1
Rd1’
复位信号
9.10/4.38
2
D1
触发信号
∞/4.71
3
CP
时钟信号
9.10/4.90
4
Sd1’
控制
∞/4.68
5
Q1
同相位输出
3.71/3.00
6
Q1’
反相位输出
∞/6.28
7
GND
地
0/0
14
Vcc
电源
5/5
通过上图中的逻辑图和D触发器74LS74的逻辑功能表我们可以看出，74LS74是带有预置、清零输入，上升沿触发的边沿触发器。
图8 LED数码管的显示结果
表8LED数码管的显示原理
十进制数
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
2
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
3
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
4
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
5
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
6
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
7
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
8
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1.CP=0时，与非门G3和G4封锁，其输出Q3=Q4=1，触发器的状态不变。同时，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反馈信号将这两个门打开，因此可接收输入信号D，Q5=D，Q6=Q5=D。
2.当CP由0变1时触发器翻转。这时G3和G4打开，它们的输入Q3和Q4的状态由G5和G6的输出状态决定。Q3=Q5=D，Q4=Q6=D。由基本RS触发器的逻辑功能可知，Q=D。
表1、 器件列表
型号
名称
数目
74LS192
十进制计数器
1个
74LS74
D触发器
1个
74LS00
二输入与非门
1个
NE555
555定时器
1个
LED
七段数码显示管
1个
VCC
5V直流稳压电源
4个
单刀单掷开关
６个
信号灯
1个
电阻、电容
若干
以下主要对74LS192、74LS74、74LS00、NE555进行具体的介绍：
（5）、消隐电路：计数过程中不使译码／显示电路显示计数结果。
（6）、译码／显示电路：对计数结果进行实时显示，应有锁存功能。
（7）、信号显示灯：提示操作者产生结果，并保持灯亮。
（8）、外部操作信号：对控制电路进行操作，能实现“开始”、“停止”、“清零重新开始”等操作。
三 、器件选择
本设计用到的所有器件如下表1所示：
综上所述，对边沿D触发器归纳为以下几点：
1.边沿D触发器具有接收并记忆信号的功能，又称为锁存器；
2.边沿D触发器属于脉冲触发方式；
3.边沿D触发器不存在约束条件和一次变化现象，抗干扰性能好，工作速度快。
（三）、74LS00——与非门
74LS00的内部结构原理图及管脚如图4所示：
图4 74LS00内部结构图
（一）、74LS192——十进制计数器
74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。
74L管脚图
74LS192的逻辑功能表如下表2所示
表2、74LS192的逻辑功能表
该器件能实现的功能为：
①该器件为双时钟工作方式，CP+是加计数时钟输入，CP-是减计数时钟输入，均为上升沿触发，采用8421 BCD码计数。
（2）、控制电路：产生控制信号，对脉冲信号进行控制，能实现锁存功能。根据锁存器的锁存功能实现锁存，可用SR锁存器或D触发器实现。本设计用D触发器实现。
（3）、信号处理器：对脉冲信号和控制信号进行综合，送入计数器和信号显示灯。用一个与非门实现。
（4）、计数器：对综合后的信号进行十进制循坏加计数，有直接清零功能。
二、总体框图及设计方案
1.课题分析
一位随机数发生器能实现的功能是在不受人的意志控制的情况下随机产生一个一位数。要实现随机，可以把0～9十个一位数以一定频率循环，按下开关后锁存住一个数并显示出来。由于人在正常的有意识的情况下反应速度应该＞0.1秒，所以这个频率要＞10Hz，可以取1000Hz，即每一个数字显示的时间为1毫秒，每一轮显示的时间为0.01秒，大于人的反应速度，而考虑到仿真时的具体情况，尽可能高一点，比如10ＭHz左右。
电路结构: 该触发器由6个与非门组成，其中G1和G2构成基本RS触发器。
图3 边沿D触发器的逻辑图和逻辑符号
工作原理:
SD 和RD 接至基本RS 触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD=0且RD=1时,不论输入端D为何种状态，都会使Q=1，Q=0，即触发器置1；当SD=1且RD=0时，触发器的状态为0,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。工作过程如下：
3.触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。这是因为G3和G4打开后，它们的输出Q3和Q4的状态是互补的,即必定有一个是0，若Q3为0，则经G3输出至G5输入的反馈线将G5封锁，即封锁了D通往基本RS 触发器的路径；该反馈线起到了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态的作用,故该反馈线称为置0维持线,置1阻塞线。Q4为0时，将G3和G6封锁，D端通往基本RS触发器的路径也被封锁。Q4输出端至G6反馈线起到使触发器维持在1状态的作用，称作置1维持线；Q4输出至G3输入的反馈线起到阻止触发器置0的作用,称为置0阻塞线。因此，该触发器常称为维持-阻塞触发器。总之，该触发器是在CP正跳沿前接受输入信号，正跳沿时触发翻转，正跳沿后输入即被封锁,三步都是在正跳沿后完成，所以有边沿触发器之称。与主从触发器相比,同工艺的边沿触发器有更强的抗干扰能力和更高的工作速度。功能描述：
2.设计方案
图1 一位随机数发生原理框图
根据课题分析,本设计要设计一个十进制计数器，并且对计数结果进行实时显示，并且要能实现对信号的控制和锁存。设计原理框图如上图1所示。图中各部分的作用如下：
（1）、脉冲信号发生电路：为计数器提供单脉冲信号。可以由非门和石英振荡器构成，可以由单稳态电路构成，可以由施密特触发器构成，也可以由555电路构成。本设计用555定时器构成。
表7555集成定时器的功能表
RD
TH
TR
u0
T
0
×
×
0
导通
1
大于2/3UCC
大于1/3UCC
0
导通
1
小于2/3UCC
小于1/3UCC
1
截止
1
小于2/3UCC
大于1/3UCC
保持
保持
（五）、LED七段数码显示管
数码显示器件种类繁多，其作用是用以显示数字和符号。用于十进制数的显示，目前使用较多的是分段式显示器。分段式显示器(LED数码管)由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光，有红、黄、绿等色。只要按规律控制各发光段的亮、灭，就可以显示各种字形或符号。从而对计数结果进行实时显示。LED数码管的显示结果如图8所示，其显示原理如表8所示：
555定时器的各个引脚功能如下：
1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
3脚：输出端Vo
2脚： 低触发端
6脚：TH高触发端
4脚： 是直接清零端。当 端接低电平，则时基电路不工作，此时不论 、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
②Cr为异步清0端，高电平有效。
③LD为异步预置控制端，低电平有效，当Cr=0、LD=0时预置输入端D、C、B、A的数据送至输出端，即QDQCQBQA=DCBA。
④进位输出和借位输出是分开的。
OC为进位输出，加法计数时，进入1001状态后有负脉冲输出，脉宽为一个时钟周期。
OB为借位输出，减法计数时，进入0000状态后有负脉冲输出，脉宽为一个时钟周期。
（二）、74LS74——D触发器
负跳沿触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP 高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。
电子课程设计
——一位随机数发生器
学院：电子信息工程学院
专业、班级：电气工程及其自动化班
姓名：
学号
指导老师：
2011年12月19日
一位随机数发生器
一、设计任务与要求
设计一个一位随机数发生器，当按下开关后，它将随机产生一个一位数，由数码管显示出来。它是无法由人的主观意志来决定的数码发生器，由于它不受人控制，因此将其用于摇奖号码机是符合公平和公正的原则的。