电梯控制系统.docx

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电梯控制系统

湖南工程学院

课程设计

课程名称数电课程设计

课题名称简易电梯控制系统

专业电气工程及其自动化

班级

学号

姓名

指导教师

2013年12月16日

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：

简易电梯控制系统

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导老师：

审批：

任务书下达日期2013年12月16日星期一

设计完成日期2013年12月27日星期五

设计内容与设计要求

一．设计内容：

1、显示方式：

以LED数码管形式显示0-3；

2、主要功能：

一共有四层楼，楼层标记用0-3表示，假设每次只有有一层楼有呼叫，按下呼叫按钮后，呼叫楼层指示灯亮，电梯将从当前楼层运行到呼叫楼层，指示灯熄灭；

3、超重报警：

当电梯超重时，报警灯亮，电梯拒绝运行；

4、系统复位：

系统能手动复位，复位后，电梯停在第○层；

5、其他功能（任选）

二、设计要求：

1、思路清晰，给出整体设计框图和总电路图；

2、单元电路设计，给出具体设计思路和电路；

3、写出设计报告

主要设计条件

1．提供调试用实验室；

2．提供调试用实验箱和电路所需元件及芯片；

3．所用设备及元件需在设计后归还。

说明书格式

1．课程设计封面；

2．任务书；

3．说明书目录；

4．设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）；

5．单元电路设计（各单元电路图）；

6．安装、调试步骤；

7．故障分析与电路改进；

8．总结与体会；

9．附录（元器件清单）；

10．参考文献;

11．课程设计成绩评分表;

12．设计报告采用16k纸打印;

进度安排

第三周：

星期一:

课题内容介绍和查找资料；

星期二～星期五:

总体电路设计和分电路设计，电路仿真,修改方案；

第四周：

星期一～星期二:

电路设计，电路仿真,修改方案

星期三:

安装、调试电路；

星期四:

验收电路，整理实验室及其它事情，写设计报告，打印相关图纸；

星期五:

答辩；

参考文献

1、《电子系统设计》

高等教育出版社马建国主编

2、《电子线路设计、实验、测试》（第二版）

华中理工大学出版社谢自美主编

3、《新型集成电路的应用》---------电子技术基础课程设计

华中理工大学出版社梁宗善主编

4、《现代电子设计技术》

机械工业出版社李荣良主编

5、《数字电路设计与制作》

科学出版社汤山俊夫著

一、设计整体思路2

1.1课题设计要求2

1.2设计目的2

1.3设计整体思路3

二、基本原理及框图4

2.1基本原理4

2.2设计整体框图5

三、单元电路设计及单元电路图6

3.1实现功能6

3.2实现电路6

3.2.1楼层的输入电路6

3.2.2低频信号发生器7

3.2.3楼层显示电路8

3.2.5主要元器件介绍9

四、总电路设计11

五、安装与调试步骤12

六、故障分析与电路改进13

七、实际接线图14

八、总结与设计调试体会15

附录：

17

1、元件清单17

2、参考文献17

1、设计整体思路

1.1课题设计要求

本次数字电子技术课程设计课题：

是简易电梯控制系统，一共有四层楼，楼层标记用0-3表示，假设每次只有有一层楼有呼叫，按下呼叫按钮后，呼叫楼层指示灯亮，电梯将从当前楼层运行到呼叫楼层，指示灯熄灭；当电梯超重时，报警灯亮，电梯拒绝运行；系统能手动复位，复位后，电梯停在第○层。

1.2设计目的

a.进一步熟悉和掌握常用数字电路元器件的应用。

b.巩固加深理解数字电路的基本理论知识，学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握数字电路系统设计的基本方法及在面板上接线的方法、技术、要注意的问题。

c.培养数字电路实物制作、调试、测试、故障和排除的方法。

d.培养细致、认真做实验的习惯。

e.培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

1.3设计整体思路

系统的时钟脉冲信号是由函数发生器发生。

时钟信号通过一定与门和与非门输入同步加减计数器74LS192N，控制其加减计数。

系统的开关控制电路是由D触发器和与非门构成，控制信号灯的工作状态。

系统的核心电路是由编码器74LS148N，数据比较器74LS85，同步可加减计数器74LS192N，与一定的门电路组成，实现对电梯的上升和下降的控制。

系统使用低频信号发生器的定时功能来控制上一层楼或下一层楼所用的时间，利用数码管来显示所到楼层数，并用四个发光二极管来表示四层楼。

以此来设计了一个四层电梯控制系统。

2、基本原理及框图

2.1基本原理

（1）系统的信号灯控制部分是由开关和D触发器构成，开关先接高电平，按下开关时，给了一个高电平触发信号输入给D触发器使其锁存高电平信号，从而使信号灯一直亮直到信号结束。

