电梯控制电路设计

电子技术课程设计

电子技术

课程设计

成绩评定表

设计课题：电梯控制电路设计

学院名称：

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：

设计地点：31-225

设计时间：2014-7-7～2014-7-14

指导教师意见：

成绩:

签名：年月日

单片机原理与接口技术课程设计

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89

电子技术

课程设计

课程设计名称：电梯控制电路设计

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：

课程设计地点：

课程设计时间：2014-7-7～2014-7-14

电子技术课程设计任务书

学生姓名

专业班级

学号

题目

电梯控制电路设计

课题性质

工程设计

课题来源

自拟

指导教师

刘林芝

主要内容

（参数）

设计一个简易4层电梯控制电路，具体指标如下：

（1）观察电梯的工作过程，描述出所设计电梯控制电路的逻辑功能。

（2）电梯升降一层所需时间可自行设计。

（3）能记忆电梯内、外的所有请求信号，并按照电梯运行规则按顺序响应，每个信号保留至执行后消失。

任务要求

（进度）

第1-2天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。

第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。

第5-6天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。

主要参考

资料

[1]康华光．电子技术基础（模拟部分）（第5版）[M]．北京：高等教育出版社，2004

[2]阎石．数字电子技术基础（第5版）[M]．北京：高等教育出版社，2006

[3]陈光明.电子技术书课程设计与综合实训[M]．北京航空航天出版社.2007

审查意见

系（教研室）主任签字：年月日

目录

一．课程设计目的 5

二.课程设计的内容及要求 5

2.1课程设计内容 5

2.2课程设计要求 5

三.正文部分 7

3.1按键控制模块7

3.1.1目标楼层号按钮编码电路 7

3.1.2比较制动电路10

3.1.3与逻辑起动控制.11

3.2数码管显示模块 12

3.2.1显示译码器组成电路如下 12

3.2.2

CD4510（可逆计数器）组成电路 16

3.3脉冲发生器模块 17

3.3.1、0.2S脉冲发生器 17

3.3.2、6S脉冲发生器 18

3.4、LED滚动显示模块 19

3.4.1、LED显示电路译码器 19

3.4.2三位二进制可逆计数器 20

3.4.3、LED显示器 22

3.5原理图 23

四.设计总结 23

附录1.整体电路图 24

电梯控制电路设计

一、课程设计目的：

通过本课程设计，使学生加强对电子技术课程内容的理解和掌握，学会使用半导体元件和集成电路，掌握电子电路的基本分析方法和设计方法，进一步提高分析解决实际问题的综合能力。

二、课程设计的内容及要求：

2.1课程设计内容：

设计集中控制电梯的控制、信号显示电路

2.2课程设计要求：

基本技术要求:

(1)设计模拟位移传感器信号的脉冲发生器,脉冲周期为6秒;

(2)设计由模拟位移传感器信号的脉冲发生器驱动的楼层号数码管显示电路,设置楼层号0~7号(0号为地下室);

(3)设计LED滚动箭头方向显示电路;

