毕业设计 游乐场“空中飞椅”控制电路电子课程设计

1、电 子 课 程 设 计 游乐场“空中飞椅”控制电路 学院：电子信息工程学院 专业、班级：自动化121501班 姓名： 学号： 指导老师：任青莲 2014年12月20目 录一、设计任务与要求3二、总体框图32.1、模块说明32.2、设计思路4三、选择器件43.1、实验所需原件43.2、器件说明4四、功能模块104.1、脉冲模块104.2、计时模块114.3、水平位移模块124.4、竖直位移及最后10秒亮灯提示模块12五、总体设计电路图135.1、总体电路原理图135.2、multism仿真结果145.3、硬件实验17六、课程设计心得体会18游乐场“空中飞椅”控制电路一、设计任务与要求本设计内容仅

2、考虑如何实现对“空中飞椅”的控制，其电动装置不在设计之列。综合要求，设计任务如下： 控制飞椅在空中飞行时间仅为五分钟（即300秒）；1. 0100秒飞椅正方向旋转；100200秒，飞椅反方向旋转；200300秒飞椅再次正方向旋转； 在竖直方向上，实现有纵向位移，即：020秒，无纵向位移；20秒40秒，有纵向位移；40秒60秒，无纵向位移，60秒80秒，有纵向位移，以此类推； 在五分钟里的最后10秒有灯光提示游客，游戏即将结束； 游戏结束，封锁电路，飞椅停止旋转。二、总体框图 2.1模块说明（1）脉冲模块：脉冲模块是由定时器555组成多谐振荡器而构成的，可以产生一定频率的脉冲。（2）计时模块：计

3、时模块是由三个74ls160芯片组合而成的三百进制计数器。（3）正反方向旋转模块：此模块是进行水平位移的控制，其核心芯片是74ls138。（4）纵向位移模块：主要是一个74ls160芯片组合。（5）10秒倒计时模块：由4个74ls08芯片和2个74ls04芯片组成。2.2设计思路 计时模块：首先需要设计一个三百进制的计时电路。该电路在计数300时进行封锁，使电路不再工作。而要使电路重新工作，必须设置清零端。时钟信号选择50赫兹，所以此计时电路具有异步清零功能。 正反方向旋转控制模块：该电路主要功能是进行选择，即选择正向旋转或是反向旋转。所以其核心器件应该是74ls138，即三线八线译码器。在选

4、择时，正向旋转我们用x1表示，反向旋转用灯x2表示，当电路不再工作时，灯x1、x2均处于熄灭状态。 纵向位移控制模块：该部分电路应从计时部分电路考虑，即20秒就会出现一次变化，有纵向位移时，我们用灯x3来表示，每隔20秒，灯x3就会亮或灭一次，持续时间为20秒。 最后10倒计时控制模块：因为电路又与时间有关系，所以要看计时电路的选择。提示游客的灯用x4来表示。 脉冲模块：脉冲模块是由定时器555组成多谐振荡器而构成的，产生的频率由公式：f=1/0.69(r1+2r2)c1计算而得。三、选择器件 3.1实验所需原件表1 实验所需元器件表器件型号数量十进制计数器74ls1603三线八线译码器74l

5、s1381二输入与门74ls084非门74ls046与非门74ls002信号发生器xfg11单刀双掷开关13.2器件说明（1） 74ls160的逻辑符号 图1 74ls160的逻辑符号表2 74ls160逻辑功能表清零预置使能时钟预置数据输入输出工作模式clrloadenp entcpd3 d2 d1 d0q3 q2 q1 q00 0 0 0 0异步清零10 d3 d2 d1 d0d3 d2 d1 d0同步清零110 保 持数据保持11 0 保 持数据保持111 1 保 持加法计数160是十进制计数器，内部原理图如图2所示。 图2 160是十进制计数器，内部原理74ls160逻辑功能描述如下：