（2）系统的核心部分是由编码器74LS148，数据比较器74LS85，同步十进制可逆计数器74LS192，四2输入与非门74LS00，六反相器74LS04,以及双D触发器74LS74组成。

按下开关时，产生的高电平信号由74LS74双D触发器传出给优先编码器74LS148，产生后的编码通过反相器74LS04，输入给比较器74LS85，74LS148产生的编码与低频信号发生器发出的信号通过与门电路，产生的信号通过门电路74LS00输入给计数器74LS192，控制计数器的加减，从而实现电梯的上升与下降。

2.2设计整体框图

设计框图如图2-1所示：

图2-1设计框图

三、单元电路设计及单元电路图

3.1实现功能

用四个LED显示电梯行进过程，并用数码管显示电梯当前所在楼层的位置，每层电梯的入口处设有请求按钮，按下按钮，则相应楼层的LED亮。

  电梯达到请求的楼层，该层的指示灯灭，电梯门打开；电梯自动关门，继续运行。

电梯运行中，运用比较器选择所到楼层的先后顺序

3.2实现电路

3.2.1楼层的输入电路

利用四个D触发器实现楼层的输入功能，即实现所在楼层的指示灯显示。

图3-1楼层输入电路

3.2.2低频信号发生器

本电路使用低频信号发生器，通过改变频率的高低来控制上一层楼或下一层楼所用的时间。

图3-2低频信号发生器

3.2.3楼层显示电路

本电路主要是利用十进制加减计数器74LS192，通过控制电路分配加1 或减1 信号给CPD 和CPU，实现对现行楼层号的加1 和减1，由数码管显示所到楼层。

图3-3楼层电路的显示

3.2.4四层电梯控制系统的实现

用D触发器74LS74作为控制电梯按钮（即触发电平），经过编码器74LS148及比较器74LS85、计数器74LS192来实现其电梯控制功能。

低频信号发生器控制上一层楼或下一层楼所用的时间，利用数码管来显示所到楼层数，并用四个发光二极管来作为四层楼的指示灯。

3.2.5主要元器件介绍

译码器：

译码器是一个多输入，多输出的组合逻辑电路.它的作用是把给定的代码进行"翻译"，成相应的状态,使输出通道中相应的一路有信号输出。

译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换,终端的数字显示,还用于数据分配，存贮器寻址和组合控制信号等。

不同的功能可选用不同种类的译码器。

数码管：

一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点.小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降,随显示光（通常为红,绿,黄,橙色）的颜色不同略有差别,通常约为2～2.5V,每个发光二极管的点亮电流在5～10mA.LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器,该译码器不但要完成译码功能,还要有相当的驱动能力。

此设计的数码管采用共阴型数码管，主要用来显示楼层号。

图3-5共阴数码管

D触发器：

此电路D触发器采用74LS74.74LS74内含两个独立的D上升沿双d触发器，每个触发器有数据输入（D）、置位输入（

）复位输入（

）、时钟输入（CP）和数据输出（Q）。

、

的低电平使输出预置或清除，而与

其它输入端的电平无关。

当

、

均无效（高电平式）时，符合建立时间要求的D数据在CP上升沿作用下传送到输出端。

74ls74功能表:

输   入

输出

SD

RD

CP

D

Qn＋1

Qn＋1

0

1

×

×

1

0

1

0

×

×

0

1

0

0

×

×

φ

φ

1

1

↑

1

1

0

4、

总电路设计

五、安装与调试步骤

本次课程设计先是电路设计然后仿真，仿真成功后就开始在实验室4楼进行实物接线。

我们每个组列出清单，上报清单芯片，经班长拿下芯片,进行接线工作。

安装过程分几个步骤，首先是检查芯片是否有问题，检查线路是否有问题，对于导线的话可以边连接边检查导线是否完好；然后进行各个模块的安装。

把各芯片安放到面板上，合理布局芯片。

合理的布局会为以后的接线带来很大的方，这是最基本的一步。

现在就可以接线由于考虑到如果将所有衔接起来在检查的话可能比较麻烦，改路线也可能因为线多而又要重接，所以我们要按照各个模块接好当场检查，并且再接线路之前我们还需要检查我们的各个元器件和试验台是否可用。