(4)设计电梯集中控制电路,要求具有以下功能：

①采用起动键和楼层号键实现起动控制（两种键均按下时电梯起动）；

②电梯起动后LED滚动箭头方向显示电路开始按图5（A）或图5（B）从起始状态工作，循环周期为1.6秒（每个图案显示0.2秒）。当电梯停止时，要求复位起始状态；

③电梯运行时，楼层号数码管显示电路在电梯到达某层时（对应模拟位移传感器信号的脉冲发生器输出的下降沿）显示该层楼号；

④电梯运行至目标楼层时，电梯自动停止；

图5（A）上行方向循环显示

图5（B）下行方向循环显示

目标楼层号

按钮编码电路

与逻辑动控制

比较制动电路

按钮起动控制

模拟位移传感器

信号脉冲发生器

M进制可逆计数器

显示译码器

（楼层号显示）

数码管显示器

脉冲发生器

N进制可逆计数器

显示译码器

（方向箭头移动显示）LED显示器

标志输出

制动信号

（A=B）

A=B

保持

CR有效

A=B时置0

CR有效

CR有效

方向信号

复位

图6

参考电路原理框图

三、正文部分

3.1按键控制模块

3.1.1目标楼层号按钮编码电路

器件组成：74148（8—3编码器），八个限流电阻，八个开关。

74148是一个八线-三线优先级编码器。

如图所示的是八线-三线编码器74148的惯用符号及管脚图引脚图。

74148优先编码器为16脚的集成芯片，除电源脚VCC(16)和GND(8)外，其余输入、输出脚的作用和脚号如图中所标。其中I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE是使能输入端，OE是使能输出端，GS为片优先编码输出端。

由74148真值表可列输出逻辑方程为

A2

=

(I4+I5+I6+I7)IE

A1

=

(I2I4I5+I3I4I5+I6+7)·IE

A0

=

(I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7)·IE

使能输出端OE的逻辑方程为：

OE

=I0·I1·I2·I3·I4·I5·67·IE

当使能输入IE=1时，禁止编码、输出(反码)：

A2,A1,A0为全1(如表第一行所示)。

当使能输入IE=0时，允许编码，在I0～I7输入中，输入I7优先级最高，其余依次为：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等级排列。

OE为使能输出端，它只在允许编码(IE=0)，

而本片又没有编码输入时为0（如表中第二行所示)。

扩展片优先编码输出端GS的逻辑方程为：

GS

=

(I0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7)·IE

GS为片优先编码输出端，作为与逻辑起动控制的一个输入控制信号，它在允许编码(IE=0)，且有编码输入信号时为0(如表中第三至第十行)；若允许编码而无编码输入信号时为1(如表第二行)；在不允许编码(IE=1)时，它也为1(如表第一行)。

GS

=

0表示“电路工作，而且有编码输入”

功能表如下（74148优先编码器真值表）:

输入

输出

IE

I0

I1

I2

I3

I4

I5

I6

I7

A2

A1

A0

GS

OI

1

X

X

X

X

X

X

X

X

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

X

X

X

X

X

X

X

0

0

0

0

0

1

0

X

X

X

X

X

X

0

1

0

0

1

0

1

0

X

X

X

X

X

0

1

0

1

0

0

X

X

X

X

0

1

0

1

1

0

X

X

X

0

1

1

0

0

0

X

X

0

1

1

0

1

0

X

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

3.1.2比较制动电路

器件组成:CD4585

功能说明：CD4585为四位数值比较器，输入端十号接A0，七号接A1，二号接A2，十五号接A3。A0、A1、A2、A3分别接八进制可逆计数器的输出端。输入端十一号接B0，九号接B1，一号接B2，十四号接B3。B0、B1、B2分别接编码器的输出端，B3接地。A与B进行比较，输出端F（A>B）作为与三位二进制可逆计数器中的异或门控制输入端，F（A=B）通过与非门与上述起动控制中的与门相连作为制动信号。当A=B时使八进制可逆计数器停止计数并保持。脉冲发生器的清零端有效，停止产生脉冲并保持。三位可逆计数器复位。输出端（A>B）（A<B）作为方向信号控制八进制可逆计数器、三位二进制可逆计数器，使其实现加计数和减计数。为了输出F（A=B）的输出控制信号，应使输入端的A<B接地，A>B，A=B接高电平。

电路图如下：

补充说明：CD4585是四位数字比较器，可比较他的两个输入，比较后在A>B，A=B，A<B这三个输出端输出，输入形式可以是二进制，也可以是BCD码。

3.1.3与逻辑起动控制

器件组成：CD4073（三3与门）、CD4069（六反相器）、开关、限流电阻。

功能说明：按钮起动控制、编码电路输出标示GS有效与比较制动电路A=B不成立，三者均满足时，与逻辑起动控制输出为高电平，控制D触发器构成的三位二进制可逆计数器的清零端，和555定时器组成的0.2S和6S周期脉冲发生器的清零端。

