数字电子技术课程设计-顺序控制器.doc

湖南工程学院课 程 设 计课程名称 数 字 电 子 技 术 课题名称 顺序控制器 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学 号 姓 名 指导教师 2009 年 1 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： 电气工 班 学生姓名： 学号： 指导老师： 审 批：任务书下达日期 2009 年10月 26 日设计完成日期 2009 年11月 11 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五步，第一步 5 秒，第二步 5 秒，第三步为 10秒，第四步为 10 秒，第五步为 20 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。目 录第1章 设计总体思路和框图61.1 设计总体思路:61.2.框图:7第2章 单元电路设计（各单元电路图）72.1倒计时显示模块72.2加工步数与显示模块112. 3数据选择模块.12第3章总电路设计（总电路图）13第4章 安装、调试步骤14第5章 故障分析与电路改进15第6章 总结与设计调试体会16第7章 附录18第8章 参考文献19第1章 设计总体思路和框图1.1 设 计 总 体 思 路:当秒脉冲进入秒个位的cpd 时（cpu =1），根据其功能开始由9倒计时，当由9走到0时，秒个位的 端输出个0，两块74ls192进行集联，将秒个位的 作为秒十位cpd（cpu =1） 的脉冲输入，秒个位每进行一次循环就向高位秒十位输入一个脉冲，高位就减1（如果秒十位大于等于1），如果秒十位是0，当秒个位每循环一次，两块级联的74ls192就向74ls160送入一个脉冲，这时显示步数的数码管显示的数值就加1，进行下一步的计数，直到进行第5步，如此循环往复。对于两块74ls192的预置数问题则用四个74ls151八选一数据选择器来实现初始置数。每个数据选择器的输出连到相应的74ls192的输入端以获得每一步所需置的数，同时数据选择器的数据输入端a、b、c与74ls160的输出端qa、qb、qc对应相连以实现两块级联的74ls192的初始置数与74ls160显示的步数保持一致。然后再通过一些门电路的控制即可实现74ls192的初始置数走到00时向74ls160输入一个脉冲而进行下一步的倒计时计数，从而完成任务设计要求。1.2 框 图:脉冲2位倒计时计数器数据选择器步骤计时器译码/驱动译码/驱动显示显示第2章 单元电路设计（各单元电路图）2.1 倒 计 时 显 示 模 块由2片led四段显示器组成显示模块，用来显示从计数器输出端送来的数据。计数模块由2个十进制计数器集成芯片（74ls192）组成，它们之间是通过bo端进行借位的，从低位到高位一级一级的借位，使显示器从计数器集成芯片每个步骤所置的数循环显示。计数个位的192脉冲由外信号控制，十位的脉冲由个位的192芯片借位端bo提供。74ls192的外部引脚图如下：74ls192的功能表如下：图中：load为置数端，up为加计数端，down为减计数端，co为非同步进位输出端，bo为非同步借位输出端，a、b、c、d为计数器输入端，clr为清除端，q0、q1、q2、q3为数据输出端。计数器的级连使用一个十进制计数器只能显示09十个数，为了扩大计数器范围，常用多个十进制计数器级连使用。同步计数器往往设有进位（或借位）输出端，故可选用其进位（或借位）输出信号来驱动下一级计数器。下图是由74ls192利用进位输出控制高一位的加计数端构成的加数级连示意图：倒计时与显示模块的单元电路图如下图所示：2.2 加 工 步 数 显 示 模 块加工步数与显示模块的单元电路图如下图所示：74ls160是ttl集成同步十进制计数器，它的主要功能为：异步清除：当cr的非为低电平时，不论有无cp，计数器立即清零，输出端q3-q0均为0，称为异步清零；同步预置：当ld的非为低电平，mr的非为高电平时，在时钟信号cp上升沿的作用下，使得输出端q3-q0的状态与输入端p3-p0的状态一致，即q3=p3,q2=p2,q1=p1,q0=p0；同步计数：当使能端cet的非和cep的非都为高电平时，在时钟信号上升沿作用下开始计数；2.3 数 据 选 择 模 块数据选择模块如下图所示: 74151 是具有8选1逻辑功能的ttl集成数据选择器。根据逻辑图可得输出逻辑表达式 可见，输出函数是输入最小项与对应输入数据乘积之逻辑和。 第3章总电路设计（总电路图） 第4章 安装、调试步骤把各芯片安到面板上，合理布局芯片。合理的布局会为以后的接线带来很大的方便。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再检查的话可能比较麻烦，改线路也可能因为线多而又要重接，所以我们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器件和工具箱是否可用。 