游樂(lè)場(chǎng)“空中飛椅”控制電路綜述

1、電子課程設(shè)計(jì)游樂(lè)場(chǎng)“空中飛椅”控制電路6學(xué)院：電子信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)、班級(jí)：自動(dòng)化121501班姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：任青蓮2014年12月一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求二、總體框圖2.1、模塊說(shuō)明錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽22、設(shè)計(jì)思路 4三、選擇器件 43.1、實(shí)驗(yàn)所需原件3.2、器件說(shuō)明104.1、脈沖模塊104.2、計(jì)時(shí)模塊錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽4.3、水平位移模塊錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽4.4、豎直位移及最后10秒亮燈提示模塊錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽五、總體設(shè)計(jì)電路圖錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽5.1、總體電路原理圖5.2、Multism 仿真結(jié)果錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽5.3、硬件實(shí)驗(yàn)六、課程設(shè)計(jì)心

2、得體會(huì) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。18四、功能模塊游樂(lè)場(chǎng)“空中飛椅”控制電路一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求本設(shè)計(jì)內(nèi)容僅考慮如何實(shí)現(xiàn)對(duì)“空中飛椅”的控制，其電動(dòng)裝置不在設(shè)計(jì)之 列。綜合要求，設(shè)計(jì)任務(wù)如下：控制飛椅在空中飛行時(shí)間僅為五分鐘（即 300秒）；1.0100秒飛椅正方向旋轉(zhuǎn)；100200秒，飛椅反方向旋轉(zhuǎn)；200300秒飛椅再 次正方向旋轉(zhuǎn)；在豎直方向上，實(shí)現(xiàn)有縱向位移，即：020秒，無(wú)縱向位移；20秒40秒, 有縱向位移；40秒60秒，無(wú)縱向位移，60秒80秒，有縱向位移，以此類(lèi)推；在五分鐘里的最后10秒有燈光提示游客，游戲即將結(jié)束；游戲結(jié)束，封鎖電路，飛椅停止旋轉(zhuǎn)。二、總體框圖r1T-X -J備齧喫決1

3、0督計(jì)SW2.1模塊說(shuō)明（1）脈沖模塊：脈沖模塊是由定時(shí)器 555組成多諧振蕩器而構(gòu)成的，可以產(chǎn)生 一定頻率的脈沖。（2）計(jì)時(shí)模塊：計(jì)時(shí)模塊是由三個(gè) 74LS160芯片組合而成的三百進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（3）正反方向旋轉(zhuǎn)模塊：此模塊是進(jìn)行水平位移的控制，其核心芯片是74LS13&(4) 縱向位移模塊：主要是一個(gè) 74LS160芯片組合。(5) 10秒倒計(jì)時(shí)模塊：由4個(gè)74LS08芯片和2個(gè)74LS04芯片組成。 2.2設(shè)計(jì)思路計(jì)時(shí)模塊：首先需要設(shè)計(jì)一個(gè)三百進(jìn)制的計(jì)時(shí)電路。 該電路在計(jì)數(shù)300時(shí)進(jìn) 行封鎖，使電路不再工作。而要使電路重新工作，必須設(shè)置清零端。時(shí)鐘信號(hào)選 擇50赫茲，所以此計(jì)時(shí)電路具有異步

4、清零功能。正反方向旋轉(zhuǎn)控制模塊：該電路主要功能是進(jìn)行選擇，即選擇正向旋轉(zhuǎn)或是 反向旋轉(zhuǎn)。所以其核心器件應(yīng)該是 74LS138,即三線八線譯碼器。在選擇時(shí)，正 向旋轉(zhuǎn)我們用X1表示，反向旋轉(zhuǎn)用燈 X2表示，當(dāng)電路不再工作時(shí)，燈 XI、X2 均處于熄滅狀態(tài)?？v向位移控制模塊：該部分電路應(yīng)從計(jì)時(shí)部分電路考慮，即 20秒就會(huì)出現(xiàn) 一次變化，有縱向位移時(shí)，我們用燈 X3來(lái)表示，每隔20秒，燈X3就會(huì)亮或滅 一次，持續(xù)時(shí)間為20秒。最后10倒計(jì)時(shí)控制模塊：因?yàn)殡娐酚峙c時(shí)間有關(guān)系，所以要看計(jì)時(shí)電路的 選擇。提示游客的燈用X4來(lái)表示。脈沖模塊：脈沖模塊是由定時(shí)器555組成多諧振蕩器而構(gòu)成的，產(chǎn)生的頻率 由公式