先观察试验台等相关器件是否完善仪器的好坏直接决定了实习的功拜垂成。

然后再观察他们的构造，因为比较熟悉其构造和功能，才能使以后操作更加便捷。

查测各个芯片和导线，只有好的芯片和导线才能实现其功能。

如果是坏的话，设计的再好的电路也实现不了，所以不要小看了这个步骤。

按照已经设计好了的电路图接线，由于线路比较复杂，所以接线也要合理，美观。

这样对以后的线路检查也会带来方便。

而对于接好了的，但不能正常工作的部分需要进行调试处理。

对不能正确工作的模块进行检查，检查接触是否良好，有没有短路，有没有少接或多接了线。

如果上述步骤没用，则对该模块的上一模块进行检查。

直到查出问题并解决出现的问题为止。

当然最后还是通电看看所有功能是否能按照任务书上的显示，如果一切都正确，则完成。

六、故障分析与电路改进

由于学校给的实验台是经历了有些年代，有些设备现的问题比较多。

我们这组还是比较幸运的，有一台好的实验台，因而成功率也要高一些。

虽说实验台有了保障，但是接线工作都是相当有难度的。

故障产生的原因很多，情况也很复杂，本实验产生故障的原因主要有以下几种：

（1）各种芯片使用一段时间后出现故障，元器件损坏，连接线路是发生短路或者接插件接触不良；

（2）实际电路、与设计的原理图不符，实际电路没有连接成功；元器件使用不当或损坏，特别是芯片连接不当是实验电路的大问题；连线发生短路或断路现象等；（3）仪器使用不正确引起的故障；（4）芯片布局不合理，引脚走线不合理。

（5）脉冲的影响程度，给的脉冲与设计的脉冲不符合。

电路检查：

1、直接观察：

检查仪器的选用和使用是否正确；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。

重点检查的是芯片电源是否接好，反馈电路是否完整，各个芯片的输出端是否接正确。

2、分部检测：

电路分四个单元块，分别测量各个单元连接点，输入合适的数据看是否有相应的显示结果。

在通电过程中还遇到了点故障，接线完成后，启动电路，显示器显示数字“0”，按个按钮均无反应。

经过对各个元器件进行排查，查到74LS148的输出端口在按各按钮时均为低电平。

改进：

74LS148为优先编码器，低电平有效，输入端高位优先权高地位优先权低。

信号从低位输入时应将高位接高电平，否则低位信号将被屏蔽。

把输入信号接到74LS148的高位端口“5”，“4”，“3”，“2”后，启动电路后，按各个按键，显示器显示对应数字。

七、实际接线图

八、总结与设计调试体会

我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。

而且还可以记住很多东西。

比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。

了解到课程实习设计是开端，连接是关键，测试是必须。

既巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了常用集成电路芯片的使用。

在此基础上学习了数字系统设计的基本思想和方法，学会了科学地分析实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题。

同时，也培养了我认真严谨的态度。

同时，我更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。

也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。

虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。

设计本身并不是有很重要的意义，而是同学们对待问题时的态度和处理事情的能力。

至于设计的成绩无须看的太过于重要，而是设计的过程，设计的思想和设计电路中的每一个环节，电路中各个部分的功能是如何实现的。

各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点。

同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。

另外，我们设计要从市场需求出发，既要有强大的功能，又要在价格方面比同等档次的便宜。

虽然我们现在作的不可能到市场上去销售，但我们要为以后作设计培养出好的习惯。

通过这次课程设计，虽然接线和通电过程中遇到了困难，但我们不断修改电路，不断地总结经验，最后还是提前完成了此次电路连接。

结果非常满意。

经过孙老师的精心指导我受益匪浅，不但了解了各个芯片的功能与电路的设计，而且还对自己的动手能力有很大的提高。

我坚信自己的努力一定会得到回报的，锲而不舍。

附录：

1、元件清单

四2输入与非门74LS00一片

四2输入与门74LS08一片

六反相器74LS04一片

双D触发器74LS74两片

四位数字比较器74LS85一片

8线-3线优先编码器74LS148一片

同步十进制计数器74LS192一片

八段共阴显示器一个

实验桌一个

导线若干

2、参考文献

1、《电子系统设计》

高等教育出版社马建国主编

2、《电子线路设计、实验、测试》（第二版）

华中理工大学出版社谢自美主编

3、《新型集成电路的应用》---------电子技术基础课程设计

华中理工大学出版社梁宗善主编

4、《现代电子设计技术》

机械工业出版社李荣良主编

5、《数字电路设计与制作》

科学出版社汤山俊夫著

电气与信息工程系课程设计评分表

项目

评价

优

良

中

及格

差

设计方案的合理性与创造性

软件设计完成情况

硬件调试完成情况

设计说明书与设计图纸质量

答辩情况

独立工作能力

完成任务情况

出勤情况

综合评分

指导教师签名：

________________

日期：

________________

注：

①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；

②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、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。