当此与逻辑起动控制的输出为高电平时，脉冲发生器产生正常脉冲，三位二进制可逆计数器正常计数。

当此与逻辑起动控制的输出为高电平时，脉冲发生器产生正常脉冲，三位二进制可逆计数器正常计数。

当此与逻辑起动控制的输出为低电平时，脉冲发生器停止产生脉冲，并保持，三位二进制可逆计数器停止计数，并保持。

开关闭合为高电平有效。

电路图如下：

3.2数码管显示模块

3.2.1显示译码器组成电路如下：

组成器件：CD4511显示译码器、

LED（数码管）显示器

CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码——七段码译码器，特点是：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。

CD4511芯片图及引脚如下：

图3-2CD4511的引脚图

CD4511引脚功能：

BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0

时，不管其它输入端状态是怎么样的，七段数码管都会处于消隐也就是不显示的状态。

LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。

LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

LT：3脚是测试信号的输入端，当BI=1，LT=0

时，译码输出全为1，不管输入

DCBA

状态如何，七段均发亮全部显示。它主要用来检测数7段码管是否有物理损坏。

A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。

b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。CD4511的里面有上拉电阻，可直接或者接一个电阻与七段数码管接口。

CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反向器作输出级，通常用以驱动LED。

其引脚图如上图所示。

各引脚名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D。5、4、3分别表示LE、BI、LT。

13、12、11、10、9、15、14分别表示a、b、c、d、e、f、g。左边引脚表示输入，右边引脚表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是接地和VDD.

CD4511的工作原理

1.CD4511的真值表如下表所示

2.译码器:CD4511译码器用两级或非门担任，为了简化电路先用二输入端与非门对输入数据B、C进行组合，得出00、01、10、11（用二进制对B、C编码）四项，然后将输入的数据A、D一起用或非门译码。

3.锁存功能:译码器的锁存电路由传输门和反向器组成，传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。

当LE为低电平导通时，TG2截止；当LE为高电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。

4.消隐:BI为消隐功能端，该端施加低电平后，迫使七段数码管均处于熄灭状态，不显示数字，即字形消隐。

消隐输出J=(B+C)D+BI。如不考虑消隐BI项，便得J=(B+C)D。根据上式，当输入BCD代码从1010——1111时，J端都为高电平，从而使显示器中的字形消隐。

输入

输出

LE

BI

LI

D

C

B

A

a

b

c

d

e

f

g

显示

X

X

0

X

X

X

X

1

1

1

1

1

1

1

8

X

0

1

X

X

X

X

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

1

0

0

0

0

1

0

1

1

0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

2

0

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

3

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

4

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

5

0

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

6

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

7

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

8

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

9

0

1

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

消隐

1

1

1

X

X

X

X

缓存

消隐

CD4511的真值表

3.2.2

CD4510（可逆计数器）组成电路

器件组成：CD4510（可逆计数器）

功能说明：CD4510器件的1号接地，15号接CP端，9号接地。10号UP/DOWN接F(A<B)，以控制加减计数。5号CARRYIN接F(A=B)为低电平时，UP/DOWN为高，进行加计数，UP/DOWN为低，进行减计数。2号DOUT，14号COUT，11号BOUT，6号AOUT，分别接CD4510的D，C，B，A作为地址端以驱动显示译码器。在使用时先将9号接高电平，使CD4510复位，然后再使9号接地。

CD4510为可预置BCD可逆计数器，该器件主要尤四位具有同步时钟的D型触发器（具有选通结构，提供T型触发器功能）构成。具有可预置数、加减计数器和多片级联使用等功能。CD4510具有复位CR，置数控制LD、并行数据D0—D3、加减控制U/D、时钟CP和进位CI等输入。CR为高电平时，计数器清零。当LD为高电平时，D0—D3上的数据置入计数器中，CI控制计数器的计数操作，CI＝0时，允许计数。此时，若U/D为高电平，在CP时钟上升沿计数器加1计数；反之，在CP时钟上升沿减1计数。除了四个Q输出外，还有一个进位/错位输出CO/BO。

