簡易順序控制器最終版(湖南工程學(xué)院)

1、湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱 數(shù)字電子技術(shù) 課題名稱 簡易順序控制器 專 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) 班 級 1202 學(xué) 號 201201180215 姓 名 黃垚錕 指導(dǎo)教師 周京廣 2014年 6 月 25 日湖南工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù) 題 目：簡易順序控制器（自選參數(shù)） 專業(yè)班級： 電科1202 班 學(xué)生姓名：黃垚錕 學(xué)號：201201180215 指導(dǎo)老師： 周京廣 審 批：任務(wù)書下達(dá)日期 2014年 6月16日設(shè)計(jì)完成日期 2014年 6月25日設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求 一、 任務(wù)與要求：設(shè)計(jì)并制作一個(gè)簡易順序控制器，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按一定的程序工作，要求如下：1、 執(zhí)

2、行機(jī)構(gòu)的加工程序步驟為六步，第一步 5秒，第二步 4 秒，第三步為 6 秒，第四步為 11 秒，第五步為 12 秒，按順序依次動(dòng)作；2、 用顯示器顯示順序控制器的各步加工時(shí)間（用倒計(jì)時(shí)方式）；3、 用發(fā)光二極管顯示控制器的各道工序；4、 用顯示器顯示加工步數(shù)；5、 功能擴(kuò)展（自選）二、設(shè)計(jì)要求：1、 設(shè)計(jì)思路清晰，給出整體設(shè)計(jì)框圖；2、 設(shè)計(jì)各單元電路，給出具體設(shè)計(jì)思路、電路器件；3、 總電路設(shè)計(jì)；4、 安裝調(diào)試電路；5、 寫出設(shè)計(jì)報(bào)告；主要設(shè)計(jì)條件1. 提供直流穩(wěn)壓電源、示波器； 2. 提供 TTL集成電路芯片、電阻、電容及插接用面包板、導(dǎo)線等。說明書格式1、 課程設(shè)計(jì)封面；2、 課程設(shè)計(jì)任

3、務(wù)書；3、 說明書目錄；4、 設(shè)計(jì)總體思路，基本原理和框圖；5、 單元電路設(shè)計(jì)（各單元電路圖）；6、 總電路設(shè)計(jì)（總電路圖）；7、 安裝、調(diào)試步驟；8、 故障分析與電路改進(jìn)；9、 總結(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會(huì)；10、 附錄（元器件清單）；11、 參考文獻(xiàn)；12、 課程設(shè)計(jì)成績評分表。進(jìn) 度 安 排 第一周 星期一 上午 安排任務(wù)、講課。 星期一 下午- 星期二 下午 查資料、設(shè)計(jì)星期三開始1、 計(jì)算機(jī)仿真2、 測試元器件3、 調(diào)試單元電路4、 調(diào)試總電路第二周 星期三星期四 1、 調(diào)試驗(yàn)收2、 寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書 星期五 答辯地 點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)樓四樓 電子綜合實(shí)驗(yàn)室參 考 文 獻(xiàn) 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)歷雅萍、易映萍

4、編電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) 彭介華、主編 高等教育出版社 電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測試 謝自美主編華中理工出版社。 目錄第一章 設(shè)計(jì)總體思路1第二章 單元電路設(shè)計(jì)與分析22.1 電路所用元件簡介22.2 各功能模塊介紹7第三章 總電路設(shè)計(jì)13第四章 電路安裝與調(diào)試144.1 電路安裝144.2 電路調(diào)試15第五章 故障分析與電路改進(jìn)155.1 常見的故障現(xiàn)象155.2 產(chǎn)生故障的原因155.3 檢查故障的一般方法16第六章 總結(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會(huì)17附錄19參考文獻(xiàn)19課程設(shè)計(jì)評分表20 第一章 總體設(shè)計(jì)思路 此次設(shè)計(jì)的是一個(gè)簡易順序控制器，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)步驟計(jì)數(shù)模塊、一個(gè)倒數(shù)計(jì)時(shí)模塊、一個(gè)預(yù)置數(shù)邏輯模

