简易顺序控制器的课程设计.docx
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简易顺序控制器的课程设计.docx
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简易顺序控制器的课程设计
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称:
数字电子技术
题目:
简易顺序控制器(自选参数)
专业班级:
班
学生姓名:
学号:
号
指导老师:
审批:
任务书下达日期年月日
设计完成日期年月日
设计内容与设计要求
一、任务与要求:
设计并制作一个简易顺序控制器,使执行机构按一定的程序工作,要求如下:
1、执行机构的加工程序步骤为六步,第一步4秒,第二步8秒,第三步为12秒,第四步为18秒,第五步为25秒,第六步为30秒,按顺序依次动作;
2、用显示器显示顺序控制器的各步加工时间(用倒计时方式);
3、用发光二极管显示控制器的各道工序;
4、用显示器显示加工步数;
5、功能扩展(自选)
二、设计要求:
1、设计思路清晰,给出整体设计框图;
2、设计各单元电路,给出具体设计思路、电路器件;
3、总电路设计;
4、安装调试电路;
5、写出设计报告;
主要设计条件
1.提供直流稳压电源、示波器;
2.提供TTL集成电路芯片、电阻、电容及插接用面包板、导线等。
说明书格式
1、课程设计封面;
2、课程设计任务书;
3、说明书目录;
4、设计总体思路,基本原理和框图;
5、单元电路设计(各单元电路图);
6、总电路设计(总电路图);
7、安装、调试步骤;
8、故障分析与电路改进;
9、总结与设计调试体会;
10、附录(元器件清单);
11、参考文献;
12、课程设计成绩评分表。
进度安排
第一周星期一上午安排任务、讲课。
星期一下午---星期二下午查资料、设计
星期三开始
1、计算机仿真
2、测试元器件
3、调试单元电路
4、调试总电路
第二周星期三——星期四
1、调试验收
2、写课程设计报告书
星期五答辩
地点:
实验楼四楼电子综合实验室
参考文献
《电子技术课程设计》历雅萍、易映萍编
《电子技术课程设计指导》彭介华、主编高等教育出版社
《电子线路设计、实验、测试》谢自美主编 华中理工出版社。
第七章课程设计评分表
第一章总体设计思路
此次课程设计要完成的是一个简易顺序控制器,根据任务的要求,我们需要设计一个步骤显示单元、一个倒数计时单元、一个指示灯控制显示单元。
三个主要单元之间用几个组合逻辑电路使得各个单元之间实现互相控制和制约。
这次我们要设计一个简易顺序控制器,要求顺序控制器执行机构按一定的程序工作,执行机构的加工程序步骤为6步,第1步为4秒,第2步为8秒,第3步为12秒,第4步为18秒,第五部为25秒,第六部为30秒,按顺序依次动作。
用显示器显示顺序控制器的各步加工时间(用倒计时方式)及步骤,用发光二极管显示控制器的各道工序,用显示器显示加工步骤。
根据以上要求,我决定分三步走,第一步由十进制计数器来实现步与步的加和循环,并用一个译码器来控制相应的LED灯亮。
第二部首先用两个十进制的减法器来控制两位秒的倒计时,然后接数码管显示。
第三步设计一个译码电路将步与时间相对应起来。
(秒脉冲由实验箱提供)。
所以,我们用一片160控制步骤显示第一步到第六步,两片192控制倒数,个位倒数直接用信号发生器发出CP,使个位从0开始倒数,当个位从零跳到九时,会发出一个借位信号,借位信号使得十位192的Down为一,十位的192就开始倒数。
以此完成倒数。
当第一步所有倒数完成后,十位变成零时,192的BO发出借位信号。
160通过138译码,根据真值表接成组合逻辑电路连接到192,得出十位的置数。
用一个组合,使仅当192两个都为零时,控制160的CLK信号为1.