电路图如下：

功能表如下：

CR

LD

CI

U/D

CP

Q

1

X

X

X

X

清零

0

1

X

X

X

预置数

0

0

0

1

↑

加计数

0

0

0

0

↑

减计数

0

0

1

X

X

保持

3.3脉冲发生器模块

3.3.1、0.2S脉冲发生器

器件组成：NE555定时器，电阻，电容。

功能说明：根据NE555定时器构成多谐振荡器，使其周期为0.2S，周期公式为：T=（R1+2R2）*C/1.43，R1=10K，R2=10K，C=10UF。

１与５之间的0.015UF电容为抗干扰电容。清零端和与逻辑起动控制输出端即CD4073的输出相连，可实现清零。只有当按钮起动控制、编码电路输出标识GS有效与比较控制电路A=B不成立三者均满足时，与逻辑起动控制的输出为高电平，清零端无效，脉冲发生器产生正常脉冲；

当上述三者只要有一个不成立时，与逻辑起动控制的输出为低电平，清零端有效，脉冲发生器停止产生脉冲，并保持。

电路图如下：

0.2s脉冲发生器

555定时器功能表：

阈值输入（VN）触发输入（VN）复位（RD）输出（VO）放电管（T）

XX00导通

=1\*Arabic

1

1截止

10导通

1不变不变

3.3.2、6S脉冲发生器

器件组成：NE555定时器，电阻电容。

功能说明：根据NE555定时器构成多谐振荡器，使其周期为6S，周期公式为：T=（R1+2R2）*C/1.43，R1=82K，R2=390K，C=10UF。１与５之间的0.015UF电容为抗干扰电容。清零端和与逻辑起动控制输出端即CD4073的输出相连，可实现清零。只有当按钮起动控制、编码电路输出标识GS有效与比较控制电路A=B不成立三者均满足时，与逻辑起动控制的输出为高电平，脉冲发生器产生正常脉冲；当上述三者只要有一个不成立时，与逻辑起动控制的输出为低电平，清零端有效，脉冲发生器停止产生脉冲，并保持。

电路图如下：

3.4、LED滚动显示模块

3.4.1、LED显示电路译码器

LED显示电路译码器功能概述：

根据真值表化简得如上逻辑表达式，通过门电路实现此译码器的功能。

此译码器由五个两输入与门（4081），一个三输入与门，三个三输入或门组成。地址端为三位二进制可逆计数器的输出，通过此门电路组成的译码器驱动LED显示器，通过可逆计数实现上行方向和下行方向的循环显示。

其真值表为：

Q2

Q1

Q0

Y3

Y2

Y1

Y0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

1

0

0

0

1

0

1

1

0

0

0

1

1

1

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

0

1

1

1

电路图如下所示：

门电路组成的LED显示电路译码器

3.4.2三位二进制可逆计数器

器件组成：CD4013（双D触发器），CD4070（四2与或门）

功能说明：此D触发器为上升沿触发器，通过脉冲发生器产生0.2S脉冲作为CP端输入。将每个D触发器的D端与Q’端相连构成T’触发器。

将三个T’触发器的清零端相连可实现复位，接控制电路三与门的输出。三个S端连在一起接地。Q2，Q1，Q0作为输出驱动显示译码器的地址端。

将Q与EI通过异或门实现加计数和减计数：EI=0时减计数，下行；EI=1时加计数，上行。

EI与CD4585的F（A>B）=0端即与13号相连，因为B>A时，即编码器的输入比此时电梯显示的楼层号大，应该上行，而此时F（A<B）=1即EI=1加计数恰好可实现上行；

