数电课程设计—简易顺序控制器

1湖南工程学院课程设计任务书课程名称：数字电子技术基础题目：简易顺序控制器（自选参数）专业班级：电子信息1202班学生姓名：学号：2012010302指导老师：周京广审批：任务书下达日期2014年9月1日设计完成日期2014年9月12日2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10秒，第二步15秒，第三步为35秒，第四步为30秒，第五步为25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）在顺序控制器中增加总循环控制显示功能。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；3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。4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1、《电子技术与EDA技术实验及仿真》郭照南主编2、《电子技术课程设计》历雅萍、易映萍编3、《电子线路设计、实验、测试》谢自美主编华中理工出版社。4、《数字电子技术》阎石主编高等教育出版社5目录第1章设计总体思路和框图.....................................71.1设计总体思路....................................................71.2框图原理介绍....................................................8第2章单元电路介绍..................................................82.1总循环模块设计...............................................82.2计数器模块设计...............................................92.3预置数模块设计.............................................102.4倒计时模块设计.............................................112.5二极管显示模块.............................................122.6秒脉冲模块......................................................13第3章总电路设计.....................................................14第4章安装、调试.....................................................154.1安装步骤...........................................................154.2调试步骤............................................................154.3调试电路图........................................................16第5章故障分析与电路改进...................................16第6章总结与设计调试体会...................................176附录...................................................................................19参考文献..........................................................................217第1章设计总体思路和框图1.1设计总体思路课题任务是做一个简易顺序控制器，主体部分分5个步骤，分别用数码管显示各个步骤的倒计时并用一个数码管显示步骤数，扩展部分是用一个数码管显示总循环次数。具体5个步骤的参数分别为1—10S；2—15S；3—35S；4—30S；5—25S。由于192计数器的初始化的随机性并且我没有做手动置数，所以从第二个大循环开始才能正常显示。当第一个秒脉冲进来时个位开始倒计时到0时向十位借位，由数码管显示，以此完成第一步骤的15秒倒计时；当十位和个位同时为0时向计时器模块进位，并向倒计时模块置数，同时计数器模块的数码管显示步骤数，以此来完成前一步骤进入下一步骤的过渡；当计数器从1加到5时并检测到6时再次置数为1，以此来完成一个大循环；当计数器检测到6时向总循环模块进位并由数码管显示，以此来实现大循环次数显示功能；其中由138译码器控制步骤数的二极管的亮灭。以上是大体的设计思路。81.2框图原理介绍图1第2章单元电路介绍2.1总循环模块设计利用计数器模块输出6时的脉冲给总循环计数器模块的74LS192加计数器时钟输入端UP来实现循环加次数，如图2。