5、：f=1/0.69(R1+2R2)C1計(jì)算而得。三、選擇器件3.1實(shí)驗(yàn)所需原件表1實(shí)驗(yàn)所需元器件表器件型號(hào)數(shù)量十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS1603三線八線譯碼器74LS1381二輸入與門(mén)74LS084非門(mén)74LS046與非門(mén)74LS002信號(hào)發(fā)生器XFG11單刀雙擲開(kāi)關(guān)13.2器件說(shuō)明(1) 74LS160的邏輯符號(hào)0 12 3Q Q Q Q C0-123 D D D DFPETCPLDRD21圖2 160是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，內(nèi)部原理圖1 74LS160 的邏輯符號(hào) 表2 74LS160 邏輯功能表清零預(yù)置使能時(shí)鐘預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸出工作CLRLOADENP ENTCPD3 D2 D1 D0Q3 Q2 Q1

6、Q0模式0XXXXX X X X0 0 0 0異步7冃零10XXTd3 d2 d1 d0d3 d2 d1 d0同步清零110XXX X X X保持?jǐn)?shù)據(jù)保持11X 0XX X X X保持?jǐn)?shù)據(jù)保持111 1X X X X保持加法計(jì)數(shù)74LS160邏輯功能描述如下：同步可預(yù)置數(shù) 4位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 74LS160具有異步清零端，它具 有數(shù)據(jù)輸入端 A、B、C和D,同步置數(shù)端LOAD，異步清除端CLR和計(jì)數(shù)控 制端ENT和ENP為方便級(jí)聯(lián)，設(shè)置了進(jìn)位輸出端 RCO當(dāng)異步清零端 CLR =。 時(shí)異步清零，當(dāng)置數(shù)端 LOAD=o，CLR=1，CP脈沖上升沿時(shí)預(yù)置數(shù)。當(dāng) LOAD二CLR二enT=ENP=

7、時(shí)，電路工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值為 9時(shí)，進(jìn)位端RCC輸出一個(gè)與Qa端高電平部分相同寬度的高電平。詳細(xì)功能如表 2所示。（2）74LS138邏輯符號(hào)AQAA2e| vccYU (Wj141 Y1 (VT)V2 (2)3 (V3jV4 (V)| 1O| Ytt (Tl) 5 I K (Wj(尸SOIC) TOP VIEWEl(VT) YTGND-j0X11111111輸 +T10000000CXX00C000110011XX0101010111011111111110111111111101111111I01111101111111011111111圖3 74LS138邏輯符號(hào)表3 74L

8、S138功能表74LS138內(nèi)部原理圖如圖4所示圖4 74LS138內(nèi)部原理一耳 罵 珂 專(zhuān) 耳 _罵尻靈氏 為 AM74LS138邏輯功能描述如下：當(dāng)一個(gè)選通端(G1)為高電平，另兩個(gè)選通端(/(G2A)和/(G2B)為 低電平時(shí)，可將地址端(A B C)的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低 電平譯出。利用G1、/(G2A)和/(G2B)可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成24線譯碼器；若外接一個(gè)反 相器還可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成32線譯碼器。若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器 用與非門(mén)組成的3線-8線譯碼器74LS13&(3) 二輸入與門(mén)74LS08D最簡(jiǎn)單的與門(mén)可以用二極管和電阻組成。74LS

