電動機控制電路

1、電子課程設(shè)計之電動機控制電路學(xué)院:電子信息工程學(xué)院專業(yè)、班級:自動化121501班姓名： 學(xué)號：指導(dǎo)教師：任青蓮2014年12月目錄一、設(shè)計任務(wù)與要求 4二、總體框圖42.1、 狀態(tài)機52.2、 預(yù)置數(shù)計數(shù)器52.3、時間顯示電路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定時器 11四、功能模塊 144.1、狀態(tài)機模塊144.2、多諧震蕩器模塊 154.3、預(yù)置數(shù)計數(shù)器模塊 164.4、 時間顯示模塊 16五、總體設(shè)計電路圖

2、175.1、 總體電路圖175.2、 仿真結(jié)果18六、心得與體會 21七、課程設(shè)計參考資料21電動機控制電路一、設(shè)計任務(wù)與要求 設(shè)計任務(wù)：試設(shè)計電動機控制器，也叫電動機控制電路。設(shè)計目的：該電動機控制電路可以檢測電動機1、電動機2能否正常運轉(zhuǎn)，同時檢測學(xué)生設(shè)計的電路是否滿足要求?？刂埔螅寒?dāng)按鈕K1按下后,第一臺電動機M1啟動,5s后第二臺電動機M2啟動，10s后第二臺電動機M2停止，5s后第一臺電動機M1停止。任何時候按下按鈕K2，可以停止工作臺運行。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，整個電路從那零開始；當(dāng)開關(guān)B閉合時，工作臺停止工作，如果再斷開開關(guān)B，整個電路又開始動作。2、在本次課程設(shè)計中，我決定采用綠色燈泡X1、X2代替電動機M1、電動機M2。二、總體框圖圖1是電動機控制器總體框圖1、狀態(tài)機狀態(tài)機的功能：此模塊提供實現(xiàn)電動機M1、電動機M2運轉(zhuǎn)所需狀態(tài)。圖2是電動機狀態(tài)圖，也就是我的狀態(tài)機設(shè)計思路。2、預(yù)置數(shù)計數(shù)器預(yù)置數(shù)計數(shù)器的功能：輸出電路需要的數(shù)據(jù)，完成每個步驟的進行。預(yù)置數(shù)計數(shù)器的設(shè)計思路：依據(jù)同步十進制加法計數(shù)器74LS160的置數(shù)計數(shù)功能，根據(jù)設(shè)計要求把它設(shè)計為可以提供給電路所需數(shù)據(jù)的特定計

4、數(shù)器。3、時間顯示時間顯示模塊可以實現(xiàn)的功能：顯示時間的變化。時間顯示模塊的設(shè)計思路：通過狀態(tài)機模塊來控制計數(shù)器，使計數(shù)器進行計數(shù)，數(shù)碼管顯示時間。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)計思路：依據(jù)多諧震蕩器的脈沖信號周期的計算公式，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555定時器 1片、電阻2.2 K

5、2個電容2.2uf 1個、電容0.1uf 1個5V電源 1個、12V電源 1個導(dǎo)線若干。主要器件介紹如下：1、同步加法計數(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位十進制加法計數(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，異步清除端和計數(shù)控制端ENT和ENP，為方便級聯(lián)，設(shè)置了進位輸出端RCO。當(dāng)異步清零端=0時異步清零，當(dāng)置數(shù)端=0，=1，CP脈沖上升沿時預(yù)置數(shù)。當(dāng)=ENT=ENP=1時，電路工作在計數(shù)狀態(tài)。當(dāng)計數(shù)器計數(shù)值為9時，進位端RCO輸出一個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，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，輸出端為高電平；當(dāng)輸入端為高電平時，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，輸出端為低電平；當(dāng)輸入端至少有一個輸入為低電平時，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定時器555定時器是一種模擬和數(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，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器556/

8、7556。555定時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定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(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。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555定時器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖4所示。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個RS觸發(fā)器，一個放電管T及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓Vcc/3和(2/3)Vcc。555定時器的功能主要由兩個比較器決定。

