電梯樓層顯示控制器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、目錄一、前言.2二、總體方案設(shè)計(jì).3三、單元模塊設(shè)計(jì).4四、系統(tǒng)接線調(diào)試 .10五、實(shí)踐過(guò)程中遇到的問(wèn)題.14六、實(shí)踐總結(jié)及心得體會(huì).16七、元件清單及參考文獻(xiàn).17附件、電路原理圖一、 前言 電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)是綜合應(yīng)用模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)。而這次的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)正是我們利用已學(xué)過(guò)的數(shù)電模電知識(shí)，設(shè)計(jì)八層電梯顯示控制器，在實(shí)踐中重溫自己學(xué)過(guò)的知識(shí)。也使自己掌握各種芯片的使用方法，提高自己利用圖書資源和網(wǎng)絡(luò)資源的能力。電梯是隨著高層建筑的興建而發(fā)展起來(lái)的一種垂直運(yùn)輸工具。多層廠房和多層倉(cāng)庫(kù)需要有貨梯；高層住宅需要有住宅梯；百貨大樓和賓館

2、需要有客梯，自動(dòng)扶梯等。在現(xiàn)代社會(huì)，電梯已像汽車、輪船一樣，成為人類不可缺少的交通運(yùn)輸工具。該課題是電梯樓層顯示控制器的設(shè)計(jì)，采用實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)集成芯片（74LS161、74LS190、74LS194等芯片），進(jìn)行中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)。二、總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)目標(biāo)基本功能：1）用一位數(shù)碼顯示管顯示電梯行進(jìn)樓層位置（八層樓1-8）；2）電梯停車時(shí)，能響應(yīng)每層樓電梯按鈕的呼喚；電梯行進(jìn)時(shí)不響應(yīng)不記憶呼喚；3）能控制電梯行進(jìn)（假定行進(jìn)一層樓所需時(shí)間2S），給出電梯停止、上行、下行指示。 附加功能：1） 用數(shù)碼管顯示乘客要去的目標(biāo)樓層 ；2） 電梯超重等報(bào)警電路，一旦報(bào)警電梯緊急制動(dòng)不行進(jìn)；3） 步進(jìn)電機(jī)

3、正反轉(zhuǎn)模擬電路。當(dāng)目標(biāo)樓層>實(shí)時(shí)樓層時(shí)，系統(tǒng)能輸出使電機(jī)正轉(zhuǎn)的時(shí)序信號(hào)，使電梯上升；當(dāng)目標(biāo)樓層<實(shí)時(shí)樓層時(shí)，系統(tǒng)能輸出使電機(jī)反轉(zhuǎn)的時(shí)序信號(hào)，使電梯下降；當(dāng)目標(biāo)樓層=實(shí)時(shí)樓層時(shí)，系統(tǒng)停機(jī)信號(hào)，使電機(jī)停止運(yùn)行并開(kāi)門。 2.2整體設(shè)計(jì)流程圖寄存電路樓層編碼電路比較電路計(jì)數(shù)電路顯示電路顯示電路單限比較電路多諧振蕩電路分頻電路移位電路三、單元模塊設(shè)計(jì)3.1樓層輸入電路 使用二-十進(jìn)制編碼器74LS147實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯樓層輸入的編碼。初始狀態(tài)為高電平，當(dāng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)為低電平。1樓對(duì)應(yīng)I1直到8樓對(duì)應(yīng)I8，I9無(wú)效接高電平。例如按下一樓對(duì)應(yīng)編碼為1110。由于二-十進(jìn)制編碼器的優(yōu)先性，所以兩個(gè)樓層同時(shí)

4、按下只響應(yīng)高樓層不響應(yīng)低樓層，具體的電路如圖3-1：圖3-13.2樓層保存電路 利用74LS160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)和保持功能實(shí)現(xiàn)對(duì)樓層的保存，由于74LS147的輸出是反碼，所以在74LS147和74LS160之間需要添加反相器。例如按下一樓時(shí)保存0001， 具體電路如圖3-2：圖3-23.3多諧振蕩電路 利用555定時(shí)器組成多諧振蕩器，多諧振蛋器在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號(hào)，便能自動(dòng)輸出一定頻率的矩形脈沖（自激振蕩）。利用555定時(shí)器產(chǎn)生頻率為128Hz的矩形脈沖波，R2采用可變電阻器，方便頻率的調(diào)節(jié)。具體的電路如圖3-3：圖3-3 3.4分頻電路采用兩片同步十六進(jìn)制74LS161異步