9、08是四組二輸入端的與門(mén)。其內(nèi)部原理圖如圖5所示。74LS08D邏輯輯符號(hào)如圖5所示。1A-一4B1B4A1Y一4Y2A74LS083B2B3A2Y3Y圖5 74LS08D邏輯輯符號(hào)圖6 74LS08內(nèi)部原理74LS08D邏輯功能表如表4所示。表3邏輯功能表1A1B1Y2A2B2Y3A3B3Y4A4B4Y00000000000001001001001010010010010011111111111174LS08D邏輯功能描述如下：當(dāng)兩個(gè)輸入端A=0, B=0時(shí)，輸出端丫為低電平0,即Y=0;當(dāng)兩個(gè)輸入端A=0, B=1時(shí)，輸出端丫為低電平0,即丫=0;當(dāng)兩個(gè)輸入端A=1，B=0時(shí)，輸出端丫為低

10、電平0,即丫=0;當(dāng)兩個(gè)輸入端A=1, B=1時(shí)，輸出端丫為低電平1,即Y=1;1、即只要兩個(gè)輸入端A、B的輸入電平有一個(gè)是低電平0,輸出端丫即為低電平 0;只有A、B的輸入電平全為1,輸出端丫才為高電平1。（4）非門(mén) 74LS04非門(mén)74LS04功能表如表5所示。非門(mén)74LS04邏輯符號(hào)如圖7所示。圖7 74LS04邏輯符號(hào)表4非門(mén)功能表輸入輸出LKL邏輯函數(shù)式Y(jié)=A(5) 與非門(mén)74LS00非門(mén)74LS00邏輯符號(hào)74LS00內(nèi)部原理圖如圖8所示Vcc 4A 4B 4Y 3A 3B 3Y131211101 11 3& AL&. 9b& 口r123斗5611A IB 1Y 2A 2B 2Y

11、GND圖8 非門(mén)74LS00邏輯符號(hào)74LS00是四2輸入與非門(mén)，其邏輯功能表如表 5所示。表5 74LS00邏輯功能表ABY00101110111074LS00管腳圖如圖9所示1J口?4 3 2 10 9 8 111 f l01 2 3 4 s 6 7匚匚匚匚匚匸u圖9 74L00管腳74LS00的邏輯功能表達(dá)式： 丫二A B四、功能模塊4.1脈沖模塊，如圖10所示vccRSTOUTTHRTRICONII圖10脈沖模塊脈沖模塊是由定時(shí)器 555組成多諧振蕩器而構(gòu)成的，產(chǎn)生的頻率由公式：f=1/0.69(R1+2R2)C1 計(jì)算而得。當(dāng) R1=3K?，R2=5K?，C1=1uF時(shí)，f=111H

12、Z。4.2計(jì)時(shí)模塊，如圖11所示圖11計(jì)時(shí)模塊圖示計(jì)時(shí)器是由三個(gè)74LS160芯片組合而成，置數(shù)端均接接高電平，輸入均 接地，呈低電平。第一個(gè)74LS160芯片的進(jìn)位輸出端接第二個(gè)芯片的時(shí)鐘端，第二個(gè)芯片的僅為輸出端接第三芯片的時(shí)鐘端， 這樣就可以實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制的計(jì)數(shù)，因 為時(shí)間設(shè)計(jì)為300秒，所以在計(jì)數(shù)299秒時(shí)，要進(jìn)行信號(hào)封鎖，使游戲結(jié)束。在 第三個(gè)芯片的輸出端 QA QB剛好為高電平時(shí)，及時(shí)要封鎖信號(hào)，所以引出信號(hào) 到74LS00與非門(mén)，這樣信號(hào)為0,呈低電平。降低電平信號(hào)輸?shù)礁鱾€(gè) 74LS160 芯片的EXT EXP使能端，進(jìn)行信號(hào)封鎖。為了使計(jì)時(shí)器能夠進(jìn)行第二次的工作計(jì)數(shù)， 必須設(shè)置異步