设计总体框图如图一所示:
借位
置位
图一
第二章单元电路设计与分析
2.1电路所用元件简介
2.1.174LS160十进制计数器
(1)74LS160的引脚图
CLR’:
置零端CLK:
时钟信号端
A、B、C、D:
输入端QA、QB、QC、QD:
输出端
ENP、ENT:
使能端GND:
地端
VCC:
电源端RCO:
进位端
LOAD’:
置数端
(2)74LS160十进制计数器的功能表:
它的主要功能为:
异步清除:
当CLR`=0时,无论有无CLK,计数器立即清零,QD-QA均为0。
同步预置:
当LOAD`=0时,在时钟脉冲上升沿的作用下,QD=D,QC=C,QB=B,QA=A。
当使能端ENP=ENT=1时,并有脉冲上升沿作用,计数器计数。
锁存:
当使能端ENP=0或ENT=0时,计数器禁止计数,为锁存状态。
2.1.274LS138译码器
在中规模集成电路中译码器有几种型号,使用最广的通常是74LS138,从表中可以看出其输出为低电平有效,使能端G1为高电平有效,/G2,/G3为低电平有效,当其中一个为低电平,输出端全部为1。
(1)74LS138引脚图
VCC:
电源端GND:
地端
Y0’——Y7’:
输出端A、B、C:
输入端
G1、G2A’(S2’)、G2B’(S3’):
控制端
(2)74LS138功能表
输 入
输 出
使能端
选 择 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
×
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
/G2*=/G1A+/G2B
●7
2.1.3BCD-七段显示译码器74LS48
(1)74LS48引脚图
(2)74LS48功能表
它的主要功能为:
1要求输出0~15时,灭灯输入(BI)必须开始时保持高电平。
如果不灭,则动态灭灯输入(RBI)必须开路或为高电平。
2将一低电平直接加于灭灯输入(BI)时,则不管其他输入为任何电平,所有各段输出都关闭。
3当动态灭灯输入/动态灭灯输出(BI/RBO)开路或者保持高电平而试灯输入为高电平时,所有各段输出都关闭并且动态灭灯输出(RBO)处于低电平(响应条件)。
4当灭灯输入/动态灭等输出(BI/RBO)开路或者保持高电平而试灯输入为低电平时,则所有各段都开通。
5BI/RBO是线与逻辑,作灭灯输入(BI)或动态灭灯(RBO)之用,或两者兼用。
2.1.474LS192双时钟集成十进制同步可逆计数器
(1)、74LS192引脚图
UP:
低电平加法计数DOWN:
高电平减法计数
A、B、C、D:
输入端QA、QB、QC、QD:
输出端
BO’:
借位端GND:
地端
VCC:
电源端CO’进位端
LOAD’:
置数端CLR:
置零端
(2)、74LS192功能表
输入
输出
CLR
LOAD’
UP
DOWN
D
C
B
A
QD
QC
QB
QA
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
×
×
d
c
b
a
d
c
b
a
0
1
1
×
×
×
×
加计数
0
1
1
×
×
×
×
减计数
74192是同步十进制可逆计数器,具有双时钟和可预置功能。
当清除端CLR=1时,无论有无计数脉冲,QD-QA均为O,即为异步清除。
当置数端LOAD’=0时,无论有无计数脉冲,数据输入端D-A所置数据被并行送到输出端QD-QA.当DOWN=1,计数脉冲从UP送入,则在CP上升沿的作用下,计数器进行加计数,加到9后,进位输出端CO’=0.当UP=1,计数脉冲从DOWN送入,则在CP上升沿的作用下,计数器进行减计数,减到0后,借位输出端BO’=0.
