電動(dòng)機(jī)控制電路

1、電子課程設(shè)計(jì)之電動(dòng)機(jī)控制電路學(xué)院:電子信息工程學(xué)院專業(yè)、班級:自動(dòng)化121501班姓名： 學(xué)號：指導(dǎo)教師：任青蓮2014年12月目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 4二、總體框圖42.1、 狀態(tài)機(jī)52.2、 預(yù)置數(shù)計(jì)數(shù)器52.3、時(shí)間顯示電路52.4、多諧震蕩器5三、選擇器件 63.1、 同步加法計(jì)數(shù)器74LS160N63.2、 74LS08與門 83.3、 74LS04非門83.4、 74LS00與非門93.5、 七段數(shù)碼顯示管103.6、 555定時(shí)器 11四、功能模塊 144.1、狀態(tài)機(jī)模塊144.2、多諧震蕩器模塊 154.3、預(yù)置數(shù)計(jì)數(shù)器模塊 164.4、 時(shí)間顯示模塊 16五、總體設(shè)計(jì)電路圖

2、175.1、 總體電路圖175.2、 仿真結(jié)果18六、心得與體會(huì) 21七、課程設(shè)計(jì)參考資料21電動(dòng)機(jī)控制電路一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)任務(wù)：試設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)控制器，也叫電動(dòng)機(jī)控制電路。設(shè)計(jì)目的：該電動(dòng)機(jī)控制電路可以檢測電動(dòng)機(jī)1、電動(dòng)機(jī)2能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)檢測學(xué)生設(shè)計(jì)的電路是否滿足要求。控制要求：當(dāng)按鈕K1按下后,第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng),5s后第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)M2啟動(dòng)，10s后第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)M2停止，5s后第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)M1停止。任何時(shí)候按下按鈕K2，可以停止工作臺(tái)運(yùn)行。由于我所在的地方是學(xué)校，不是工廠里所以課程設(shè)計(jì)里的一些器件很難搞到。我經(jīng)過多次思考，最后決定采用代替方案。1、在本次課程設(shè)計(jì)中，我決定采用設(shè)置

3、開關(guān)A、開關(guān)B以代替按鈕K1、按鈕K2。當(dāng)開關(guān)A閉合、開關(guān)B斷開時(shí)，整個(gè)電路從那零開始；當(dāng)開關(guān)B閉合時(shí)，工作臺(tái)停止工作，如果再斷開開關(guān)B，整個(gè)電路又開始動(dòng)作。2、在本次課程設(shè)計(jì)中，我決定采用綠色燈泡X1、X2代替電動(dòng)機(jī)M1、電動(dòng)機(jī)M2。二、總體框圖圖1是電動(dòng)機(jī)控制器總體框圖1、狀態(tài)機(jī)狀態(tài)機(jī)的功能：此模塊提供實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)M1、電動(dòng)機(jī)M2運(yùn)轉(zhuǎn)所需狀態(tài)。圖2是電動(dòng)機(jī)狀態(tài)圖，也就是我的狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)思路。2、預(yù)置數(shù)計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)計(jì)數(shù)器的功能：輸出電路需要的數(shù)據(jù)，完成每個(gè)步驟的進(jìn)行。預(yù)置數(shù)計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)思路：依據(jù)同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS160的置數(shù)計(jì)數(shù)功能，根據(jù)設(shè)計(jì)要求把它設(shè)計(jì)為可以提供給電路所需數(shù)據(jù)的特定計(jì)

4、數(shù)器。3、時(shí)間顯示時(shí)間顯示模塊可以實(shí)現(xiàn)的功能：顯示時(shí)間的變化。時(shí)間顯示模塊的設(shè)計(jì)思路：通過狀態(tài)機(jī)模塊來控制計(jì)數(shù)器，使計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，數(shù)碼管顯示時(shí)間。4、多諧震蕩器多諧震蕩器的功能：它可以輸出頻率為100HZ的脈沖信號，這是我需要的觸發(fā)信號。多諧震蕩器的設(shè)計(jì)思路：依據(jù)多諧震蕩器的脈沖信號周期的計(jì)算公式，改變電阻R1、電阻R2、電容C的值，就可以得到頻率為100HZ的脈沖信號。三、選擇器件具體器件和數(shù)目如下：74LS160 4片、74LS08與門 2片74LS04非門1片、74LS00與非門 1片七段數(shù)碼顯示管 4片、綠色燈泡2片單刀單擲開關(guān)2片、電阻10K1個(gè)555定時(shí)器 1片、電阻2.2 K

5、2個(gè)電容2.2uf 1個(gè)、電容0.1uf 1個(gè)5V電源 1個(gè)、12V電源 1個(gè)導(dǎo)線若干。主要器件介紹如下：1、同步加法計(jì)數(shù)器74LS160N圖3為74LS160N管腳圖圖4為74LS160N邏輯框圖74LS160N芯片的邏輯功能：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，異步清除端和計(jì)數(shù)控制端ENT和ENP，為方便級聯(lián)，設(shè)置了進(jìn)位輸出端RCO。當(dāng)異步清零端=0時(shí)異步清零，當(dāng)置數(shù)端=0，=1，CP脈沖上升沿時(shí)預(yù)置數(shù)。當(dāng)=ENT=ENP=1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RCO輸出一個(gè)與端高電平部分相同寬度的高電平