6、 同步可预置数4位十进制加法计数器74ls160具有异步清零端，它具有数据输入端a、b、c和d，同步置数端，异步清除端和计数控制端ent和enp，为方便级联，设置了进位输出端rco。当异步清零端=0时异步清零，当置数端=0，=1，cp脉冲上升沿时预置数。当=ent=enp=1时，电路工作在计数状态。当计数器计数值为9时，进位端rco输出一个与端高电平部分相同宽度的高电平。详细功能如表2所示。（2） 74ls138逻辑符号 图3 74ls138逻辑符号 表3 74ls138功能表74ls138内部原理图如图4所示。图4 74ls138内部原理74ls138逻辑功能描述如下： 当一个选通端（g1）

7、为高电平，另两个选通端（/(g2a)和/(g2b)）为低电平时，可将地址端（a、b、c）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。 利用 g1、/(g2a)和/(g2b)可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。 若将选通端中的一个作为数据输入端时，74ls138还可作数据分配器用与非门组成的3线-8线译码器74ls138。（3）二输入与门74ls08d最简单的与门可以用二极管和电阻组成。74ls08是四组二输入端的与门。其内部原理图如图5所示。 74ls08d逻辑辑符号如图5所示。 图5 74ls08d逻辑辑符号 图6 74ls08内部原理 74ls08

8、d逻辑功能表如表4所示。 表3 逻辑功能表 1a1b1y2a2b2y3a3b3y4a4b4y00000000000001001001001010010010010011111111111174ls08d逻辑功能描述如下： 当两个输入端a=0，b=0时，输出端y为低电平0，即y=0； 当两个输入端a=0，b=1时，输出端y为低电平0，即y=0； 当两个输入端a=1，b=0时，输出端y为低电平0，即y=0； 当两个输入端a=1，b=1时，输出端y为低电平1，即y=1；1、即只要两个输入端a、b的输入电平有一个是低电平0，输出端y即为低电平0；只有a、b的输入电平全为1，输出端y才为高电平1。（4）

9、非门74ls04非门74ls04功能表如表5所示。 非门74ls04逻辑符号如图7所示。 图7 74ls04逻辑符号表4 非门功能表 逻辑函数式y=a（5）与非门74ls00非门74ls00逻辑符号 图 8 非门74ls00逻辑符号74ls00是四2输入与非门，其逻辑功能表如表5所示。表5 74ls00逻辑功能表aby001011101110 74ls00内部原理图如图8所示。74ls00管脚图如图9所示。 图9 74l00管脚 _ _ 74ls00的逻辑功能表达式： y=a b四、功能模块 （1）脉冲模块，如图10所示 图10 脉冲模块 脉冲模块是由定时器555组成多谐振荡器而构成的，产生的

10、频率由公式：f=1/0.69(r1+2r2)c1计算而得。当r1=3k，r2=5k，c1=1uf时，f=111hz。（2）计时模块，如图11所示 图11 计时模块 图示计时器是由三个74ls160芯片组合而成，置数端均接接高电平，输入均接地，呈低电平。第一个74ls160芯片的进位输出端接第二个芯片的时钟端，第二个芯片的仅为输出端接第三芯片的时钟端，这样就可以实现十进制的计数，因为时间设计为300秒，所以在计数299秒时，要进行信号封锁，使游戏结束。在第三个芯片的输出端qa qb 刚好为高电平时，及时要封锁信号，所以引出信号到74ls00与非门，这样信号为0，呈低电平。降低电平信号输到各个74

11、ls160芯片的ext exp使能端，进行信号封锁。 为了使计时器能够进行第二次的工作计数，必须设置异步清零端，即单刀双掷开关j2，当开关搬向下时，电路清零端为高电平，可以正常计时，当开关搬向上时，进行清零，使计时装置回到初始状态。（3）水平位移模块，如图12所示。 图12 水平位移模块 此模块是进行水平位移的控制。其核心芯片是74ls138。因为水平唯一的控制为整百控制，所以将74ls138的输入端a、 b接计时器百位的相应输出。用74ls138来选择输出，因为输出是低电平，所以需要接上非门变为高电平。（4）竖直位移及最后10秒亮灯提示模块图13 竖直位移及最后10秒亮灯模块在竖直方向上有位

