简易顺序控制器课程设计方案书

1/28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：班学生姓名：学号：号指导老师：审批：任务书下达日期年月日设计完成日期年月日2/28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六步，第一步4秒，第二步8秒，第三步为12秒，第四步为18秒，第五步为25秒，第六步为30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；3/28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。4/28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。5/28目录第一章设计总体思路..................错误!未定义书签。第二章单元电路设计与分析............................42.1电路所用元件简介...............................42.2各功能模块介绍.................................7第三章总电路设计...................错误!未定义书签。第四章电路安装与调试................错误!未定义书签。4.1电路安装......................错误!未定义书签。4.2电路调试.....................................22第五章故障分析与电路改进............错误!未定义书签。5.1常见的故障现象................................235.2产生故障的原因................................235.3检查故障的一般方法............................24第六章总结与设计调试体会...........错误!未定义书签。第七章课程设计评分表附录...............................................266/28第一章总体设计思路此次课程设计要完成的是一个简易顺序控制器，根据任务的要求，我们需要设计一个步骤显示单元、一个倒数计时单元、一个指示灯控制显示单元。三个主要单元之间用几个组合逻辑电路使得各个单元之间实现互相控制和制约。这次我们要设计一个简易顺序控制器，要求顺序控制器执行机构按一定的程序工作，执行机构的加工程序步骤为6步，第1步为4秒，第2步为8秒，第3步为12秒，第4步为18秒，第五部为25秒，第六部为30秒，按顺序依次动作。用显示器显示顺序控制器的各步加工时间（用倒计时方式）及步骤，用发光二极管显示控制器的各道工序，用显示器显示加工步骤。根据以上要求，我决定分三步走，第一步由十进制计数器来实现步与步的加和循环，并用一个译码器来控制相应的LED灯亮。第二部首先用两个十进制的减法器来控制两位秒的倒计时，然后接数码管显示。第三步设计一个译码电路将步与时间相对应起来。（秒脉冲由实验箱提供）。所以，我们用一片160控制步骤显示第一步到第六步，两片192控制倒数，个位倒数直接用信号发生器发出CP，使个位从0开始倒数，当个位从零跳到九时，会发出一个借位信号，借位信号使得十位192的Down为一，十位的192就开始倒数。以此完成倒数。当第一步所有倒数完成后，十位变成零时，192的BO发出借位信号。160通过138译码，根据真值表接成组合逻辑电路连接到192，得出十位的置数。用一个组合，使仅当192两个都为零时，控制160的CLK信号为1.设计总体框图如图一所示：借位置位步骤显示步骤计数器译码器译码器两位倒计时器组合逻辑电路（产生数字）译码器倒计时显示脉冲6个LED显示清零开关7/28图一第二章单元电路设计与分析2.1电路所用元件简介2.1.174LS160十进制计数器（1）74LS160的引脚图CLR’:置零端CLK:时钟信号端A、B、C、D:输入端QA、QB、QC、QD:输出端ENP、ENT：使能端GND：地端VCC:电源端RCO:进位端LOAD’：置数端（2）74LS160十进制计数器的功能表：它的主要功能为：异步清除：当CLR`=0时，无论有无CLK，计数器立即清零，QD-QA均为0。8/28同步预置：当LOAD`=0时，在时钟脉冲上升沿的作用下，QD=D，QC=C，QB=B，QA=A。当使能端ENP=ENT=1时，并有脉冲上升沿作用，计数器计数。锁存：当使能端ENP=0或ENT=0时，计数器禁止计数，为锁存状态。2.1.274LS138译码器在中规模集成电路中译码器有几种型号，使用最广的通常是74LS138，从表中可以看出其输出为低电平有效，使能端G1为高电平有效，/G2,/G3为低电平有效，当其中一个为低电平，输出端全部为1。（1）74LS138引脚图VCC:电源端GND：地端Y0’——Y7’：输出端A、B、C：输入端G1、G2A’（S2’）、G2B’(S3’)：控制端（2）74LS138功能表9/2872.1.3BCD-七段显示译码器74LS48（1）74LS48引脚图（2）74LS48功能表输入输出使能端选择端G1/G2*CBA/Y0/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y710000011111111000110111111100101101111110011111011111010011110111101011111101110110111111011011111111110×1111111111111×11111111111/G2*=/G1A+／G2B10/28它的主要功能为:①要求输出0～15时，灭灯输入（BI）必须开始时保持高电平。