6、。詳細(xì)功能見邏輯功能表1。表1為74LS160N芯片的功能表2、74LS08與門圖5 74LS08芯片的管腳圖 表2是74LS08芯片的邏輯功能表輸入輸出ABY00001010011174LS08芯片的邏輯功能描述如下：當(dāng)輸入端A、B均為高電平時(shí)，輸出為高電平；其余輸入情況下的輸出，均為低電平。3、74LS04非門圖6為74LS04芯片的管腳圖表3為74LS04芯片的邏輯功能表輸入輸出011074LS04芯片的邏輯功能描述如下：當(dāng)輸入端為低電平時(shí)，輸出端為高電平；當(dāng)輸入端為高電平時(shí)，輸出端為低電平。即輸出端的電平與輸入端的電平總是相反的。4、74LS00與非門圖7為74LS00芯片的管腳圖表4

7、為74LS00芯片的邏輯功能表輸入輸出ABY00101110111074LS00芯片的邏輯功能描述如下：當(dāng)輸入端A、B均為高電平時(shí)，輸出端為低電平；當(dāng)輸入端至少有一個(gè)輸入為低電平時(shí)，輸出端就為高電平。即輸出與輸入總是相反。5、七段數(shù)碼顯示管圖8為數(shù)字顯示譯碼器的邏輯框圖表5為七段數(shù)碼顯示管的邏輯功能表輸入顯示ABCD00000100010100211003001041010501106111070001810-0196、555定時(shí)器555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為7555，除單定時(shí)器外，還有對應(yīng)的雙定時(shí)器556/

8、7556。555定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在4.5V-16V工作，7555可在318V工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動(dòng)控制等方面。555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖4所示。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電管T及功率輸出級。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓Vcc/3和(2/3)Vcc。555定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。

9、兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時(shí)，則電壓比較器A1的反相輸入端的電壓為（2/3）Vcc，A2的同相輸入端的電壓為Vcc/3。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于Vcc/3，則比較器A2的輸出為1，可使RS觸發(fā)器置1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于Vcc/3，同時(shí)TR端的電壓大于Vcc/3，則A1的輸出為1，A2的輸出為0，可將RS觸發(fā)器置0，使輸出為0電平。555的應(yīng)用：（1）構(gòu)成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路或脈沖鑒幅等；（2）構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號產(chǎn)生電路；（3）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時(shí)延時(shí)整形及一些定時(shí)開關(guān)中

10、。555應(yīng)用電路采用這3種方式中的1種或多種組合起來可以組成各實(shí)用的電子電路，如定時(shí)器、分頻器、脈沖 信號發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測電路、玩具游戲機(jī)電路、音響告警電路、電源交換電路，頻率變換電路、自動(dòng)控制電路等。圖9為555定時(shí)器的邏輯框圖555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)圖它是由比較器C1和C2，SR鎖存器和集電極開路的放電三極管TD三部分組成，如下圖11所示.圖10為555定時(shí)器結(jié)構(gòu)圖VI1是比較器C1的輸入端（也稱閾值端。用TH標(biāo)注），VI2是比較器C2的輸入端（也稱觸發(fā)端，用TR標(biāo)注）。C1和C2的參考電壓（電壓比較的基準(zhǔn)）VR1和VR2由Vcc經(jīng)三個(gè)5000歐的電阻分壓給出。在控制電壓輸入端Vco懸

11、空時(shí)，Vr1=2/3Vr2, Vr2=1/3Vcc。如果Vco外接固定電壓，則VR1= Vco，VR2=1/2Vco.RD'是置零輸入端。只要RD'上加上低電平，輸出端Vo便立即被置成低電平，不受其他輸入端的影響。正常工作時(shí)必須使RD處于高電平。由上圖知，當(dāng)VI1>VR1，VI2>VR2時(shí)，比較器C1的輸出Vc1=o,比較器C2的輸出Vc2=1,SR鎖存器被置成0，TD導(dǎo)通，VO為低電平。當(dāng)VI1<VR1，VI2<VR2時(shí)，Vc1=1，Vc2=1，SR鎖存器狀態(tài) 保持不變，TD導(dǎo)通，VO為低電平。當(dāng)VI1<VR1，VI2<VR2時(shí)，Vc1=1

12、，Vc2=0，鎖存器被置成1，TD 截止，VO為高電平。當(dāng)VI1>VR1，VI2<VR2時(shí)，Vc1=0，Vc2=0，鎖存器處于Q=Q'=1的狀態(tài)，TD導(dǎo)通，VO為低電平。（3）555的功能表、波形圖如表6、圖11所示。表6為555定時(shí)器的功能表輸入輸出閾值電壓觸發(fā)輸入復(fù)位輸出放電管TXX00導(dǎo)通<23VCC<13VCC11截止>23VCC>13VCC10導(dǎo)通<23VCC>13VCC1不變不變圖11為555定時(shí)器的波形圖四、功能模塊模塊一：狀態(tài)機(jī)狀態(tài)機(jī)的功能：此模塊提供實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)M1、電動(dòng)機(jī)M2運(yùn)轉(zhuǎn)所需狀態(tài)。圖12為狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)圖，也就是我

