簡易順序控制器最終版(湖南工程學院)

1、湖南工程學院課 程 設 計課程名稱 數(shù)字電子技術 課題名稱 簡易順序控制器 專 業(yè) 電子科學與技術 班 級 1202 學 號 201201180215 姓 名 黃垚錕 指導教師 周京廣 2014年 6 月 25 日湖南工程學院課程設計任務書 課程名稱： 數(shù)字電子技術 題 目：簡易順序控制器（自選參數(shù)） 專業(yè)班級： 電科1202 班 學生姓名：黃垚錕 學號：201201180215 指導老師： 周京廣 審 批：任務書下達日期 2014年 6月16日設計完成日期 2014年 6月25日設計內容與設計要求 一、 任務與要求：設計并制作一個簡易順序控制器，使執(zhí)行機構按一定的程序工作，要求如下：1、 執(zhí)

2、行機構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，按順序依次動作；2、 用顯示器顯示順序控制器的各步加工時間（用倒計時方式）；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、 功能擴展（自選）二、設計要求：1、 設計思路清晰，給出整體設計框圖；2、 設計各單元電路，給出具體設計思路、電路器件；3、 總電路設計；4、 安裝調試電路；5、 寫出設計報告；主要設計條件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、導線等。說明書格式1、 課程設計封面；2、 課程設計任

3、務書；3、 說明書目錄；4、 設計總體思路，基本原理和框圖；5、 單元電路設計（各單元電路圖）；6、 總電路設計（總電路圖）；7、 安裝、調試步驟；8、 故障分析與電路改進；9、 總結與設計調試體會；10、 附錄（元器件清單）；11、 參考文獻；12、 課程設計成績評分表。進 度 安 排 第一周 星期一 上午 安排任務、講課。 星期一 下午- 星期二 下午 查資料、設計星期三開始1、 計算機仿真2、 測試元器件3、 調試單元電路4、 調試總電路第二周 星期三星期四 1、 調試驗收2、 寫課程設計報告書 星期五 答辯地 點：實驗樓四樓 電子綜合實驗室參 考 文 獻 電子技術課程設計歷雅萍、易映萍

4、編電子技術課程設計指導 彭介華、主編 高等教育出版社 電子線路設計、實驗、測試 謝自美主編華中理工出版社。 目錄第一章 設計總體思路1第二章 單元電路設計與分析22.1 電路所用元件簡介22.2 各功能模塊介紹7第三章 總電路設計13第四章 電路安裝與調試144.1 電路安裝144.2 電路調試15第五章 故障分析與電路改進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 總結與設計調試體會17附錄19參考文獻19課程設計評分表20 第一章 總體設計思路 此次設計的是一個簡易順序控制器，我們需要設計一個步驟計數(shù)模塊、一個倒數(shù)計時模塊、一個預置數(shù)邏輯模

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

6、循環(huán)幾次后整個電路停止工作。設計總體框圖如圖一所示： 顯示顯示譯碼/驅動譯碼/驅動 2位倒計時計數(shù)器脈沖步驟計數(shù)器 借位 預置數(shù)邏輯 第二章 單元電路設計與分析2.1 電路所用元件簡介2.1.1 74LS160 十進制計數(shù)器（1）74LS160的引腳圖 CLR: 置零端 CLK:時鐘信號端 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:進位端 LOAD：置數(shù)端（2） 74LS160十進制計數(shù)器的功能表： 它的主要功能為：異步清除：當CLR=0時，無論有無CLK，計數(shù)器立即清零，QD-QA均為0。同步預置：當LOAD=0時，

7、在時鐘脈沖上升沿的作用下，QD=D，QC=C，QB=B，QA=A。當使能端ENP=ENT=1時，并有脈沖上升沿作用，計數(shù)器計數(shù)。鎖存：當使能端ENP=0或ENT=0時，計數(shù)器禁止計數(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，當其中一個為低電平，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，滅燈輸入（BI）必須開始時保持高電平。如果不滅，則動態(tài)滅燈輸入（RBI）必須開路或為高電平。 將一低電平直接加于滅燈輸入（BI）時，則不管其他輸入為任何電平，所有各段輸出都關閉。 當動態(tài)滅燈輸入/動態(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，所有各段輸出都關閉并且動態(tài)滅燈輸出（RBO）處于低電平（響應條件）。 當滅燈輸入/動態(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，則所有各段都開通。 BI/RBO是線與邏輯，作滅燈輸入（BI）或動態(tài)滅燈（RBO）之用，或兩者兼用。2.1.4 74LS192雙時鐘集成十進制同步可逆計數(shù)器（1）、74LS192引腳圖 UP:低電平加法計數(shù) DOWN:高電平減法計數(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××××    加計數(shù)0 1 1 ××××    減計數(shù)74192是同步十進制可逆計數(shù)器，具有雙時鐘和可預置功能。當清除端CLR=1時，無論有無計數(shù)脈沖，QD-Q

