器件的參數(shù)。</p><p>　　3 設(shè)計方案與論證</p><p>　　4013 雙D觸發(fā)器 結(jié)構(gòu)功能原理應(yīng)用電路</p><p>　　圖3-1 4013CD觸發(fā)器邏輯圖</p><p>　　圖3-2 CD4013觸發(fā)器</p><p>　　4013 是集成觸發(fā)器芯片，內(nèi)部有兩個獨立的D觸發(fā)器。

15、每個觸發(fā)器都有一個置位端（SET),復(fù)位端（RESET),時鐘端（CLOCK),數(shù)據(jù)輸入端（DATA),兩個輸出端Q和端。</p><p><b>　　3.1功能描述</b></p><p>　　當(dāng)R為1、S為0時，無論D和CL（時鐘）為什么狀態(tài)，輸出Q一定為0，因此R可稱為復(fù)位端。當(dāng)S為1、R為0時，輸出Q一定為1，s稱為置位端。當(dāng)R、S均為0時，Q在CP端有脈沖上

16、升沿到來時動作，具體是Q=D，即若D為1則Q也為1，若D為0則Q也為0。按下S1 ，R=1,電路復(fù)位，Q端輸出0，按下S2，S=1，電路置位,Q端輸出為1時三極管導(dǎo)通，繼電器得電動作。按下S2后，繼電器始終保持吸和狀態(tài)，只有按下S1繼電器觸點才釋放。此電路為 基本的RS觸發(fā)器。當(dāng)S1未被按下時，復(fù)位端R=0，否則如果R=l，電路將強(qiáng)行復(fù)位 Q=0, 所充電荷通過R2向Q端放電，最終使R=0，這是電路的穩(wěn)態(tài)。當(dāng)按一下S1，CP端電位由“0

17、 到1 ，其上升沿觸發(fā)電路傳輸D端的數(shù)據(jù)，因D=1，所以Q=1，此為暫穩(wěn)態(tài)。Q端的高電位通過R2向C充電．當(dāng)C兩端電壓達(dá)到復(fù)位電平時．則R=1，電路復(fù)位，Q 端變?yōu)榈碗娖?。暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路回復(fù)到穩(wěn)態(tài)。上圖作為樓道燈延時關(guān)燈線路，穩(wěn)態(tài)時， 端為低電平，三極管 截止，繼電器不工作，燈泡不亮 當(dāng)按一下S1，電路進(jìn)人暫穩(wěn)態(tài)．Q=1，三極管飽和導(dǎo)通，繼電器得電，其常開觸點吸合接通梯道燈，燈點</p><p>　　4 設(shè)

18、計原理及功能說明</p><p>　　擲硬幣是人們常用的一種隨機(jī)決策方式，這里介紹的擲硬幣模擬器使用了紅色、綠色兩種燈光來模擬硬幣的正、反兩面，使用時按動一下開關(guān)，擲硬幣模擬電路即會隨機(jī)點亮紅色和綠色發(fā)光二極管，相當(dāng)于一次擲硬幣的結(jié)果。電路原理圖如圖4-1所示</p><p>　　圖4-1電路設(shè)計原理圖</p><p>　　電路由自激多諧振蕩器、隨機(jī)控制電路和LED

19、驅(qū)動顯示電路組成。自激多諧振蕩器電路由與非門IC1A、IC1B和R1、R2、C1等組成，用于產(chǎn)生方波時鐘脈沖信號。當(dāng)按下開關(guān)S1時，IC1C與非門的第9腳輸入端變?yōu)楦唠娖?，?0腳將輸出自激多諧振蕩器的時鐘脈沖信號，該信號通過IC1C后加至IC2A的CP1端，IC2A在時鐘脈沖作用下，在兩種穩(wěn)態(tài)之間變換，其Q1和 交替高電平和低電平，發(fā)光二極管LED1和LED2交替點亮。由于振蕩器的工作頻率較高，人眼存在視覺暫留現(xiàn)象故看上去LED1和L

20、ED2都在點亮。當(dāng)松開S1時，IC1C輸出端（第十腳）變?yōu)楦唠娖角也辉傧騃C2A發(fā)送時鐘脈沖，IC2A輸出端將停止交替變換，而處于隨機(jī)顯示狀態(tài)，要么Q1為高電平，Q1為低電平，則綠色發(fā)光二極管LED2點亮，紅色發(fā)光二極管LED1熄滅；要么Q1為低電平，Q1非為高電平，則紅色發(fā)光二極管LED1點亮，綠色發(fā)光二極管LED2熄滅，從而達(dá)到硬幣正、反面的顯示效果。電路的工作原理，由擲硬幣模擬器電路由時鐘脈沖發(fā)生器和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等組成。電路中，時

21、鐘脈沖發(fā)生器電路由四與非門集成電路IC (D1～D4)內(nèi)部的D1、D2和電阻器</p><p>　　5 單元電路的設(shè)計（計算與說明）</p><p>　　多諧振蕩器的工作原理</p><p>　　多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外還含有豐富的高次諧波，故稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下

