Проектирование и разработка электронного кубика. Сравнительный анализ аналогов. Описание работы электронного кубика

ВВЕДЕНИЕ

Задачей курсового проекта является развитие и закрепление навыков самостоятельной работы при решении конкретной задачи, овладение методикой расчета и конструирования изделий ЭАВТ.

Цель данной конструкторской разработки состоит в проектировании электронного кубика, позволяющего нажатием кнопки получать то или иное число меток, а также в том, чтобы научиться использовать нормативно-конструкторскую документацию при разработке изделия и ознакомиться с порядком построения, изложения и оформления конструкторской документации.

Существует немало игр, в которых количество очков или число ходов игрока определяется бросанием пластмассового кубика с цифрами или метками на его сторонах. Такой кубик можно эффективно заменить электронным, у которого после нажатия и отпускания стартовой кнопки высвечивается какое-то количество меток, путем генерации случайных чисел таким же образом, как они получаются при бросании обычного кубика.

Поэтому проектируемое устройство будет выполняться на цифровой основе с использованием логических элементов. Числа будут выдаваться с помощью генерирующего устройства на логических элементах, параметры которого не зависят от условий работы устройства.

Проектирование и разработка электронного кубика, реализующего описанный принцип работы, осуществляется в данном курсовом проекте.

1 РАСШИРЕННОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

1.1  Постановка задачи

Проектируемое устройство предназначено для получения случайных чисел от 1 до 6.

Разрабатываемое изделие должно решать следующие задачи:

-выдавать случайные числа от 1 до 6;

-запуск должен проходить при желании пользователя;

-проектируемое устройство должно быть простым в обращении и иметь визуальную индикацию режимов работы;

-иметь по возможности малые габариты и массу.

1.2 Назначение и область применения

Электронный кубик предназначен для генерации случайных чисел от 1 до 6. Применяется в играх.

1.3 Технические и конструктивные требования

1.3.1 Технические характеристики:

Напряжение питания, В                                                             +5;

Допустимое отклонения напряжения питания, %                      20;

Ток потребления не более, мА                                                   70;

1.3.2 Условия эксплуатации и транспортирования (ГОСТ 16019 – 78):

Температура окружающей среды, °С                         от - 30 до +70;

Влажность окружающей среды, %                                 не выше 80;

Воздействие линейных ускорений, м/с²                                до 160;

Условия транспортировки                       всеми видами транспорта.

1.3.3 Требования по надежности:

Среднее время безотказной работы, ч                      не менее  5000;

Интенсивность отказов, ч^-1                                                 25´10^-6;

Гарантийный срок эксплуатации, лет                                           3.

1.3.4 Конструктивные требования:

Число марок применяемых материалов                           не более 4;

Коэффициент применяемости                                       не менее 0,8;

Коэффициент унификации                                                          0,9.

Применяемые радиоэлектронные элементы отечественного производства и предназначенные для общего применения, а также должны удовлетворять условиям ремонтопригодности и взаимозаменяемости.

Габаритные размеры и масса проектируемого устройства определяются конструктивно.

1.3.5 Ориентировочная номенклатура конструкторской документации:

-схема электрическая принципиальная – А2;

-плата, сборочный чертеж – А2;

-плата, компоновочный чертеж – А1;

-сборочный чертеж – А2.

2 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

2.1 Сравнительный анализ аналогов.

При проведении поиска аналогов проектируемого устройства был найден следующий аналог:

- электронный кубик фирмы Industrial Education [1];

Сравнение аналогов по техническим характеристикам сведем в таблицу 1.

Таблица 1 – Сравнительный анализ аналогов

Параметры	Проектируемое устройство	Аналог
Функциональное назначение	Для генерации случайных чисел от 1 до 6	Для генерации случайных чисел от 1 до 6
Напряжение питания, В	+5	+9
Сигнализация	световая, звуковая	световая
Ток потребления, мА	70	15-20
Количество светодиодов	7	14
Количество показываемых цифр	1	2

Исходя из таблицы 1 можно сделать вывод, что проектируемое устройство обладает как преимуществами перед  аналогом, так и недостатками.

Достоинства проектируемого устройства:

-имеет меньшее напряжение питания;

-имеет световую и звуковую индикации;

-имеет наименьший ток потребления;

-легкость электрической принципиальной схемы;

-схема выполнена на цифровых дискретных элементах.

К недостаткам можно отнести:

-только одна показываемая цифра

-больший ток потребления.

2.2 Описание работы электронного кубика.

Электронный кубик состоит из задающего генератора (DD1.1, DD1.2), ключа управления (DD1.3), RS-триггера (DD2.1, DD2.2, DD2.3, DD2.4, DD3.2, DD3.3), с выходными логическими элементами DD1.4, DD4.1, DD3.1, DD3.4, соответственно.

На элементе исключающего ИЛИ собрано выходное устройство токового сигнала.

R1, C1- определяют частоту генератора, порядка 1кГц;

R2, R3, R5, R6, R8, R9- для четкого срабатывания RS-триггера;

С2-С7- используются для пропускания единичного импульса;

R4, R7, R10, R11- токоограничивающие резисторы цепи светодиодов;

R12- токоограничивающий резистор цепи динамической головки BF1;

HL1-HL7- светоизлучающие диоды.

Рассматриваемый электронный кубик состоит из тактового генератора на элементах DD1.1 и DD1.2, RS-триггеров DD2.1, DD2.2, DD2.3, DD2.4, DD3.2, DD3.3, дешифраторов DD1.4, DD4.1, DD3.1, DD3.4, и светодиодов HL1-HL7.

2.3 Оценка элементной базы

Используемая элементная база широко применяется в отечественной промышленности, обладает свойствами безотказности, долговечности, сохраняемости и хорошими электрическими показателями, а также имеет много отечественных и зарубежных аналогов, что повышает ремонтопригодность изделия.

2.3.1 Микросхемы. В разрабатываемом устройстве применяются микросхемы серий К155. Они предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции, применяются в цифровых вычислительных машинах, в узлах и блоках измерительных приборов и т.д. Напряжение питания серии составляет +5В±10%. Диапазон рабочих температур минус 30..+70 °С.

При изготовлении устройства возможна замена используемых микросхем на микросхемы из серии К133 с такими же функциональными назначениями. При замене микросхем не меняются назначения и номера выводов микросхем, т.к. К133 является аналогом серии К155.

2.3.2 Резисторы. В качестве  распределителей  электрической энергии между цепями и элементами схемы электронного кубика применены резисторы общего назначения с металлодиэлектрическим проводящим слоем типа  ОМЛТ–0,125, предназначенные для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и рабочего напряжения, высокой надежностью. Диапазон рабочих температур минус 60…+125⁰С.

2.3.3 Конденсаторы. В проектируемом устройстве используются керамические малогабаритные пакетные керамические конденсаторы серии КМ-6, предназначенные  для  работы  в  цепях  постоянного, переменного  и импульсного тока. Диапазон рабочих температур минус 60…+155 ⁰С.

2.3.5 Светодиоды. Применение в качестве элементов световой сигнализации светодиодов