順序控制器的設(shè)計仿真與制作 武漢理工

1、武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書目 錄摘要.11. 電路簡介 1.1電路組成.2 1.2總電路圖.22. 設(shè)計思路.33. 電路具體部分分析 3.1計數(shù)電路.4 3.2譯碼顯示電路.6 3.3工序顯示電路.9 3.4多諧振蕩電路.114. 電路調(diào)試與焊接4.1電路仿真.124.2電路焊接.155. 心得體會.196. 元件清單.207. 參考文獻.21課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 電信12級 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 順序控制器的設(shè)計仿真與制作 初始條件：集成顯示譯碼器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)碼管、和必要的門電路或其他器件。要求完成的主要任務(wù): （包括課

2、程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、課程設(shè)計工作量：1周內(nèi)完成對順序控制器電路的設(shè)計、仿真、裝配與調(diào)試。2、技術(shù)要求：3位LED顯示；第一位顯示工序，第2和3位顯示倒計時；用1,2,3,4表示四道工序，工序1顯示30秒倒計時，回零進入工序2顯示15秒，工序3顯示45秒，工序4顯示60秒，回零后顯示00，進入等待工序0，顯示99，每秒閃爍一次； 設(shè)計開始電路，進入工序1； 確定設(shè)計方案，按功能模塊的劃分選擇元、器件和中小規(guī)模集成電路，設(shè)計分電路，畫出總體電路原理圖，分析工作原理。3、 查閱至少5篇參考文獻。按武漢理工大學(xué)課程設(shè)計工作規(guī)范要求撰寫設(shè)計報告書。全文用A4紙打印，圖

3、紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。時間安排：1） 第1-2天，查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)設(shè)計原理。2） 第3-4天， 方案選擇和電路設(shè)計仿真。3） 第4-5天， 電路調(diào)試和設(shè)計說明書撰寫。4） 第6天，上交課程設(shè)計成果及報告，同時進行答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日本科生課程設(shè)計成績評定表姓 名性 別男專業(yè)、班級電信12級課程設(shè)計題目：順序控制器的設(shè)計仿真與制作課程設(shè)計答辯或質(zhì)疑記錄：成績評定依據(jù)：最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導(dǎo)教師簽字： 摘 要本課程設(shè)計涉及的順序控制器主要由五部分組成，分別是脈沖振蕩器電路，譯碼顯示器電路，計數(shù)器電路，二極管電路及若干邏輯門

4、電路。具體用到了555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，74LS47，74LS74,74LS138,74LS192等芯片。首先畫出電路原理圖，再用Proteus仿真后得到的結(jié)果與課程設(shè)計的要求相符。關(guān)鍵詞：順序控制器；Proteus；芯片1. 電路簡介1.1電路組成555定時器與電容、電阻構(gòu)成多諧振蕩電路，產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖；74LS192和74LS138作為記錄秒的計數(shù)電路；另有一片74LS192作為工序顯示電路；74LS47和數(shù)碼管作為譯碼顯示電路；74LS74作為D觸發(fā)器，使計數(shù)完成后保持99閃爍；其他邏輯門電路用于實現(xiàn)每個步驟的具體功能。1.2總電路圖圖1總電路圖2. 設(shè)計思路根據(jù)課程設(shè)計的

5、要求：用1,2,3,4表示四道工序，工序1顯示30秒倒計時，回零進入工序2顯示15秒，工序3顯示45秒，工序4顯示60秒，回零后顯示00，進入等待工序0，顯示99，每秒閃爍一次，則可以用三個數(shù)碼管顯示，從左到右分別為秒（十位）、秒（個位）、工序數(shù)。標號為U12的74LS192芯片和標號為U14的74LS138芯片用于控制計數(shù)電路和工序顯示電路，為五進制計數(shù)器，U12的預(yù)置數(shù)為0001，開始工作后U17接收預(yù)置數(shù)然后輸出到U1，通過數(shù)碼管顯示出工序1，同時U12輸出的信號傳送到U14，經(jīng)過譯碼后傳輸?shù)介T電路，再由門電路傳送至U5和U8的輸入端，然后信號從U5和U8的輸出端輸出至U3和U2，后經(jīng)數(shù)