5、塊。三個(gè)主要單元之間互相控制和制約。CP脈沖接入2片74LS192組成倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器，開始倒計(jì)時(shí)，個(gè)位減到零時(shí)，借位輸出給十位一個(gè)脈沖，使得十位減1，用顯示器顯示倒計(jì)時(shí)數(shù)，當(dāng)全部減為零時(shí)，借位使步驟計(jì)數(shù)器加1,顯示步驟。步驟計(jì)數(shù)器加1的同時(shí)，輸出通過138譯碼器和與非門組成的預(yù)置數(shù)邏輯給倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)循環(huán)。 步驟計(jì)數(shù)器的輸出用一個(gè)138譯碼器來控制相應(yīng)的LED燈亮。當(dāng)順序控制電路置入不同的數(shù)時(shí)，減計(jì)時(shí)電路執(zhí)行不同的任務(wù)，所以列出真值表，選用138線譯碼器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，利用卡諾圖化簡后，利用組合邏輯實(shí)現(xiàn)對減計(jì)數(shù)顯示電路的置數(shù)。最后是實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展，我們選擇記錄循環(huán)的次數(shù)，每五步為一個(gè)循環(huán)，并控制

6、循環(huán)幾次后整個(gè)電路停止工作。設(shè)計(jì)總體框圖如圖一所示： 顯示顯示譯碼/驅(qū)動(dòng)譯碼/驅(qū)動(dòng) 2位倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器脈沖步驟計(jì)數(shù)器 借位 預(yù)置數(shù)邏輯 第二章 單元電路設(shè)計(jì)與分析2.1 電路所用元件簡介2.1.1 74LS160 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（1）74LS160的引腳圖 CLR: 置零端 CLK:時(shí)鐘信號端 A、B、C、D:輸入端 QA、QB、QC、QD:輸出端 ENP、ENT：使能端 GND：地端 VCC:電源端 RCO:進(jìn)位端 LOAD：置數(shù)端（2） 74LS160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能表： 它的主要功能為：異步清除：當(dāng)CLR=0時(shí)，無論有無CLK，計(jì)數(shù)器立即清零，QD-QA均為0。同步預(yù)置：當(dāng)LOAD=0時(shí)，

7、在時(shí)鐘脈沖上升沿的作用下，QD=D，QC=C，QB=B，QA=A。當(dāng)使能端ENP=ENT=1時(shí)，并有脈沖上升沿作用，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。鎖存：當(dāng)使能端ENP=0或ENT=0時(shí)，計(jì)數(shù)器禁止計(jì)數(shù)，為鎖存狀態(tài)。2.1.2 74LS138譯碼器 在中規(guī)模集成電路中譯碼器有幾種型號，使用最廣的通常是74LS138，從表中可以看出其輸出為低電平有效，使能端G1為高電平有效，/G2,/G3為低電平有效，當(dāng)其中一個(gè)為低電平，輸出端全部為1。（1）74LS138引腳圖 VCC:電源端 GND：地端Y0Y7：輸出端 A、B、C：輸入端 G1、G2A（S2）、G2B(S3)：控制端（2）74LS138功能表輸入 輸 出 使

8、能端 選擇端 G1 /G2* C B A /Y0 /Y1 /Y2 /Y3 /Y4 /Y5 /Y6 /Y7 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 × 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ×

9、 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 /G2*=/G1A+G2B l 72.1.3 BCD-七段顯示譯碼器74LS48 （1）74LS48引腳圖 （2）74LS48功能表 要求輸出015時(shí)，滅燈輸入（BI）必須開始時(shí)保持高電平。如果不滅，則動(dòng)態(tài)滅燈輸入（RBI）必須開路或?yàn)楦唠娖健?將一低電平直接加于滅燈輸入（BI）時(shí)，則不管其他輸入為任何電平，所有各段輸出都關(guān)閉。 當(dāng)動(dòng)態(tài)滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅燈輸出（BI/RBO）開路或者保持高電平而試燈輸入為高電平時(shí)，所有各段輸出都關(guān)閉并且動(dòng)態(tài)滅燈輸出（RBO）處于低電平（響應(yīng)條件）。 當(dāng)滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅等輸出（BI/RBO）開路或者保持高電平而試燈輸入