13、的狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)思路。表7為狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)表模塊二：多諧震蕩器通過改變R1和R2的阻值可以改變輸出脈沖的寬帶，進(jìn)而改變燈泡的亮和滅的時(shí)間間隔。Q=(R1+R2)/（R1+2R2）為占空比，f=1/【（R1+2R2）C×Ln2】=1/【（2.2K+2×2.2K）×2.2uf×0.69】=100HZ圖13為多諧震蕩器的波形圖圖14為多諧震蕩器的結(jié)構(gòu)圖模塊三：預(yù)置數(shù)計(jì)數(shù)器的具體邏輯功能：通過十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160的置數(shù)功能，在輸入端初始置成0000，然后將其四個(gè)輸出端中的Qc、Qa經(jīng)過與門74LS08后，輸出端再與兩個(gè)74LS160組成的十一進(jìn)制計(jì)數(shù)器的使能端E

14、NP相連；與門74LS08輸出端同時(shí)通過非門74LS04與第一個(gè)計(jì)數(shù)器的使能端ENP相連，從而使第一個(gè)計(jì)數(shù)器的輸出保持在5。十一進(jìn)制計(jì)數(shù)器的最高位輸出端連接下一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160的使能端ENP，同時(shí)通過非門74LS04連接本計(jì)數(shù)器的使能端ENP，從而使本計(jì)數(shù)器的輸出保持在10。第三個(gè)計(jì)數(shù)器輸出端的輸出端中Qc、Qa經(jīng)過與非門74LS00后與本計(jì)數(shù)器的使能端ENP相連，從而使計(jì)數(shù)器的輸出保持在5。模塊四：時(shí)間顯示通過狀態(tài)機(jī)模塊來控制計(jì)數(shù)器，使計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，數(shù)碼管顯示時(shí)間；當(dāng)計(jì)數(shù)器分別計(jì)數(shù)到題目所給時(shí)間時(shí)，計(jì)數(shù)器的輸出端通過非門，與非門和與門輸出高低電平來控制燈泡的熄滅。圖15為時(shí)間顯

15、示器的結(jié)構(gòu)圖五、總體設(shè)計(jì)電路圖5.1總體電路圖圖16為總體電路圖5.1仿真結(jié)果17為3S時(shí)狀態(tài)圖18為 13S時(shí)狀態(tài)圖19為15S時(shí)狀態(tài)圖20為19S時(shí)狀態(tài)圖21為20S時(shí)狀態(tài)圖22為硬件實(shí)驗(yàn)圖1、從圖18到圖22都是實(shí)驗(yàn)的仿真結(jié)果，這些仿真結(jié)果達(dá)到了電動(dòng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì)任務(wù)與要求。經(jīng)檢驗(yàn)，本次的設(shè)計(jì)圖完全能做出所要求的效果來。2、當(dāng)開關(guān)A閉合、開關(guān)B斷開后,燈泡 X1發(fā)光,5S后燈泡X2發(fā)光，10S第二個(gè)燈泡X2熄滅，5S后第一個(gè)燈泡X1發(fā)光。任何時(shí)候閉合開關(guān)B，可以停止工作臺(tái)運(yùn)行。3、經(jīng)模擬，以上實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果符合題目要求。六、心得與總結(jié)通過這兩個(gè)學(xué)期電子技術(shù)知識(shí)的學(xué)習(xí)，我初步掌握了一些基本的

16、模擬電子、數(shù)字電子的知識(shí)，但當(dāng)我拿到課程設(shè)計(jì)的題目時(shí)還是覺得比較茫然，不知從何下手，對好多芯片的使用不很了解，在一些工具書上也沒查到其具體的功能。因此這個(gè)電路設(shè)計(jì)的可能有點(diǎn)繁雜，肯定有更好的方案我沒有發(fā)現(xiàn)。在暑假里，我會(huì)完善它。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程中，我遇到了很多很多的問題，其中最大的問題就是把四個(gè)模塊綜合起來，讓它滿足了我的設(shè)計(jì)要求！起初，我稍費(fèi)心思就可以做出各個(gè)模塊，并讓它們達(dá)到各自的功能，這還挺簡單的。最難的是，把分模塊組成一個(gè)整體，并讓它滿足設(shè)計(jì)要求，我老是顧此失彼，不能做到周全。還好，我試驗(yàn)了一天，最后終于做出來了?？傊@次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了很多東西。我深刻的感覺到以前只是“紙上談兵”，通過實(shí)踐才能將所學(xué)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，通過實(shí)踐才能讓學(xué)過的知識(shí)更加鞏固。同時(shí)還提高了我的資料查找與應(yīng)用能力，并為將來做畢業(yè)設(shè)計(jì)等重要課題打下基礎(chǔ)。在實(shí)踐中檢驗(yàn)所學(xué)并收獲所得：首先，通