5、級(jí)聯(lián)組成256進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，由于74LS161是下降沿觸發(fā)的，所以在低位片的輸出端CO端需要加反相器。具體的電路如圖3-4：圖3-43.5樓層比較電路 使用4位數(shù)據(jù)比較器74LS85反復(fù)比較乘客輸入的目標(biāo)樓層號(hào)（記為A）與電梯實(shí)時(shí)樓層號(hào)（記為B）的大小。若A>B則上行指示燈亮并且電機(jī)模擬上行，若A=B 則停止指示燈亮并且電機(jī)停止，若A<B 則下行指示燈亮并且電機(jī)模擬下行。當(dāng)電梯在運(yùn)行時(shí)，樓層呼叫無(wú)效，該功能是利用模擬傳輸門TG門實(shí)現(xiàn)的。具體電路如圖3-5：圖3-53.6樓層變化計(jì)數(shù)電路使用同步十進(jìn)制加減法計(jì)數(shù)器74LS190實(shí)現(xiàn)電梯上下行的計(jì)數(shù)，加減法的判斷是通過(guò)74LS190的輸

6、出反饋到74LS85比較器實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)通過(guò)7447數(shù)字顯示譯碼器顯示實(shí)時(shí)樓層。具體的電路圖如圖3-6：圖3-63.7樓層數(shù)碼顯示電路數(shù)碼顯示電路包括：乘客目標(biāo)樓層顯示電路和電梯實(shí)時(shí)樓層顯示電路。它們的電路結(jié)構(gòu)是一樣的。使用7 段數(shù)碼顯示譯碼器7447和共陽(yáng)七段數(shù)碼管，顯示乘客輸入的樓層以及電梯實(shí)時(shí)的樓層。例如乘客按下1 號(hào)樓的按鈕，則目標(biāo)樓層數(shù)碼顯示電路顯示1；電梯現(xiàn)在運(yùn)行到了3 樓，則實(shí)時(shí)樓層數(shù)碼顯示電路顯示3。具體的電路如圖3-7：圖3-73.8電梯上下行指示及電機(jī)脈沖分配電路 指示燈采用發(fā)光二極管，在樓層比較電路部分已經(jīng)解釋了上下行及停止的只是原理。電機(jī)正反轉(zhuǎn)模擬是采用移位寄存器74LS

7、194實(shí)現(xiàn)當(dāng)環(huán)形信號(hào)輸出為右移100->010->001->100時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)環(huán)形信號(hào)輸出為左移001->010->100->001時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。0和1用發(fā)光二極管指示，0為發(fā)光二極管不亮，1為發(fā)光二極管亮。具體的電路如圖3-8：圖3-83.9超重報(bào)警電路該部分采用單限比較器，用可變電阻器模擬拉力傳感器輸出電壓的變化，一旦超重，指示燈將閃爍、蜂鳴器報(bào)警、同時(shí)電梯將停止，直到恢復(fù)正常荷載內(nèi)才運(yùn)行。具體的電路如圖3-9：圖3-9四、系統(tǒng)接線調(diào)試4.1仿真過(guò)程 1）電梯初始狀態(tài)：2）電梯上行狀態(tài)：4） 電梯停止?fàn)顟B(tài)：5） 電梯下行狀態(tài)：6）電梯報(bào)警狀態(tài)： 4.

8、2實(shí)物接線圖1）電梯下行狀態(tài)（左上角的顯示數(shù)碼管為乘客的目標(biāo)樓層，右上角的數(shù)碼顯示管為電梯實(shí)時(shí)樓層）2）電梯停止?fàn)顟B(tài)（電梯上下行指示燈為中上方的綠黃綠三個(gè)指示燈，分別表示上行、停止、下行）3）電梯報(bào)警狀態(tài)（左上角的紅色發(fā)光二極管為報(bào)警指示燈，中下方的三個(gè)紅色發(fā)光二極管為電機(jī)模擬正反轉(zhuǎn)）五、實(shí)踐過(guò)程中遇到的問(wèn)題1）最初的問(wèn)題是該用什么芯片實(shí)現(xiàn)電梯的顯示控制功能，在通過(guò)對(duì)相關(guān)資料的查詢后，逐漸有了一些思路，但隨之而來(lái)的問(wèn)題是該用什么軟件畫圖，電工軟件很多，例如ORCAD、Protel 2006 等等，最后我們還是用了學(xué)習(xí)過(guò)的multisim電工仿真軟件。在設(shè)計(jì)畫圖的過(guò)程中也遇到了很多問(wèn)題