13、清零端，即單刀雙擲 開(kāi)關(guān)J2,當(dāng)開(kāi)關(guān)搬向下時(shí)，電路清零端為高電平，可以正常計(jì)時(shí)，當(dāng)開(kāi)關(guān)搬向 上時(shí)，進(jìn)行清零，使計(jì)時(shí)裝置回到初始狀態(tài)。4.3水平位移模塊，如圖12所示圖12 水平位移模塊此模塊是進(jìn)行水平位移的控制。其核心芯片是 74LS13 &因?yàn)樗轿ㄒ坏目?制為整百控制，所以將74LS138的輸入端A B接計(jì)時(shí)器百位的相應(yīng)輸出。用 74LS138來(lái)選擇輸出，因?yàn)檩敵鍪堑碗娖剑孕枰由戏情T(mén)變?yōu)楦唠娖?。圖13豎直位移及最后10秒亮燈模塊在豎直方向上有位移且動(dòng)作時(shí)間為 20秒，我們只需要從第二個(gè)74LS160芯 片QB輸出端接出引線即可。對(duì)于最后 10秒亮燈電路，當(dāng)?shù)诙€(gè)芯片出現(xiàn) 1001 時(shí)

14、，并且第三個(gè)芯片出現(xiàn)0010,這時(shí)燈才會(huì)亮，持續(xù)時(shí)間為10秒。所以我們需 要用與門(mén)和非門(mén)進(jìn)行連接，具體連接如上圖。五、總體設(shè)計(jì)電路圖5.1總體電路原理圖圖14總體電路原理整個(gè)電路由脈沖模塊、計(jì)時(shí)模塊、正反方向旋轉(zhuǎn)控制模塊、縱向位移控制模 塊、最后10倒計(jì)時(shí)控制模塊等五個(gè)模塊組成，由脈沖模塊產(chǎn)生100HZ至200HZ左右的脈沖。脈沖信號(hào)持續(xù)不斷地給了個(gè)位計(jì)數(shù)器（第一塊74LS160芯片）后，個(gè)位計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到9時(shí)，RCO俞出端會(huì)輸出一個(gè)高電平給十位計(jì)數(shù)器，當(dāng)下一個(gè)脈沖來(lái)時(shí)，個(gè)位計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為0,而十位計(jì)數(shù)器則收到一個(gè)上升沿脈沖所以開(kāi)始計(jì)數(shù)為1。百位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)原理同理。當(dāng)計(jì)數(shù)到

15、前100 秒時(shí)，第三個(gè)74LS160芯片的QA和QB輸出端都輸出0,將這個(gè)信息通過(guò)74LS00 74LS138和74LS04后，把信號(hào)轉(zhuǎn)換成為高電平使右上角的小燈亮，即代表前100秒內(nèi)飛椅正方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)計(jì)數(shù)到200秒到300秒之間時(shí)，同理，右上角的小燈亮 會(huì)持續(xù)亮100秒代表飛椅正方向旋轉(zhuǎn)。第二個(gè) 74LS160芯片的QB輸出端連著左 下角的小燈，而第二個(gè)160芯片是十位計(jì)數(shù)器，QB端輸出高低電平的規(guī)律就是 前20秒為低電平，20到40秒輸出高電平，40到60秒又輸出低電平以此類(lèi)推。 所以左下角的小燈就是前20秒不亮，后20秒亮以此類(lèi)推。最后右下角的小燈是 在最后10秒的時(shí)候開(kāi)始亮10秒，即從