22、，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換，故又稱它為無穩(wěn)態(tài)電路。電路圖如下圖</p><p>　　圖5-1多諧振蕩器電路圖</p><p><b>　　雙D觸發(fā)器</b></p><p>　　雙D觸發(fā)器,由兩個相同的、相互獨立的數(shù)據(jù)型觸發(fā)器構(gòu)成。每個觸發(fā)器有獨立的數(shù)據(jù)、置位、復(fù)位、時鐘輸入和Q及Q輸出，此器件可用作移位寄存器，且通過將Q輸出連接到數(shù)據(jù)輸

23、入，可用作計算器和觸發(fā)器。在時鐘上升沿觸發(fā)時，加在D輸入端的邏輯電平傳送到Q輸出端。置位和復(fù)位與時鐘無關(guān)，而分別由置位或復(fù)位線上的高電平完成。</p><p>　　圖5-2 D觸發(fā)器 </p><p><b>　　LED驅(qū)動器</b></p><p>　　LED驅(qū)動電源是把電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換為特定的電壓電流以驅(qū)動LED發(fā)光的電壓轉(zhuǎn)換器，通常情況下：L

24、ED驅(qū)動電源的輸入包括高壓工頻交流（即市電）、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流（如電子變壓器的輸出）等。而LED驅(qū)動電源的輸出則大多數(shù)為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。</p><p>　　圖5-3 LED驅(qū)動器</p><p>　　6 硬件的制作與調(diào)試</p><p>　　利用烙鐵焊接，對照原理圖安裝元器件并焊接。我們將所有的元器件安裝完成后，必

25、須仔細(xì)對照電路圖檢查線路焊接是否正確，看有沒有線路接錯的地方。然后接通6V電源，按下主電路開關(guān)反復(fù)測試紅色發(fā)光二極管和綠色發(fā)光二極管亮的次序是否符合要求，如果不符合要求斷開電源 ，仔細(xì)分析原因，檢測此部位的元器件是否存在焊接錯誤的情況。再對整體電路進(jìn)行分析排查，看是否有元器件因為連接短路而燒壞的，逐級進(jìn)行。反復(fù)調(diào)試，直到找到問題所在。</p><p>　　如果檢查線路連接無誤接通電源。由于調(diào)整R3、C2的參數(shù)值可

26、以改變自激多諧振蕩器的振蕩頻率。由于元器件不是特別精確，焊接線路的電阻比理想中的電阻大，得到的數(shù)據(jù)和理論值有些誤差，這些誤差都是存在的，且在允許的范圍內(nèi)，所以一般我們都把誤差忽略掉。</p><p><b>　　7 總結(jié)</b></p><p>　　在沒有做課時設(shè)計以前，我們對一些集成電路的了解都是理論上的，對一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來的方案應(yīng)用到實踐中的

27、時候，問題也隨之出現(xiàn)了，自己不能準(zhǔn)確找到集成電路4011和4013的各個引腳及其功能，雖然通過查資料也一一解決了問題，但是這花費了我很多的時間，因此剛開始焊接時我們的焊接進(jìn)度落后于其他同學(xué)，可能是因為差了很多資料吧，幸運的是我們焊接的電路沒有出現(xiàn)其他問題，通過這次實訓(xùn)我認(rèn)為電路能否焊接成功的關(guān)鍵是是否正確知道各個集成電路的引腳和功能。通過這次實訓(xùn)我對集成電路4011和集成電路4013的理解得到加強(qiáng)，看到了實踐與理論的差別。加深了我們對理

28、論與實踐聯(lián)系的理解，促進(jìn)了我們運用知識解決具體問題的綜合應(yīng)用能力，特別是對集成電路4011和4013的應(yīng)用、理解上升到了更深的一個層次。但是由于水平有限，我們的課程設(shè)計難免會有一些錯誤和誤差。</p><p>　　在老師的帶領(lǐng)下，我終于順利完成的課時設(shè)計。在沒有做課時設(shè)計以前覺得課時設(shè)計只是對這一年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做課時設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。課程設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一次檢驗，而且也

29、是對自己動手操作能力的一種提高。通過這次課時設(shè)計讓我明白了原來自己的知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。</p><p>　　其實我們第一次通電時并未成功，然后我和我同伴分頭行動，我認(rèn)真檢查焊接的每一個結(jié)點是否正常通電，而他去問李老師可能出現(xiàn)的理論錯誤，在老師的幫助下，最后我們終于成功了，在此我要感謝老師給予我們的幫助。在這次數(shù)電課程設(shè)計中我學(xué)到了不少

30、知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。同時也培養(yǎng)了獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的也不太好，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>&l

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32、[M]。北京：中國民航出版社。</p><p>　　[5] 蔣璇 、藏春華，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與 PLD應(yīng)用技術(shù)[M]。北京：電子工業(yè)出版社 。 </p><p>　　[6] 徐志軍 、徐光輝， CPLD/ FPGA 的開發(fā)與應(yīng)用[M]。北京：電子工業(yè)出版社。 </p><p>　　[7] 沈嗣昌，數(shù)字設(shè)計引論[M]，北京：高等教育出版社。 </p>

33、<p>　　[8] 江曉安，數(shù)字電子技術(shù)[M]， 西安：西安電子科技大學(xué)出版社。 </p><p>　　[9] 朱正涌，半導(dǎo)體集成電路[M]，北京：清華大學(xué)出版社。 </p><p>　　[10] 陳光夢，可編程器件的原理與應(yīng)用[M]，上海：復(fù)旦大學(xué)出版社。</p><p><b>　　附錄1：實物圖</b></p>&