9、，仿真軟件的仿真不穩(wěn)定，時(shí)好時(shí)壞，后來(lái)通過(guò)查詢資料才知道仿真出錯(cuò)不是電路錯(cuò)誤而是仿真時(shí)間步長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不收斂溢出。畫圖也遇到了問(wèn)題，有些元件在multisim元件庫(kù)中沒(méi)有找到，例如8X8點(diǎn)陣屏。2）在編碼器的選擇上也遇到了問(wèn)題，我們最初選擇二-十進(jìn)制優(yōu)先編碼器74LS147對(duì)8個(gè)樓層進(jìn)行編碼，但由于74LS147編碼輸出為反碼，所以還需要添加四個(gè)反相器來(lái)求反。如果采用74LS148將可以減少反相器數(shù)目，但是接線比較混亂，還需要引入一個(gè)或門。其接線如下圖5-2，綜合考慮我們最后還是采用了74LS147。圖5-23）樓層數(shù)據(jù)的寄存也困擾了我們很久，我們?cè)诜抡嫔喜捎面i存器74116，但是由于741

10、16不是脈沖觸發(fā)，而樓層開(kāi)關(guān)按下時(shí)同步的沒(méi)有延時(shí)，所以無(wú)法完成寄存，最終我們采用了一塊比較熟悉的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160來(lái)完成預(yù)置數(shù)和寄存功能。4）電梯初始狀態(tài)要求顯示為1樓，通過(guò)不斷的嘗試，我們利用的電容充放電延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其仿真圖如圖5-4-1，但在實(shí)際的接線中采用電容延時(shí)很不穩(wěn)定并且影響超重報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)，所以最終采用添加一個(gè)復(fù)位開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖5-4-2。電梯樓層改變計(jì)數(shù)器74LS190的輸出置1也出現(xiàn)了問(wèn)題，我們最初采用對(duì)74LS190進(jìn)行預(yù)置數(shù)，但由于比較器74LS85的比較又將實(shí)時(shí)數(shù)碼管置0，在實(shí)物接線上多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)還是不對(duì)74LS190進(jìn)行預(yù)置數(shù)，而是等CP上升沿到來(lái)進(jìn)行加法計(jì)

11、數(shù)然后置1，這種方法的不足就是可能最長(zhǎng)需要等待一個(gè)周期即2秒才能完成實(shí)時(shí)數(shù)碼管的置1。 圖5-4-1 圖5-4-25）在時(shí)鐘脈沖的的產(chǎn)生上我們也遇到問(wèn)題，我們最初的仿真是首先由555定時(shí)器連接成多諧振蕩器產(chǎn)生頻率為100Hz的矩形脈沖波，然后再通過(guò)由兩片74LS161異步級(jí)聯(lián)為200進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，從而產(chǎn)生頻率為0.5Hz的矩形脈沖波。但兩片74LS161異步級(jí)聯(lián)為200進(jìn)制計(jì)數(shù)器需要引入一個(gè)8線輸入與非門電路，并且將8線輸入與非門的輸出端Y反饋到置數(shù)端，但在實(shí)際接線中，可能由于反饋的電壓不足無(wú)法將兩片74LS161同時(shí)置數(shù)，所以最終我們采用首先由555定時(shí)器連接成多諧振蕩器產(chǎn)生頻率為128Hz

12、的矩形脈沖波，然后再通過(guò)由兩片74LS161異步級(jí)聯(lián)為256進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，從而產(chǎn)生頻率為0.5Hz的矩形脈沖波。這樣將可以少一個(gè)8線輸入與非門，置數(shù)端只需接高電平1即可。6）附加功能一直存在一個(gè)問(wèn)題，至今未懂解決，在電梯超重報(bào)警時(shí)，如果電梯原來(lái)狀態(tài)時(shí)上行，一旦超重報(bào)警，電梯可以立即停止直到恢復(fù)正常荷載從原位置繼續(xù)上升到目標(biāo)樓層。但對(duì)于原來(lái)狀態(tài)時(shí)下行時(shí)，原本設(shè)計(jì)的功能是電梯可以立即停止直到恢復(fù)正常荷載從原位置繼續(xù)下降到目標(biāo)樓層，但在實(shí)際試驗(yàn)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，電梯可以完成立即停止操作，但是恢復(fù)到正常荷載時(shí)無(wú)法從原來(lái)位置逐層下降到目標(biāo)樓層，而是瞬間跳到目標(biāo)樓層，有時(shí)甚至亂碼。六、實(shí)踐總結(jié)及心得體會(huì)對(duì)于這次