10、為低電平時(shí)，則所有各段都開通。 BI/RBO是線與邏輯，作滅燈輸入（BI）或動(dòng)態(tài)滅燈（RBO）之用，或兩者兼用。2.1.4 74LS192雙時(shí)鐘集成十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器（1）、74LS192引腳圖 UP:低電平加法計(jì)數(shù) DOWN:高電平減法計(jì)數(shù) A、B、C、D:輸入端 QA、QB、QC、QD:輸出端 BO：借位端 GND：地端 VCC:電源端 CO進(jìn)位端 LOAD：置數(shù)端 CLR: 置零端（2） 、74LS192功能表              輸入 &#

11、160;   輸出CLRLOADUPDOWNDCBAQDQCQBQA1×××××××00000 0××dcbadcba0 1 1××××    加計(jì)數(shù)0 1 1 ××××    減計(jì)數(shù)74192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，具有雙時(shí)鐘和可預(yù)置功能。當(dāng)清除端CLR=1時(shí)，無論有無計(jì)數(shù)脈沖，QD-Q

12、A均為O，即為異步清除。當(dāng)置數(shù)端LOAD=0時(shí)，無論有無計(jì)數(shù)脈沖，數(shù)據(jù)輸入端D-A所置數(shù)據(jù)被并行送到輸出端QD-QA.當(dāng)DOWN=1，計(jì)數(shù)脈沖從UP送入，則在CP上升沿的作用下，計(jì)數(shù)器進(jìn)行加計(jì)數(shù)，加到9后，進(jìn)位輸出端CO=0.當(dāng)UP=1，計(jì)數(shù)脈沖從DOWN送入，則在CP上升沿的作用下，計(jì)數(shù)器進(jìn)行減計(jì)數(shù)，減到0后，借位輸出端BO=0.2.1.6 其他芯片的引腳圖74LS00（二輸入與非）、74LS10（三輸入與非）、74LS04（非）、74LS32（二輸入或）在此不做介紹。2.2 各功能模塊介紹2.2.1 模塊一 步驟顯示單元：以下這一模塊是顯示加工步驟的，我們通過十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160的置

13、數(shù)功能，在輸入端初始置成0001，然后將與非門的輸出端又接到160的置數(shù)端，這樣就將160制成6進(jìn)制，從而實(shí)現(xiàn)了步驟自加和循環(huán)。160的CLK則是由兩片192的借位端 BO同時(shí)為0時(shí)給出的信號，兩片192的 BO可以通過或門后，輸出接到160的CLK。模塊電路如圖二所示： 圖二2.2.2 模塊二 倒數(shù)計(jì)時(shí)顯示單元通過兩片十進(jìn)制減法器74192來實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)數(shù)碼顯示管顯示工序倒計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)臀粶p為零時(shí)，再給高位192一個(gè)脈沖，高位實(shí)現(xiàn)減一。當(dāng)高位和低位都減到0時(shí)，給置位信號，將譯碼后的信號給192，再重新減。 簡易框圖如圖三所示： 圖三模塊電路圖如圖四所示： 圖四2.2.3 模塊三 發(fā)光二極管顯示工序

14、該模塊利用74138的譯碼功能，其輸入端與上面的計(jì)數(shù)器74160輸出端QA、QB、QC相連，控制整個(gè)順序控制器的步驟計(jì)數(shù)。發(fā)光二極管對應(yīng)與74138的6個(gè)輸出端相連，使順序控制器每運(yùn)行一步就有對應(yīng)的一個(gè)二極管發(fā)光。模塊電路圖如圖五所示: 圖五 2.2.4 模塊四 組合邏輯電路置數(shù)通過74160置入工序所需時(shí)間，分別將輸出接入兩片74192輸入端,完成5個(gè)步驟的不同置數(shù)，由于160每個(gè)步驟的輸出不同，經(jīng)過此組合電路后每次的輸出也就不同，根據(jù)設(shè)計(jì)要求把它設(shè)計(jì)為我們需要的數(shù)據(jù)，完成每個(gè)步驟的進(jìn)行。模塊電路如圖六所示： 圖六組合邏輯電路的真值表如下： 輸入 輸出Q2Q1Q0D7D6D5D4D3D2D1