2.1.5数据选择器74151
(1)、74LS192引脚图
(2)、74LS192功能表
E’
A2
A1
A0
D
Q
1
x
x
x
x
0
0
0
0
0
D0
D0
0
0
0
1
D1
D1
0
0
1
0
D2
D2
0
0
1
1
D3
D3
0
1
0
0
D4
D4
0
1
0
1
D5
D5
0
1
1
0
D6
D6
0
1
1
1
D7
D7
2.1.6其他芯片的引脚图
74LS00(二输入与非)、74LS10(三输入与非)、74LS04(非)、74LS20(四输入与非)、74LS32(二输入或)在此不做介绍。
2.2各功能模块介绍(PROTEUS环境)
2.2.1模块一
◆步骤显示单元:
以下这一模块是显示加工步骤的,我们通过十进制计数器74LS160的置数功能,在输入端初始置成0001,然后将其四个输出端中的QA、QD经过非门04后,再与QB、QC经过74LS20,将四输入与非20的输出端又接到160的置数端,这样就将160制成6进制,从而实现了步骤自加和循环160的CLK则是由两片192的借位端BO’同时为0时给出的信号,两片192的BO’可以通过或门后,输出接到160的CLK。
模块电路如图二所示:
图二
2.2.2模块二
◆倒数计时显示单元
通过两片十进制减法器74192来实现,两个数码显示管显示工序倒计时,当低位减为零时,再给高位192一个脉冲,高位实现减一。
当高位和低位都减到0时,给置位信号,将译码后的信号给192,再重新减。
且同时当两片74192都减为零时,显示工序步骤的LED加1,一直加到6,再循环.
简易框图如图三所示:
图三
模块电路图如图四所示:
图四
2.2.3模块三
◆发光二极管显示工序
该模块利用74138的译码功能,其输入端与上面的计数器74160输出端QA、QB、QC相连,控制整个顺序控制器的步骤计数。
发光二极管对应与74138的6个输出端相连,使顺序控制器每运行一步就有对应的一个二极管发光。
模块电路图如图五所示:
图五
2.2.4模块四
◆组合逻辑电路置数
通过74160置入工序所需时间,分别将输出接入两片74192输入端,完成6个步骤的不同置数,由于160每个步骤的输出不同,经过此组合电路后每次的输出也就不同,根据设计要求把它设计为我们需要的数据,完成每个步骤的进行。
模块电路如图六所示:
图六
组合逻辑电路的真值表如下:
输入
输出
Q2
Q1
Q0
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
192输入端D0、D1、D2、D3、D4、D5的逻辑表达式
D0=Y4
D1=Y2
D2=Y4+Y6=^(^Y4*^Y6)
D3=Y1+Y3=^(^Y1*^Y3)
D4=Y2+Y3+Y5=^(^Y2*^Y3*^Y5)
D5=Y4+Y5=^(^Y4*^Y5)
2.2.4模块五(功能扩展)
◆控制总循环时间和总循环次数
总的设计是想通过设计总循环时间(随意制定总循环时间为284秒)来控制总循环次数,并且到达所指定的总时间后,整个电路停止工作。
通过三片同步可逆计数器74192级联制成十进制加法计数器,当低位加到9时,给次高位192一个脉冲,次高位实现加一,当次高位加到9时,再给高位192一个脉冲,高位实现加一,以此循环。
直到循环到时间为设定的284秒时,也就是满足高位192的输出端Q1为1,次高位192的输出端Q3为1,低位192的输出短Q2为1时,让电路停止工作。
怎么让电路停止工作?