9图22.2计数器模块设计利用倒计时模块的十位和个位同时借位时的脉冲给计数器模块74LS192的UP；并同时检测输出为6时再次将1置数以实现循环，最后由数码管显示步骤数，如图3。10图32.3预置数模块设计利用计数器模块初始置入的数据经74LS138译码器译码输出。其中与或非逻辑电路由课题的参数设置列出的真值表逻辑转换而来，如表1。预置数模块真值表步骤数输入十位（高四位）个位（低四位）StepABCD7D6D5D4D3D2D1D0一（10S）00100010101二（15S）01000110101三（35S）01100110000四（30S）10000100101五（25S）10100010000表111经过逻辑转换器得到最小项依次为如下,最后电路图如图4。D5：A'BC'+A'BC+AB'C'D4：A'B'C+A'BC'+A'BC+AB'CD2：A'B'C+A'BC'+AB'C'D0：A'B'C+A'BC'+AB'C'图42.4倒计时模块设计利用两块74LS192级联实现，用秒脉冲输入向个位192的减计数输入端实现个位的倒计时，再由个位的192借位脉冲输入到十位的192减计数输入端，实现十位的倒计时，当个位和十位同时为0时再次将计数器模块的预置数置入，如图5。12图52.5二极管显示模块利用74LS138实现二极管按步骤次数显示。其中译码器真值表如表2，电路图如图6。图613译码器真值表输入输出A2A1A0Y'0Y'1Y'2Y'3Y'4Y'5Y'6Y'70000111111100110111111010110111110111110111110011110111101111110111101111110111111111110表22.6秒脉冲模块利用555定时器接成多谐振荡器，震荡频率约为1Hz。取nFCC91021,1TS由公式2ln)(1211CRRT，2ln122CRT，21TTT可计算出6041R，4532R。仿真如图7,8。图714图8第3章总电路设计图915第4章安装、调试4.1安装步骤1.首先用IC检测仪检测所领芯片的好坏，免得调试的时候出现不必要的麻烦，并且将导线按照长短颜色分类，以示区分。并且检测试验箱是否能正常工作。2.按照仿真图上的模块分步接线，既不能一次性全部接线，也不能在所有独立模块接线没有完成时在模块中穿插接线。3.分模块的主次接线，先接主体部分，再接外围电路，可以事半功倍。4.2调试步骤1.检测导线是否接触不良，或是相互缠绕影响。2.检测芯片管脚是否接触正常。3.重复以上步骤直至显示正常。164.3调试电路图图10图11第5章故障分析与电路改进以下是我安装调试中遇到的几个重大的故障；171.数码管亮度不够(1)数码管没有接电源2.数码管显示不全(1)接线接触不良(2)芯片损坏(重接了3次,检查了半天才发现，IC检测仪检测芯片不靠谱)(3)接线错误3.LED灯显示错误(1)二极管正负极弄反(2)导线接触不良4.无法置数(1)芯片损坏(我所遇到)(2)置数逻辑电路接线错误(3)导线接触不良第6章总结与设计调试体会这两周的收获还是很多的，首先巩固了上学期学过的数字电子技术基础的部分内容，再者能更加熟练使用Multisim仿真软件，其次锻炼了自己对一个项目整体的把控，不能仅仅局限于几个芯片，更多时候需要从实际出发。其中，在安装调试过程中是收益最多的。第一，我第一次接线没有分模块接线调试，而是上来就是一股脑一通接线，起初我认为照图接线很简单，岂知第一没成功，一气之下把线全拔了后把实验箱拿回宿舍接线，实验楼太吵了，而且老是有人过来打扰，好多次接着接着都不到接哪里去了。回到宿舍后就按照模块的主次先接线再调试的步骤安装调试；第二，哪怕是仿真也会和实际情况有很大的出入，在仿真的时候为了消除计数器模块输出的延迟现象，18我加了一个非门，然而当实际接线的时候，出现了和仿真中没有消除延迟时一样的情况，一时很纳闷，仿真中明明解决了，为什么实际中还是出现，手足无措时尝试了把那个非门去掉，居然成功了，这才明白原来这个延迟现象是软件产生的，实际中微乎其微，几乎不存在，没必要多添加个非门；第三，接线的时候一定要主次分明，否则会越接越混乱。第四，接线的时候心中要有电路图的大概框图，只有这样才能对走线有更好的把握，虽然最后还是乱成一坨的线，但是心中有了框图后，就能在杂乱的线中理清思路，不至于接线错误；第五，就是最好找一个比较安静人少的地方接线，以免受到不必要的打扰，接线效率也会大大提高。第六，在画原理图的时候最好按照模块分开画。这样对接线的效率也会有大大的提高。此次接线，经过一次重新来过，一个模块接拆3次，遇到问题排故再接线后，终于还是在我手里成功了，很有成就感，更是解决问题后的快感，不言而喻！19附录元件清单如下表：名称型号个数十进制同步加/减计数器74LS19243线-8线译码器74LS132双四输入正与非门74LS201三3输入正与非门74LS101四2输入正与门74LS081四2输入正或门74LS321六反向器74LS041表3芯片手册：1.74LS192，管脚图如图11，功能表如图12。图12图13202.74LS138，管脚图如图13，功能表如图14。图14图1521参考文献1、《电子技术与EDA技术实验及仿真》郭照南主编2、《电子技术课程设计》历雅萍、易映萍编3、《数字电子技术》阎石主编高等教育出版社4、《电子技术与EDA技术课程设计》郭照南主编