15、D00010000010001000000110011000100011000001001010100000101192輸入端D0、D1、D2、D3、D4、D5的邏輯表達(dá)式D0=m3+m5 D1=m2+m4D2=Y4+Y6=m1+m2+m5 D4=m3+m42.2.4 模塊五（功能擴(kuò)展）控制總循環(huán)次數(shù)控制電路的總循環(huán)次數(shù)，74ls160步驟計(jì)數(shù)器每循環(huán)到1則給控制總循環(huán)次數(shù)的74ls160一個(gè)脈沖，160就會(huì)計(jì)數(shù)。當(dāng)160計(jì)數(shù)到指定數(shù)字時(shí)，通過一個(gè)與非門再和脈沖相與，將輸出接到低位192的DOWN?？刂屏苏麄€(gè)電路停止工作。模塊電路圖如圖七所示: 第三章 總電路設(shè)計(jì)總電路圖如圖八所示： 圖八第四

16、章 電路安裝與調(diào)試4.1電路安裝 我們是根據(jù)我的設(shè)計(jì)思路來接線, 分步安裝調(diào)試檢查電路.因?yàn)檫@樣不僅比較簡單,而且便于在安裝完后檢查調(diào)試電路，容易找出問題在哪。首先我們要檢測各個(gè)芯片及導(dǎo)線，確認(rèn)所有元器件都是完好的、芯片無引腳掉落并且正常工作這是最基礎(chǔ)最重要的一步。首先,把需要的各芯片安到面板上，合理布局芯片。合理的布局會(huì)為以后的接線帶來很大的方便。 我先接步驟計(jì)數(shù)器這個(gè)單元，按照設(shè)計(jì)圖把74LS160接好，先按照74LS160管腳圖和總的電路原理圖將74LS160接線安裝好，穩(wěn)定各個(gè)管腳，接好與非門。接入脈沖，測試一下74LS160芯片是否能正常循環(huán)計(jì)數(shù)。接著我們開始安裝倒計(jì)時(shí)部分。兩片74

17、LS192有高低位的區(qū)別，低位的借位信號直接送給高位片的脈沖信號輸入端，兩片芯片的置數(shù)信號由兩片芯片的借位信號通過或門來提供。而兩片192的輸入端是由譯碼器的輸出端通過組合邏輯電路來完成，組合邏輯電路后面再接。我們先手動(dòng)置入一個(gè)數(shù)，看能否循環(huán)遞減。成功后再做后面的步驟。然后接線預(yù)置數(shù)邏輯，將步驟計(jì)數(shù)器160的輸出分別接入138譯碼器的輸入，輸出則根據(jù)自己數(shù)據(jù)的真值表，通過與非門后接入對應(yīng)的2片192的輸入端，完成預(yù)置數(shù)。 三大部分都連接完成后，然后把160的輸出端通過138后，輸出接到LED低電平顯示燈上，測試成功后我們將其與已接好的電路連接起來。4.2 電路調(diào)試 把經(jīng)過準(zhǔn)確測量的元件接好電路

18、。打開電源，調(diào)試、驗(yàn)證電路是否符合要求，調(diào)試是最難的一部分工作了，往往需要花前面工作好幾倍的時(shí)間來完成。接線時(shí)我們按照一個(gè)一個(gè)模塊接，連完一個(gè)模塊后測試一個(gè)模塊，主要是通過電路的各輸入端和輸出端的高低電平及其邏輯關(guān)系，可以即時(shí)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)損壞的元器件，判斷電路工作情況，并及時(shí)調(diào)整電路參數(shù)，是電路工作狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。第五章 故障分析與電路改進(jìn)5.1 常見的故障現(xiàn)象在本次課程設(shè)計(jì)中常見的故障現(xiàn)象：（1）192不能倒計(jì)時(shí)（2）顯示器不能正常顯示（3）通過138譯碼器出來置給倒計(jì)時(shí)時(shí)間不正確（4）計(jì)數(shù)出現(xiàn)紊亂。5.2 產(chǎn)生故障的原因 故障產(chǎn)生的原因很多，情況也很復(fù)雜，有的是一種原因引起的簡單故障，有的是