先观察面板和实验箱的相关器件是否完善，仪器的好坏直接决定了实习的功败垂成。然后再观察它们的构造，因为比较熟悉其构造和功能，才能使以后的操作更加迅捷。 检测各个芯片及导线，只有好的芯片和导线才有可能实现其功能。如果是坏的芯片或导线，设计的再好的电路也不可能实现功能，所以不要小看这个步骤，这了。按照已经设计好的电路图接线，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，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，则对该模块的上级模块进行检查。直到检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，如果没错，那么就成功了。第5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我们遇到了常见的几个故障现象：（1）显示管显示不正确；（2）led显示顺序错误；（3）不能正确置数。5.2 产生故障的主要原因及解决方法产生故障的原因很多，情况也很复杂，故障可以是由于一种原因产生的也可能是由于多方面的因素导致线路产生了故障。在这里我就我们小组所遇到的困难分析原因及提出解决方法：（1）显示管显示不正确原因及解决方法：1导线接触不好，这个原因在我们这个小组最明显，我们不得不反复检查线路，反复接线。2芯片损坏。在使用的时候由于短路造成芯片损坏，换了一个芯片就可以了。3接线错误。改成正确的接线。（2）led显示顺序错误原因及解决方法：1发光二极管接线顺序错误。按照电路图重新接线（3）不能正确置数 原因及解决方法：1置数模块线路接触不良。一个一个排查导线和插槽。2被置数的192芯片没有收到置数信号。重新接线，确保接触良好。第6章 总结与设计调试体会刚刚接触到课程设计的时候本来以为是老师们一边上课一边知道我们进行课程设计，想着只要按照老师的要求和知道一步一步来就没什么问题了，但是接触到课程设计的时候才知道原来设计是完全靠自己自由发挥的，不过现在我更加感谢课程设计是这么一个可以让我们自由发挥的舞台，因为在这说长不长说短不短的两周时间里我重新拾起了很多以前忘记的知识，现在想起来发现原来我们学习的很多东西都是互相联系的，并且与实际也密切相关，在课程设计当中我有因为成功开心过，也曾因为电路试验失败而沮丧过，但是在操作过程中我真正感觉到了课程设计的魅力。 在课程设计过程中，我经常想着一个电路难题不知不觉就过去了几个小时，没解决的时候感觉到非常的困扰，但是在想通后也更加高兴，我时常提醒自己做电路时要十分仔细，不能放过任何一个细节和小问题，任何成功的电路都是从一点一点的错误总结出来的。但是要想真正接好一个电路，我们不能一上来就接线，首先要明白我们设计的主要功能是什么，通过什么芯片以什么方式来实现，还要想清楚在实际过程中可能会遇到些什么问题。根据老师的要求，我们组划分了3个模块，分别是倒计时模块、置数模块以及步骤显示模块。在这3个模块中，最让我们组费神的是置数模块。怎样才能使第1、2步显示5秒，3、4步10秒，5步20秒这个问题成为了整个电路的关键。后来的想法经过我们讨论，决定用74151数据选择器输出0001到1010 五个2进制码，然后通过门电路来实现对十位的192计数器的置数。事实也证明我们是可行的，在弄清楚这个问题后我们后面的工作也就如鱼得水了。可是当我们满以为一切都没问题的时候我们又发现了一个重大的问题，一块十几厘米见方的电板上密密麻麻的布满了插线孔。十多个块芯片插在板子上后，很多条细线摆在眼前都不知道哪个孔哪个芯片接的是哪根线。当我们第一次接好线路试电的时候，没有成功我们看着那密密麻麻的线路想着又要重新接过还不知道下次是不是能成功，我们几次都想放弃，但是我们还是静下心来，我们能够接好的，我们再检查一下线路一定能够查出原因，后面我们也越来越有信心了。当我们看着线路一次比一次正确，我们组人的心里都有了一中很强的成就感，虽然最后由于种种原因有一小部分功能不能实现，但是这并不能掩盖我们在这两周时间里的收获，从设计到动手，从难点到解决，我们一步一步让自己充实，让我们自已感觉到自己没错，在这过程中我们也学会了团的力量，从各个模块的分工到工具箱的轮番接线再到一起在寝室解决难点，我们学到了团队、信心和耐心。感谢我的合作伙伴，感谢学校给我们提供了这样一个自由的时间舞台，最重要的是要感谢老师给我们的细心辅导，谢谢！第7章 附录元器件清单芯片数量74l1514个74l1601个74l1922个74ls001个74ls021个74ls041个74ls112个接线板1个实验箱1个导线若干数码显示管 3个第8章 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