16、290秒亮到300秒。實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能即第二 個(gè)160芯片的輸出為1001而第三個(gè)160芯片的輸出為0010時(shí)即可實(shí)現(xiàn)，所以將 第二個(gè)和第三個(gè)160芯片的這兩個(gè)信號(hào)通過(guò)4個(gè)與門(mén)和2個(gè)非門(mén)就可以使右下角 的小燈從290秒開(kāi)始亮到300秒。最后到300時(shí)，即第三個(gè)160芯片輸出為0011 時(shí)，通過(guò)一個(gè)與非門(mén)把這個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電平信號(hào)同時(shí)輸入到三個(gè)160芯片的ENP和ENT端，時(shí)三個(gè)160芯片都處在保持的功能，即整個(gè)計(jì)時(shí)模塊停止計(jì)時(shí)。 之后通過(guò)左上角的開(kāi)關(guān)使三個(gè)160芯片的CLK端接地使三個(gè)芯片異步清零，即計(jì) 數(shù)器清零。5.2Multism的仿真結(jié)果（1）前100秒內(nèi)，飛椅正方向旋轉(zhuǎn)，即右上方的紅色小燈

17、持續(xù)亮100秒。且0到20秒內(nèi)沒(méi)有豎直方向的縱向位移，即 0到20秒內(nèi)左下角的小燈不亮。cpg T ”圖15仿真結(jié)果1（2）前100秒內(nèi)，飛椅正方向旋轉(zhuǎn)，即右上方的紅色小燈持續(xù)亮 100秒，但20 到40秒內(nèi)有豎直方向的縱向位移，即20到40秒內(nèi)左下角的小燈持續(xù)亮20秒。圖16 仿真結(jié)果2(3) 100秒到200秒內(nèi)，飛椅反方向旋轉(zhuǎn)，即右上方的藍(lán)色小燈持續(xù)亮100秒且100秒到120秒內(nèi)沒(méi)有豎直方向的縱向位移，即100到120秒內(nèi)左下角的小燈(4) 100秒到200秒內(nèi)，飛椅又正方向旋轉(zhuǎn)，即右上方的紅色小燈持續(xù)亮100 秒。但120秒到140秒內(nèi)有豎直方向的縱向位移，即120到140秒內(nèi)左下角

18、的小 燈持續(xù)亮20秒。(5) 200秒到300秒內(nèi)的情況和前100秒內(nèi)的情況相同，即飛椅正方向旋轉(zhuǎn)， 且右上方的紅色小燈持續(xù)亮100秒。在豎直方向上，020秒，飛椅無(wú)縱向位移； 20秒40秒，有縱向位移；40秒60秒，無(wú)縱向位移，60秒80秒，有縱向位移, 以此類(lèi)推。但最后的10秒鐘，即290秒到300秒時(shí)有燈光提示游客，游戲即將 結(jié)束，即右下角的紅色小燈持續(xù)亮10秒。圖19 仿真結(jié)果55.3硬件實(shí)驗(yàn)，如圖20.iii8.直豳8.且E7 z tJT*匸r廠 -圖20 硬件的實(shí)驗(yàn)我計(jì)劃所做的是實(shí)現(xiàn)300秒內(nèi)用三個(gè)小燈表示飛椅正方向旋轉(zhuǎn)、 反向旋轉(zhuǎn)和 有縱向位移的功能，所以我拿了 3個(gè)74LS16Q 1個(gè)74LS138, 1個(gè)74LS08, 1 個(gè)74LS04,和1個(gè)74LS0C。硬件連線圖中，實(shí)現(xiàn)了個(gè)位和十位的顯示還有555脈沖的發(fā)出。一開(kāi)始連好所有的芯片和導(dǎo)線后，能正常顯示個(gè)位、十位和百位的 顯示，但是用與非門(mén)的功能沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，即計(jì)時(shí)并不是在300秒以內(nèi)及時(shí)，而是1000秒以內(nèi)及時(shí)，檢查了幾遍后無(wú)法實(shí)現(xiàn)就決定重新試一次。第二次做時(shí)，剛 把十位的計(jì)數(shù)器檢驗(yàn)完后就馬上要到 12點(diǎn)了，所以就只拍下了最后的這張照片