当B=A计数器被锁定，故保持不变；B<A时F（A<B）=0即EI=0减计数，恰好可以实现下行。

下面对此构成可逆计数器的器件进行介绍：

CD4013是有两个具有置位和复位功能的触发器构成的。它以时钟的低电平读入，以高电平输出。

功能表如下：

CLK

D

R

S

Q

↑

0

0

0

0

1

↑

1

0

0

1

0

↓

×

0

0

Q

×

×

1

0

0

1

×

×

0

1

1

0

×

×

1

1

1

1

电路图如下所示：

三位二进制可逆计数器

3.4.3、LED显示器

器件组成：四个发光二极管，四个限流电阻。

功能说明：发光二极管（LED）是用半导体材料制作的正向偏置的PN结二极管。其发光原理是当在PN结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子（电子——空穴对）在扩散过程中复合发光。译码器输出为高电平，所以LED显示器为共阴输出，通过他的亮与不亮，可以显示上行和下行信号。电阻为限流作用，根据LED的额定电流确定电阻大小。

电路图如下所示：

3.5原理图（附录1）

设计总结

通过此次课程设计我学会了好多，虽然对protel还是不是很了解，但是我学会了如何用AltiumDesigner，这对我来说是一个很大的进步，在这个学习的过程中碰到了很多问题，不过还好，最后都圆满的解决了。

此次做的课程设计是电梯控制电路设计，刚一开始觉得一头雾水，不知道干什么的，虽然对模电还有数电知识掌握的很好，但是真正运用到实践当中还是有困难的，首先在画原理图的时候就碰到了问题，不知道运用哪些芯片，也不知道芯片之间的联系，后来通过查阅资料，还有网上的一些视频，看过之后才慢慢的真正了解到内部电路，然后就画图，画好图之后又给老师看了一下，老师说图画的还行，心里总算放松下来，接下来就很快的完成报告。

通过这一次的课程设计，使自己清楚的知道了学以致用的真正含意。我们学生必须要有实践的能力，而这一次的课程设计，使我看到了自己在这个方面有很大的不足。必须在以后的学习中加以提高。同时，我要感谢每一个帮助过我的人。

附录1

附录资料：不需要的可以自行删除

机械制图标注常用符号

序号

符号名称

符号绘制标准

应用示例

1

GB/T1182-2008

基准符号。

涂黑三角形及中轴线可任意变换位置，方框和字母只允许水平放置不允许歪斜；方框外边的连线也只允许在水平或铅垂两个方向画出。

2

GB/T4458.4-2003；

标注正方形结构尺寸时在尺寸前面加注正方形符号。

高度h=3.5mm

3

GB/T4458.4-2003；

标注弧长时在尺寸前面加注弧长符号。

高度h=R=3.5mm

4

GB/T4458.4-2003；GB/T16675.2-1996

尺寸注法；

沉孔或锪平符号。

高度h=3.5mm

5

GB/T4458.4-2003；

GB/T16675.2-1996

尺寸注法；

沉孔或锪平深度符号。

高度h=3.5mm

6

GB/T4458.4-2003；

GB/T16675.2-1996

尺寸注法；

埋头孔符号。

高度h=3.5mm

机械制图尺寸标注常用标准符号

序号

符号名称

符号绘制标准

应用示例

7

GB/T15754-1995

锥度符号或莫氏锥度注法。

高度h=3.5mm

8

JB/T5061-2006

定位支撑符号。

高度h=3.5mm

9

JB/T5061-2006

辅助支撑符号。

高度h=3.5mm

10

JB/T5061-2006

辅助支撑符号。

高度h=5mm

11

GB/T4459.5-1999

中心孔符号。

高度h=3.5mm；

高度H1=5mm。

12

JB/T8555-2008热处理技术要求在零件图样上的表示方法。粗糙度符号的三角形部分为测量点符号。可随图形进行缩放。

汇编人：质管办标准化管理员郑家贵2011年8月25日

机械制图基础知识

一、.图线GB/T4457.4-2002GB/T17450-1998

注：粗虚线和粗点画线的选用

两种粗线都用来指示零件上的某一部分有特殊要求。但应用场合不尽相同。粗虚线专门用于指示该表面有表面处理要求。（表面处理包括镀（涂）覆、化学处理和冷作硬化处理。）

粗点画线是限定范围的表示线常见于以下场合：

限定局部热处理的范围（如上图）

限定不镀（涂）范围（如下左图）

限定形位公差的被测要素和基准要素的范围（如下右图）