12、移且动作时间为20秒，我们只需要从第二个74ls160芯片qb输出端接出引线即可。对于最后10秒亮灯电路，当第二个芯片出现1001时，并且第三个芯片出现0010，这时灯才会亮，持续时间为10秒。所以我们需要用与门和非门进行连接，具体连接如上图。五、总体设计电路图5.1总体电路原理图 图14 总体电路原理 整个电路由脉冲模块、计时模块、正反方向旋转控制模块、纵向位移控制模块、最后10倒计时控制模块等五个模块组成，由脉冲模块产生100hz至200hz左右的脉冲。脉冲信号持续不断地给了个位计数器（第一块74ls160芯片）后，个位计数器开始计时。当个位计数器计数到9时，rco输出端会输出一个高电平给

13、十位计数器，当下一个脉冲来时，个位计数器计数为0，而十位计数器则收到一个上升沿脉冲所以开始计数为1。百位计数器的计数原理同理。当计数到前100秒时，第三个74ls160芯片的qa和qb输出端都输出0，将这个信息通过74ls00、74ls138和74ls04后，把信号转换成为高电平使右上角的小灯亮，即代表前100秒内飞椅正方向旋转。当计数到200秒到300秒之间时，同理，右上角的小灯亮会持续亮100秒代表飞椅正方向旋转。第二个74ls160芯片的qb输出端连着左下角的小灯，而第二个160芯片是十位计数器，qb端输出高低电平的规律就是前20秒为低电平，20到40秒输出高电平，40到60秒又输出低电

14、平以此类推。所以左下角的小灯就是前20秒不亮，后20秒亮以此类推。最后右下角的小灯是在最后10秒的时候开始亮10秒，即从290秒亮到300秒。实现这个功能即第二个160芯片的输出为1001而第三个160芯片的输出为0010时即可实现，所以将第二个和第三个160芯片的这两个信号通过4个与门和2个非门就可以使右下角的小灯从290秒开始亮到300秒。最后到300时，即第三个160芯片输出为0011时，通过一个与非门把这个信号转换为低电平信号同时输入到三个160芯片的enp和ent端，时三个160芯片都处在保持的功能，即整个计时模块停止计时。之后通过左上角的开关使三个160芯片的clk端接地使三个芯片

15、异步清零，即计数器清零。5.2multism的仿真结果 （1）前100秒内，飞椅正方向旋转，即右上方的红色小灯持续亮100秒。且0到20秒内没有竖直方向的纵向位移，即0到20秒内左下角的小灯不亮。图15 仿真结果1（2） 前100秒内，飞椅正方向旋转，即右上方的红色小灯持续亮100秒，但20到40秒内有竖直方向的纵向位移，即20到40秒内左下角的小灯持续亮20秒。图16 仿真结果2（3）100秒到200秒内，飞椅反方向旋转，即右上方的蓝色小灯持续亮100秒。且100秒到120秒内没有竖直方向的纵向位移，即100到120秒内左下角的小灯不亮。图17 仿真结果3（4）100秒到200秒内，飞椅又正

16、方向旋转，即右上方的红色小灯持续亮100秒。但120秒到140秒内有竖直方向的纵向位移，即120到140秒内左下角的小灯持续亮20秒。图18 仿真结果4（5）200秒到300秒内的情况和前100秒内的情况相同，即飞椅正方向旋转，且右上方的红色小灯持续亮100秒。在竖直方向上，020秒，飞椅无纵向位移；20秒40秒，有纵向位移；40秒60秒，无纵向位移，60秒80秒，有纵向位移，以此类推。但最后的10秒钟，即290秒到300秒时有灯光提示游客，游戏即将结束，即右下角的红色小灯持续亮10秒。图19 仿真结果55.3硬件实验，如图20 图20 硬件的实验我计划所做的是实现300秒内用三个小灯表示飞椅正方向旋转、反向旋转和有纵向位移的功能，所以我拿了3个74ls160，1个74ls138，1个74ls08，1个74ls04，和1个74ls00。硬件连线图中，实现了个位和十位的显示还有555脉冲的发出。一开始连好所有的芯片和导线后，能正常显示个位、十位和百位的显示，但是用与非门的功能没有实现，即计时并不是在300秒以内及时，而是1000秒以内及时，检查了几遍后无法实现就决定重新试一次。第二次做时，刚把十位的计数器检验完后就马上要到12点了，所以就只拍下了最后的这张照片。六、课程设计心得 通过这两个周也就