19、多種原因相互作用引起的故障。本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生故障的原因主要有以下幾種：（1）元器件是壞的，連接線路是發(fā)生短路或斷路。（2）導(dǎo)線插孔接錯(cuò)。這個(gè)問題也很常見，但是最容易解決和查找出來。因?yàn)槊姘迳喜蹇走^多以及導(dǎo)線錯(cuò)綜復(fù)雜的問題，我們很容易會(huì)吧導(dǎo)線接錯(cuò)位置。（3）置數(shù)端和清零端懸空。（4）輸入端接0的沒有接入地而是懸空。5.3 檢查故障的一般方法1直接觀察法：直接觀察法包括不通電檢查和通電檢查。檢查儀器的選用和使用是否正確；電源電壓是否符合要求；集成電路的引腳有無錯(cuò)接和漏接，互碰等情況；布線是否合理，電阻和電容有無燒焦和炸裂等。仔細(xì)觀察元器件有無發(fā)燙、冒煙，電子管是否亮。 2對比法：懷疑某一電路存在問題時(shí)，

20、可將此電路與工作狀態(tài)相同的正常電路的參數(shù)進(jìn)行一一對比，從中找到電路的不正常情況，進(jìn)而分析故障原因，判斷故障點(diǎn)。3.部件替換法：有時(shí)故障比較隱蔽，不能一眼看出，可以找與故障儀器同型號的儀器，可以將儀器中的部件、元器件、等替換有故障的相應(yīng)部件，以縮小故障范圍。 第六章 總結(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會(huì) 為期兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，我感覺學(xué)到了不少的東西。由于以前學(xué)的都是理論知識，動(dòng)手實(shí)踐操作的很少。而我們這次的設(shè)計(jì)就是要求我們要理論與實(shí)踐相結(jié)合，并且更加注重實(shí)踐。這對我來說是學(xué)習(xí)，更是挑戰(zhàn)。因?yàn)槲抑?，這不僅能鞏固以前學(xué)的知識，更能提高我的動(dòng)手能力。剛看到老師給我們這組的課題時(shí)，我覺得無從下手，腦子一片空白。幸好有

21、周老師的指導(dǎo)，她通過簡單的例子介紹了一下大體思路，使我從中得到了啟發(fā)，有了點(diǎn)眉目，然后我從圖書館借了幾本相關(guān)的資料，逐漸搞清楚了各部分的關(guān)聯(lián)，然后慢慢的一部分一部分的設(shè)計(jì)。準(zhǔn)備動(dòng)手畫電路圖時(shí)對于Multisim這個(gè)軟件并不太熟悉，找元件、高低電平怎么接、二極管和七段顯示器該用多大的電子等等都要百度查一下，這樣進(jìn)度雖然很慢，但慢慢的地也熟悉了，用起來感覺更加老練了。我在電腦上畫原理圖的過程并不是很順利，我第一次畫出我的原理圖時(shí)，發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果完全不正確。這讓我感到非常疑惑，因?yàn)槲沂前凑账悸芬徊揭徊疆嫷模粋€(gè)單元不成功，后面也就做不下去了，這讓我很苦惱。后來我開始檢查我的圖是否對芯片的功能有理解錯(cuò)誤

22、。在沒有結(jié)果下，我查閱了大量資料，終于找出了原因。就這樣，一個(gè)單元一個(gè)單元做，一步步的改錯(cuò)。經(jīng)過3晝夜，最后，完整的電路圖終于完工。仿真后不出意外的成功了，這是對我辛苦付出的最好的回報(bào)，那時(shí)的喜悅只有自己能感受。 準(zhǔn)備接線時(shí)，我感覺很自信，我相信3、4個(gè)小時(shí)就能搞定，但是實(shí)際接線測試時(shí)我們遇到了更多問題，情況也更復(fù)雜。一開始我們信心滿滿的接倒計(jì)時(shí)模塊，我們很仔細(xì)的接線，但測試結(jié)果卻是顯示器閃爍，無數(shù)字，無倒計(jì)時(shí)。我們很納悶，接線應(yīng)該沒錯(cuò)，我們想會(huì)不會(huì)顯示器管腳接反，反過來后還是錯(cuò)誤。實(shí)在沒找出問題，我們決定拆了先檢查各個(gè)芯片的好壞?；侍觳回?fù)有些人，檢查各芯片雖然花了不少時(shí)間，但是我們檢查出一個(gè)74LS32或門損壞，之前的問題頓時(shí)迎刃而解，換了一個(gè)芯片后，果然成