9、兩個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，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，用于定時延時整形及一些定時開關(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用的電子電路，如定時器、分頻器、脈沖 信號發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測電路、玩具游戲機電路、音響告警電路、電源交換電路，頻率變換電路、自動控制電路等。圖9為555定時器的邏輯框圖555定時器的結(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5000歐的電阻分壓給出。在控制電壓輸入端Vco懸

11、空時，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。正常工作時必須使RD處于高電平。由上圖知，當(dāng)VI1>VR1，VI2>VR2時，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，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，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，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定時器的波形圖四、功能模塊模塊一：狀態(tài)機狀態(tài)機的功能：此模塊提供實現(xiàn)電動機M1、電動機M2運轉(zhuǎn)所需狀態(tài)。圖12為狀態(tài)機的狀態(tài)圖，也就是我

13、的狀態(tài)機設(shè)計思路。表7為狀態(tài)機的狀態(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，進而改變燈泡的亮和滅的時間間隔。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)計數(shù)器的具體邏輯功能：通過十進制計數(shù)器74LS160的置數(shù)功能，在輸入端初始置成0000，然后將其四個輸出端中的Qc、Qa經(jīng)過與門74LS08后，輸出端再與兩個74LS160組成的十一進制計數(shù)器的使能端E

14、NP相連；與門74LS08輸出端同時通過非門74LS04與第一個計數(shù)器的使能端ENP相連，從而使第一個計數(shù)器的輸出保持在5。十一進制計數(shù)器的最高位輸出端連接下一個十進制計數(shù)器74LS160的使能端ENP，同時通過非門74LS04連接本計數(shù)器的使能端ENP，從而使本計數(shù)器的輸出保持在10。第三個計數(shù)器輸出端的輸出端中Qc、Qa經(jīng)過與非門74LS00后與本計數(shù)器的使能端ENP相連，從而使計數(shù)器的輸出保持在5。模塊四：時間顯示通過狀態(tài)機模塊來控制計數(shù)器，使計數(shù)器進行計數(shù)，數(shù)碼管顯示時間；當(dāng)計數(shù)器分別計數(shù)到題目所給時間時，計數(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為時間顯

15、示器的結(jié)構(gòu)圖五、總體設(shè)計電路圖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時狀態(tài)圖18為 13S時狀態(tài)圖19為15S時狀態(tài)圖20為19S時狀態(tài)圖21為20S時狀態(tài)圖22為硬件實驗圖1、從圖18到圖22都是實驗的仿真結(jié)果，這些仿真結(jié)果達到了電動機控制電路設(shè)計任務(wù)與要求。經(jīng)檢驗，本次的設(shè)計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第二個燈泡X2熄滅，5S后第一個燈泡X1發(fā)光。任何時候閉合開關(guān)B，可以停止工作臺運行。3、經(jīng)模擬，以上實驗最終結(jié)果符合題目要求。六、心得與總結(jié)通過這兩個學(xué)期電子技術(shù)知識的學(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，但當(dāng)我拿到課程設(shè)計的題目時還是覺得比較茫然，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。因此這個電路設(shè)計的可能有點繁雜，肯定有更好的方案我沒有發(fā)現(xiàn)。在暑假里，我會完善它。在整個課程設(shè)計過程中，我遇到了很多很多的問題，其中最大的問題就是把四個模塊綜合起來，讓它滿足了我的設(shè)計要求！起初，我稍費心思就可以做出各個模塊，并讓它們達到各自的功能，這還挺簡單的。最難的是，把分模塊組成一個整體，并讓它滿足設(shè)計要求，我老是顧此失彼，不能做到周全。還好，我試驗了一天，最后終于做出來了?？傊@次課程設(shè)計中，我學(xué)到了很多東西。我深刻的感覺到以前只是“紙上談兵”，通過實踐才能將所學(xué)的知識轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用，通過實踐才能讓學(xué)過的知識更加鞏固。同時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)計等重要課題打下基礎(chǔ)。在實踐中檢驗所學(xué)并收獲所得：首先，通