13、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，應(yīng)該學(xué)到了一些東西，了解了電子設(shè)備設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程，在第一節(jié)的理論課上，老師就講解了這些知識(shí)，電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)采用頂真設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)。首先需要知道這個(gè)產(chǎn)品的要實(shí)現(xiàn)的功能是什么，然后這些功能需要什么電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如設(shè)計(jì)一個(gè)溫度檢測(cè)裝置，它的原理總框圖應(yīng)該是鉑熱電阻采集電路、濾波電路、信號(hào)放大電路、顯示電路。在總功能的前提下，設(shè)計(jì)各個(gè)模塊的單元電路，分塊設(shè)計(jì)，分塊接線，分塊調(diào)試，然后整體調(diào)試組裝，這樣將有利于問(wèn)題的最快發(fā)現(xiàn)和解決，在最壞的結(jié)果下也不至于拆整個(gè)電路，這個(gè)設(shè)計(jì)思想對(duì)我們以后的工作學(xué)習(xí)都可以運(yùn)用，就像我們平時(shí)做事需要分步進(jìn)行，有條理，而不是一哄上，主次不分，導(dǎo)致效率低下。在電

14、路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，也了解了一些常用的電路繪圖軟件，例如ORCAD、Protel 2006 、Protel 99SE、AutoCAD Electrical、multisim等等，現(xiàn)在已經(jīng)學(xué)會(huì)multisim的一些常規(guī)操作。這也讓我認(rèn)識(shí)了一個(gè)新的領(lǐng)域，原來(lái)以為AutoCAD只能畫畫機(jī)械制圖之類的二維圖，現(xiàn)在知道了還有電工版CAD；以前做實(shí)驗(yàn)時(shí)總覺(jué)得multisim沒(méi)什么用，一堆東西看不懂，但真正自己設(shè)計(jì)然后再去上面仿真，這時(shí)才真正感覺(jué)到multisim的強(qiáng)大之處。但仿真畢竟還是仿真，跟實(shí)際還是有差距的，我們最初的電路在仿真上可以很好的運(yùn)行，但到了實(shí)物接線就出問(wèn)題了，不出結(jié)果或者結(jié)果錯(cuò)誤，這

15、很有借鑒意義，對(duì)于工科，我們必須去實(shí)踐，不能紙上談兵，仿真之類的都是理想狀態(tài)，這世界有很多偶然性是人們所不可預(yù)測(cè)的。在實(shí)物接線中，講究規(guī)范，實(shí)際上隨意接線很快就可以接完，但能出結(jié)果的概率很小，就算去規(guī)范接線，有時(shí)還是會(huì)接錯(cuò)的，但接錯(cuò)不是問(wèn)題，采用儀器一檢測(cè)就能發(fā)現(xiàn)其中問(wèn)題，如果隨意布線，問(wèn)題都難以找出，工程上的這些規(guī)定都有其合理性，所以我們應(yīng)該耐得住性子，耐心接線，質(zhì)量和效率的最大優(yōu)化。這對(duì)于我們?nèi)粘Ｉ钔瑯佑袉⑹?，無(wú)規(guī)矩不成方圓，做任何事都有規(guī)矩，規(guī)矩可能人們自己為了提高效率促進(jìn)公平而設(shè)置的，自然規(guī)律應(yīng)該也算規(guī)矩，科學(xué)就是去發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律，認(rèn)識(shí)自然規(guī)律，然后遵守它利用它。這次的電子課程設(shè)計(jì)已經(jīng)

16、結(jié)束，我們得到了一次很好的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)，學(xué)到了一些新知識(shí)，也溫習(xí)運(yùn)用了學(xué)過(guò)的知識(shí)。在此同時(shí)也感謝老師們的辛勤指導(dǎo)和幫助，給我們的方案提出了很多改進(jìn)意見(jiàn)，幫助我們順利完成課程設(shè)計(jì)。七、元件清單及參考文獻(xiàn)元件清單：序號(hào)元件名稱數(shù)量1電源（±VCC、GND）各1個(gè)274LS1471塊374LS1601塊474LS1901塊574LS851塊674LS1612塊774482塊874LS1941塊95551塊10電阻（10）18個(gè)11電阻（100）1個(gè)12電阻（1k）2個(gè)13電阻（2k）1個(gè)14電阻（10k）8個(gè)15電阻（300k）1個(gè)16可變電阻（20）1個(gè)17可變電阻（1M）1個(gè)18電容（10nF）2個(gè)19電容（30F1個(gè)20開(kāi)關(guān)1