需要选用74151数据选择器,我们把刚说的三个输出端通过一个三输入与非门10,则输出短为0接到151的B端,x2接入脉冲,151的其余端口接地,则其输出为Y=m2*x2=0;151的输出端一边接到低位192的UP端,一边接到总电路信号输入端,故控制了整个电路停止工作。
模块电路图如图七所示:
图七
而在有限的时间内(284秒)控制电路的总循环次数则相对简单,每循环一次160就会重新置数,只要把160的置数端接到192的UP,就可以由十进制加法器得出总的循环次数。
模块电路图如图八所示:
图八
第三章总电路设计
总电路图如图九所示:
(EWB环境)
图九
仿真的结果为当总循环时间为284秒时,电路在执行第三个循环的第六步,而第六步从30秒减到07秒。
第四章电路安装与调试
4.1电路安装
我们是根据我们的设计思路来接线,分步安装调试检查电路.因为这样不仅比较简单,而且便于在安装完后检查调试电路,容易找出问题在哪。
首先我们要检测各个芯片及导线,确认所有元器件都是完好的、芯片无引脚掉落并且正常工作这是最基础最重要的一步。
1、首先,把需要的各芯片安到面包板上,合理布局芯片。
合理的布局会为以后的接线带来很大的方便。
2、从最简单的开始安装,按照原理图把两片74LS160接好,先按照74LS160管脚图和总的电路原理图将74LS160接线安装好,稳定各个管脚,接入脉冲,并测试一下74LS160芯片是否能正常工作,然后再测试其置数。
若能够正常工作再去接138译码器。
3、按照138译码器的管脚图和总的电路原理图接好线,并测试74LS138能否将信号正确译码。
然后再将74LS160和74LS138联合,看能否正常工作。
如,给74ls160的输入端B送入一个高电平,则74LS138译码器应该译码出Y2的非为低电平,以及其他的管脚Y的非都为高电平。
4、接着我们开始安装减法计数部分。
两片74LS192有高低位的区别,低位的借位信号直接送给高位片的脉冲信号输入端,两片芯片的置数信号由两片芯片的借位信号通过或门来提供。
而两片192的输入端Dx是由译码器的输出端通过组合逻辑电路来完成,由于里面涉及到很多门,原理虽然简单,但是接线非常麻烦,只要接错一根线整个电路就错了,所以一定要认真仔细的检查,直到确认无误后才进行下一步。
5、然后把160的输出端通过138后,输出接到LED低电平显示灯上,测试同上,完成后我们将其与已接好的电路连接起来。
4.2电路调试
把经过准确测量的元件接好电路。
打开电源,调试、验证电路是否符合要求,调试是最难的一部分工作了,往往需要花前面工作好几倍的时间来完成。
接线时我们按照一个一个模块接,连完一个模块后测试一个模块,主要是通过电路的各输入端和输出端的高低电平及其逻辑关系,可以即时发现已经损坏的元器件,判断电路工作情况,并及时调整电路参数,是电路工作状态符合设计要求。
第五章故障分析与电路改进
5.1常见的故障现象
在本次课程设计中常见的故障现象:
(1)计数器不能正确计数;
(2)电路的延时现象使两个计数器不能同时工作;(3)通过138译码器出来置给倒计时时间不正确;(4)芯片与各接触点的接触不良问题。
(5)计数出现紊乱。
5.2产生故障的原因
故障产生的原因很多,情况也很复杂,有的是一种原因引起的简单故障,有的是多种原因相互作用引起的故障。
本实验产生故障的原因主要有以下几种:
(1)元器件时好时坏,连接线路是发生短路或断路(接插件接触不良)。
(2)导线和芯片接触不良。
这个问题很普遍很常见也很难解决,导线并不是很好,和插孔的紧密程度不是很好,也不很牢靠。
因为检测的时候这种问题不容易被发现,所以在进行接线的时候事先检测很重要。
(3)导线插孔接错。
这个问题也很常见,但是最容易解决和查找出来。
因为自身的视力问题和面包板上插孔过多以及导线错综复杂的问题,我们很容易会吧导线接错位置。
(4)线路受内在、外在干扰。
5.3检查故障的一般方法
1.直接观察法:
直接观察法包括不通电检查和通电检查。
检查仪器的选用和使用是否正确;电源电压是否符合要求;集成电路的引脚有无错接和漏接,互碰等情况;布线是否合理,电阻和电容有无烧焦和炸裂等。
仔细观察元器件有无发烫、冒烟,电子管是否亮。
2.对比法:
怀疑某一电路存在问题时,可将此电路与工作状态相同的正常电路的参数进行一一对比,从中找到电路的不正常情况,进而分析故障原因,判断故障点。
3.部件替换法:
有时故障比较隐蔽,不能一眼看出,可以找与故障仪器同型号的仪器,可以将仪器中的部件、元器件、等替换有故障的相应部件,以缩小故障范围。
第六章总结与设计调试体会