12、A均為O，即為異步清除。當置數(shù)端LOAD=0時，無論有無計數(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DOWN=1，計數(shù)脈沖從UP送入，則在CP上升沿的作用下，計數(shù)器進行加計數(shù)，加到9后，進位輸出端CO=0.當UP=1，計數(shù)脈沖從DOWN送入，則在CP上升沿的作用下，計數(shù)器進行減計數(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，我們通過十進制計數(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進制，從而實現(xiàn)了步驟自加和循環(huán)。160的CLK則是由兩片192的借位端 BO同時為0時給出的信號，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)計時顯示單元通過兩片十進制減法器74192來實現(xiàn)，兩個數(shù)碼顯示管顯示工序倒計時，當?shù)臀粶p為零時，再給高位192一個脈沖，高位實現(xiàn)減一。當高位和低位都減到0時，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數(shù)器74160輸出端QA、QB、QC相連，控制整個順序控制器的步驟計數(shù)。發(fā)光二極管對應與74138的6個輸出端相連，使順序控制器每運行一步就有對應的一個二極管發(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置入工序所需時間，分別將輸出接入兩片74192輸入端,完成5個步驟的不同置數(shù)，由于160每個步驟的輸出不同，經(jīng)過此組合電路后每次的輸出也就不同，根據(jù)設計要求把它設計為我們需要的數(shù)據(jù)，完成每個步驟的進行。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的邏輯表達式D0=m3+m5 D1=m2+m4D2=Y4+Y6=m1+m2+m5 D4=m3+m42.2.4 模塊五（功能擴展）控制總循環(huán)次數(shù)控制電路的總循環(huán)次數(shù)，74ls160步驟計數(shù)器每循環(huán)到1則給控制總循環(huán)次數(shù)的74ls160一個脈沖，160就會計數(shù)。當160計數(shù)到指定數(shù)字時，通過一個與非門再和脈沖相與，將輸出接到低位192的DOWN?？刂屏苏麄€電路停止工作。模塊電路圖如圖七所示: 第三章 總電路設計總電路圖如圖八所示： 圖八第四

16、章 電路安裝與調試4.1電路安裝 我們是根據(jù)我的設計思路來接線, 分步安裝調試檢查電路.因為這樣不僅比較簡單,而且便于在安裝完后檢查調試電路，容易找出問題在哪。首先我們要檢測各個芯片及導線，確認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。合理的布局會為以后的接線帶來很大的方便。 我先接步驟計數(shù)器這個單元，按照設計圖把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)計數(shù)。接著我們開始安裝倒計時部分。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。我們先手動置入一個數(shù)，看能否循環(huán)遞減。成功后再做后面的步驟。然后接線預置數(shù)邏輯，將步驟計數(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的2片192的輸入端，完成預置數(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 電路調試 把經(jīng)過準確測量的元件接好電路

18、。打開電源，調試、驗證電路是否符合要求，調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間來完成。接線時我們按照一個一個模塊接，連完一個模塊后測試一個模塊，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系，可以即時發(fā)現(xiàn)已經(jīng)損壞的元器件，判斷電路工作情況，并及時調整電路參數(shù)，是電路工作狀態(tài)符合設計要求。第五章 故障分析與電路改進5.1 常見的故障現(xiàn)象在本次課程設計中常見的故障現(xiàn)象：（1）192不能倒計時（2）顯示器不能正常顯示（3）通過138譯碼器出來置給倒計時時間不正確（4）計數(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。本實驗產(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）導線插孔接錯。這個問題也很常見，但是最容易解決和查找出來。因為面板上插孔過多以及導線錯綜復雜的問題，我們很容易會吧導線接錯位置。（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，

20、可將此電路與工作狀態(tài)相同的正常電路的參數(shù)進行一一對比，從中找到電路的不正常情況，進而分析故障原因，判斷故障點。3.部件替換法：有時故障比較隱蔽，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部件，以縮小故障范圍。 第六章 總結與設計調試體會 為期兩個星期的課程設計，我感覺學到了不少的東西。由于以前學的都是理論知識，動手實踐操作的很少。而我們這次的設計就是要求我們要理論與實踐相結合，并且更加注重實踐。這對我來說是學習，更是挑戰(zhàn)。因為我知道，這不僅能鞏固以前學的知識，更能提高我的動手能力。剛看到老師給我們這組的課題時，我覺得無從下手，腦子一片空白。幸好有

21、周老師的指導，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)，有了點眉目，然后我從圖書館借了幾本相關的資料，逐漸搞清楚了各部分的關聯(lián)，然后慢慢的一部分一部分的設計。準備動手畫電路圖時對于Multisim這個軟件并不太熟悉，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，發(fā)現(xiàn)仿真結果完全不正確。這讓我感到非常疑惑，因為我是按照思路一步一步畫的，一個單元不成功，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誤

22、。在沒有結果下，我查閱了大量資料，終于找出了原因。就這樣，一個單元一個單元做，一步步的改錯。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，那時的喜悅只有自己能感受。 準備接線時，我感覺很自信，我相信3、4個小時就能搞定，但是實際接線測試時我們遇到了更多問題，情況也更復雜。一開始我們信心滿滿的接倒計時模塊，我們很仔細的接線，但測試結果卻是顯示器閃爍，無數(shù)字，無倒計時。我們很納悶，接線應該沒錯，我們想會不會顯示器管腳接反，反過來后還是錯誤。實在沒找出問題，我們決定拆了先檢查各個芯片的好壞。皇天不負有些人，檢查各芯片雖然花了不少時間，但是我們檢查出一個74LS32或門損壞，之前的問題頓時迎刃而解，換了一個芯片后，果然成