6、碼管顯示出當前計時的秒數(shù)。由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的Q端輸出脈沖信號，從標號為U5的74LS192芯片的DN端輸入，標號為U8的74LS192芯片的DN端接U5的TCU端，當脈沖信號為高電平時，U5使能，進行減計數(shù)，當U5產(chǎn)生借位時，其TCU端輸出低電平，經(jīng)過標號為U6的非門轉(zhuǎn)換為低電平送至U8的DN端，此時U8使能，進行減計數(shù)。3. 電路具體部分分析3.1計數(shù)電路74LS192的引腳圖如下圖2所示：圖2 74LS192引腳圖74LS192的功能表如下表1所示：表1 74LS192功能表輸入輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01000000dcbadcba011加計數(shù)011減計數(shù)74

7、LS138的引腳圖如下圖3所示：圖3 74LS138引腳圖74LS138的真值表如下表2所示：表2 74LS138真值表輸入輸出STA/STB/STCA2A1A0/Y0/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7HHHHHHHHHHHHHHHHHHLHHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHLLLLHHLHHHHHHHLLLHLHHLHHHHHHLLLHHHHHLHHHHHLLHLLHHHHLHHHHLLHLHHHHHHLHHHLLHHLHHHHHHLHHLLHHHHHHHHHHL根據(jù)課程設(shè)計的要求：用1,2,3,4表示四道工序，工序1顯示30秒倒計時，回零進入工序2顯示15秒，工序3顯示4

8、5秒，工序4顯示60秒，回零后顯示00，進入等待工序0，顯示99，每秒閃爍一次，和設(shè)計思路中的分析：標號為U12的74LS192芯片和標號為U14的74LS138芯片用于控制計數(shù)電路和工序顯示電路，為五進制計數(shù)器，U12的預(yù)置數(shù)為0001，開始工作后U17接收預(yù)置數(shù)然后輸出到U1，同時U12輸出的信號傳送到U14，經(jīng)過譯碼后傳輸?shù)介T電路，再由門電路傳送至U5和U8的輸入端。由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的Q端輸出脈沖信號，從標號為U5的74LS192芯片的DN端輸入，標號為U8的74LS192芯片的DN端接U5的TCU端?？傻贸鲇嫈?shù)電路部分的連接方式如圖4所示：圖4 計時電路3.2譯碼顯示電路

9、74LS47的引腳圖如下圖5所示：圖5 74LS47引腳圖74LS47的功能表如下表3所示：表3 74LS47功能表標號為U2、U3的74LS47芯片的輸入端D、C、B、A分別接U8、U5的輸出端Q3、Q2、Q1、Q0，其輸出端QAQG分別接兩個數(shù)碼管的七個輸入端。電路接法如下圖6所示：圖6 譯碼顯示電路圖3.3工序顯示電路74LS192的引腳圖如下圖7所示：圖7 74LS192引腳圖74LS192的功能表如下表4所示：表4 74LS192功能表輸入輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01000000dcbadcba011加計數(shù)011減計數(shù)標號為U1的74LS47芯片用于顯示工序數(shù)，故只需接

10、入3個輸入端口，即C、B、A分別接U17的Q2、Q1、Q0端，D接地，其輸出端QAQG分別接數(shù)碼管的七個輸入端。電路連接如下圖7所示：圖7工序顯示電路圖3.4多諧振蕩電路由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路，產(chǎn)生頻率為1Hz的矩形脈沖。根據(jù)公式Tw=0.7R1+R2C2計算可得實際電路的R1=R2=10k的滑動變阻器。電路連接如下圖8所示：圖8 多諧振蕩電路圖4. 電路調(diào)試與焊接4.1電路仿真順序控制器的電路原理為：從左到右分別為秒（十位）、秒（個位）、工序數(shù)。標號為U12的74LS192芯片和標號為U14的74LS138芯片用于控制計數(shù)電路和工序顯示電路，為五進制計數(shù)器，U12的預(yù)置數(shù)為0001

11、，開始工作后U17接收預(yù)置數(shù)然后輸出到U1，通過數(shù)碼管顯示出工序1，同時U12輸出的信號傳送到U14，經(jīng)過譯碼后傳輸?shù)介T電路，再由門電路傳送至U5和U8的輸入端，然后信號從U5和U8的輸出端輸出至U3和U2，后經(jīng)數(shù)碼管顯示出當前計時的秒數(shù)。由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的Q端輸出脈沖信號，從標號為U5的74LS192芯片的DN端輸入，標號為U8的74LS192芯片的DN端接U5的TCU端，當脈沖信號為高電平時，U5使能，進行減計數(shù)，當U5產(chǎn)生借位時，其TCU端輸出低電平，經(jīng)過標號為U6的非門轉(zhuǎn)換為低電平送至U8的DN端，此時U8使能，進行減計數(shù)。據(jù)此原理進行連線，進行仿真，得到結(jié)果如圖所示：工