虽然只有短短的两个星期的课程设计,但我却感觉学到了不少的东西。
由于以前学的都是理论知识,动手实践操作的很少。
而我们这次的设计就是要求我们要理论与实践相结合,并且更加注重实践。
这对我来说是学习,更是挑战。
因为我知道,这不仅能巩固以前学的知识,更能提高我的动手能力。
刚看到老师给我们这组的课题时,我觉得无从下手,脑子一片空白。
幸好有周老师的指导,她通过一个交通灯的例子介绍了一下大体思路,使我从中得到了启发,有了点眉目,然后我从图书馆借了几本相关的资料,和同学进行了讨论,参考了我们书上的例题,整理出了我们的设计思路,列出了我们所需要的芯片,并对这些芯片的功能进行了认真的研究,其实这个课题也没有我们想象中的那么难了。
我们在电脑上画原理图的过程并不是很顺利,我们第一次画出我们的原理图时,发现仿真结果完全不正确。
这让我们感到非常疑惑,因为我们是按照思路一步一步画的,后来我们开始检查我们的图是否有线连错,是否对芯片的功能有理解错误。
在没有结果下,我们请教了老师,在老师的建议下,我们参考了已能仿真成功的原理图,重新调整了我们的设计思路,让其变的更加简单。
然后再一次画原理图,虽然在这个过程当中,仍然出现了很多的小问题,但我和我的搭档把这些问题一一解决了。
最后,老天不负苦心人,我们仿真成功了,这让我们感到非常激动。
仿真成功后,在实际接线测试的过程中我们遇到了更多问题。
故障产生的原因很多,情况也很复杂,有的是一种原因引起的简单故障,有的是多种原因相互作用引起的故障。
比如说接线板部分区域损坏或接触不好、芯片损坏、导线老化、线路干扰、外界干扰而造成的显示数据紊乱不稳定,还有就是芯片管脚悬空并不一定是高电平等实际问题。
当我们把所有问题解决后重启电源发现显示器一开始并没清零从第一步开始。
原来我们没有接清零开关进来,而在仿真中不清零也自动从头开始。
接线是一项艰巨的任务,不仅要细致、耐心、坚持,还要静下心来调试。
因为我们的心中始终有一个信念,那就是无论有多大的困难,我们也要把线接出来。
在周老师看到了计数器的六进制计数,和指示灯随步骤的进行而分步亮等结果时,我们终于松了一口气,也感到有一点成就感。
在这短短两个星期内,虽然有过郁闷、烦躁、苦恼的时候,但最重要的是我们都克服了。
我们不仅强化了理论知识,也增强了动手能力和解决实际问题的能力。
通过这次课程设计,同时也开阔了我们的眼界,加强了我们团结协作的意识,为我们以后从事相关工作增强了自信心以及经验。
在此,我要感谢我的搭档、指导老师的帮助与指导。
附录
元器件清单
芯片
数量
74LS160
1个
74LS192
6个
74LS00
2个
74LS20
1个
74LS04
4个
74LS10
3个
74LS32
1个
74LS138
2个
74LS48
6个
74LS151
1个
接线板
1个
实验箱
1个
导线
若干
发光二极管
6个
数码显示管
7个
参考文献
《电子技术基础实验》高等教育出版社---------------------陈大钦主编
《数字电子技术》第五版高等教育出版社-------------------阎石主编
《数字电路逻辑设计》高等教育出版社---------------------王毓银主编
《数字电路与逻辑设计》电子工业出版社------------------邓元庆主编
《电子技术课程设计》---------------------------历雅萍、易映萍编
《电子技术课程设计指导》-------------彭介华、主编高等教育出版社
《电子线路设计、实验、测试》-----------谢自美主编 华中理工出版社
第七章课程设计评分表
项目
评价
设计方案的合理性与创造性
硬件制作或软件编程完成情况*
硬件制作测试或软件调试结果*
设计说明书质量
设计图纸质量
答辩汇报的条理性和独立见解
答辩中对所提问题的回答情况
完成任务的情况
独立工作能力
组织纪律性(出勤率)
综合评分
指导教师签名:
_____________
日期:
_____________
注:
表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填类容;
此表装订在课程设计说明书的最后一页。
课程设计说明书装订顺序:
封面、任务书、目录、正文、平分表、附件(非16K大小的图纸及程序清单)
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- 简易 顺序 控制器 课程设计
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