如果不灭，则动态灭灯输入（RBI）必须开路或为高电平。②将一低电平直接加于灭灯输入（BI）时，则不管其他输入为任何电平，所有各段输出都关闭。③当动态灭灯输入/动态灭灯输出（BI/RBO）开路或者保持高电平而试灯输入为高电平时，所有各段输出都关闭并且动态灭灯输出（RBO）处于低电平（响应条件）。④当灭灯输入/动态灭等输出（BI/RBO）开路或者保持高电平而试灯输入为低电平时，则所有各段都开通。⑤BI/RBO是线与逻辑，作灭灯输入（BI）或动态灭灯（RBO）之用，或两者兼用。2.1.474LS192双时钟集成十进制同步可逆计数器（1）、74LS192引脚图11/28UP:低电平加法计数DOWN:高电平减法计数A、B、C、D:输入端QA、QB、QC、QD:输出端BO’：借位端GND：地端VCC:电源端CO’进位端LOAD’：置数端CLR:置零端（2）、74LS192功能表输入输出CLRLOAD’UPDOWNDCBAQDQCQBQA1×××××××000000××dcbadcba011××××加计数011××××减计数74192是同步十进制可逆计数器，具有双时钟和可预置功能。当清除端CLR=1时，无论有无计数脉冲，QD-QA均为O，即为异步清除。当置数端LOAD’=0时，无论有无计数脉冲，数据输入端D-A所置数据被并行送到输出12/28端QD-QA.当DOWN=1，计数脉冲从UP送入，则在CP上升沿的作用下，计数器进行加计数，加到9后，进位输出端CO’=0.当UP=1，计数脉冲从DOWN送入，则在CP上升沿的作用下，计数器进行减计数，减到0后，借位输出端BO’=0.2.1.5数据选择器74151（1）、74LS192引脚图X04X13X22X31X415X514X613X712A11B10C9E7Y5Y6U974151（2）、74LS192功能表E’A2A1A0DQ1xxxx00000D0D00001D1D10010D2D20011D3D30100D4D40101D5D50110D6D60111D7D713/282.1.6其他芯片的引脚图74LS00（二输入与非）、74LS10（三输入与非）、74LS04（非）、74LS20（四输入与非）、74LS32（二输入或）在此不做介绍。2.2各功能模块介绍（PROTEUS环境）2.2.1模块一◆步骤显示单元：以下这一模块是显示加工步骤的，我们通过十进制计数器74LS160的置数功能，在输入端初始置成0001，然后将其四个输出端中的QA、QD经过非门04后，再与QB、QC经过74LS20，将四输入与非20的输出端又接到160的置数端，这样就将160制成6进制，从而实现了步骤自加和循环160的CLK则是由两片192的借位端BO’同时为0时给出的信号，两片192的BO’可以通过或门后，输出接到160的CLK。模块电路如图二所示：14/28图二2.2.2模块二◆倒数计时显示单元通过两片十进制减法器74192来实现，两个数码显示管显示工序倒计时，当低位减为零时，再给高位192一个脉冲，高位实现减一。当高位和低位都减到0时，给置位信号，将译码后的信号给192，再重新减。且同时当两片74192都减为零时，显示工序步骤的LED加1，一直加到6，再循环.简易框图如图三所示：15/28图三模块电路图如图四所示：图四16/282.2.3模块三◆发光二极管显示工序该模块利用74138的译码功能，其输入端与上面的计数器74160输出端QA、QB、QC相连，控制整个顺序控制器的步骤计数。发光二极管对应与74138的6个输出端相连，使顺序控制器每运行一步就有对应的一个二极管发光。模块电路图如图五所示:图五17/282.2.4模块四◆组合逻辑电路置数通过74160置入工序所需时间，分别将输出接入两片74192输入端,完成6个步骤的不同置数，由于160每个步骤的输出不同，经过此组合电路后每次的输出也就不同，根据设计要求把它设计为我们需要的数据，完成每个步骤的进行。模块电路如图六所示：图六18/28组合逻辑电路的真值表如下：输入输出Q2Q1Q0D7D6D5D4D3D2D1D0001000010000100001001001100011000100001001011010011000011000000100192输入端D0、D1、D2、D3、D4、D5的逻辑表达式D0=Y4D1=Y2D2=Y4+Y6=^(^Y4*^Y6)D3=Y1+Y3=^(^Y1*^Y3)D4=Y2+Y3+Y5=^(^Y2*^Y3*^Y5)D5=Y4+Y5=^(^Y4*^Y5)2.2.4模块五（功能扩展）◆控制总循环时间和总循环次数总的设计是想通过设计总循环时间（随意制定总循环时间为284秒）来控制总循环次数，并且到达所指定的总时间后，整个电路停止工作。通过三片同步可逆计数器74192级联制成十进制加法计数器，当低位加到9时，给次高位192一个脉冲，次高位实现加一，当次高位加到9时，再给高位192一个脉冲，高位实现加一，以此循环。直到循环到时间为设定的284秒时，也就是满足高位192的输出端Q1为1，次高位192的输出端Q3为1，低位192的输出短Q2为119/28时，让