12、序1顯示30秒倒計時，左邊兩數(shù)碼管為30秒倒計時，右邊一數(shù)碼管為工序數(shù)。圖9 工序1仿真圖工序2顯示15秒倒計時，左邊兩數(shù)碼管為15秒倒計時，右邊一數(shù)碼管為工序數(shù)。圖10 工序2仿真圖工序3顯示45秒倒計時，左邊兩數(shù)碼管為45秒倒計時，右邊一數(shù)碼管為工序數(shù)。圖11 工序3仿真圖工序4顯示60秒倒計時，左邊兩數(shù)碼管為60秒倒計時，右邊一數(shù)碼管為工序數(shù)。圖12 工序4仿真圖工序0顯示99，每秒閃爍一次，左邊兩數(shù)碼管為99閃爍，右邊一數(shù)碼管為工序數(shù)。圖13 工序0仿真圖4.2電路焊接順序控制器的電路原理為：從左到右分別為秒（十位）、秒（個位）、工序數(shù)。標號為U12的74LS192芯片和標號為U14的

13、74LS138芯片用于控制計數(shù)電路和工序顯示電路，為五進制計數(shù)器，U12的預(yù)置數(shù)為0001，開始工作后U17接收預(yù)置數(shù)然后輸出到U1，通過數(shù)碼管顯示出工序1，同時U12輸出的信號傳送到U14，經(jīng)過譯碼后傳輸?shù)介T電路，再由門電路傳送至U5和U8的輸入端，然后信號從U5和U8的輸出端輸出至U3和U2，后經(jīng)數(shù)碼管顯示出當前計時的秒數(shù)。由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的Q端輸出脈沖信號，從標號為U5的74LS192芯片的DN端輸入，標號為U8的74LS192芯片的DN端接U5的TCU端，當脈沖信號為高電平時，U5使能，進行減計數(shù)，當U5產(chǎn)生借位時，其TCU端輸出低電平，經(jīng)過標號為U6的非門轉(zhuǎn)換為低電平送

14、至U8的DN端，此時U8使能，進行減計數(shù)。按照仿真的原理圖進行實物焊接，實物圖如下所示：圖14 總實物圖圖15 輸入波形圖圖16 工序1實物圖圖17 工序1實物圖圖18 工序1實物圖圖19 工序2實物圖5. 心得體會數(shù)字電路的課程設(shè)計是我接觸到的第二門課程設(shè)計，相比上學(xué)期模擬電路的課程設(shè)計感覺數(shù)字電路的課程設(shè)計確實要考慮更多的東西，比如說怎樣在不改變功能的基礎(chǔ)上減少芯片的數(shù)量，還有在焊接的時候怎樣保證線路太密集避免短路的發(fā)生，以及如何在固定尺寸的電路板上布線等問題。要想設(shè)計出電路來首先要搞清楚整個電路的原理和構(gòu)成它的元件的工作原理以及功能。在課程設(shè)計開始的第一天，我和同組的同學(xué)一起上網(wǎng)搜索了順

15、序控制器的原理和可能用到的相關(guān)芯片的工作原理、引腳圖、功能表等資料。然后我們集體討論設(shè)計方案，每人負責(zé)一小部分電路的設(shè)計，然后再將每一小部分的電路連接起來，極大地提高了效率，節(jié)省了大量的時間，為硬件的調(diào)式提供了方便。在一個小組中工作我學(xué)會了組織與協(xié)調(diào)，學(xué)會了與他人配合與協(xié)商，共同朝著一樣的目標努力，我們集思廣益，相互鼓勵，有問題相互幫助，共同解決，培養(yǎng)出了我團隊合作的精神和艱苦奮斗的意志。在課程設(shè)計的過程中，難免會遇到很多問題，但是有同學(xué)的鼓勵和老師的指導(dǎo)，這些問題都得到了順利的解決。非常感謝老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)的熱心幫助。6. 元件清單類型型號數(shù)量電阻10k2電容10nF1電容47F1芯片74LS473芯片NE5551芯片74LS1924芯片74LS741芯片74LS1381芯片74101芯片74LS001芯片