《顺序控制器设计》word版.doc

武汉理工大学数字电子基础课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 谢文涛 专业班级： 电信0801 指导教师： 曾 刚 工作单位： 信息工程学院 题 目：顺序控制器初始条件：具备电子电路的基础知识和设计能力；具备查阅资料的基本方法；熟悉常用的电子器件；熟悉电子设计常用软件的使用；要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、设计顺序控制电路；2、其中第一步和第二步各20S，第三步2分钟，第四步5分钟，第五步3分钟，第六步1分钟；3、用发光二极管显示步骤，数码管显示时间；4、掌握数字电路的设计及调试方法；5、撰写符合学校要求的课程设计说明书。时间安排：时间一周，其中2天原理设计，3天电路调试指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日14目录1 概叙12 元件的选择及其功能22.1 定时器的设计22.2元器件的选择22.3各元件或相关电路的功能及分析22.3.1译码显示系统32.3.2 功能分析32.3.3加法计数器42.3.4 功能分析43 设计原理图6 3.1 原理图63.2 原理分析64 仿真75 调试86 心得体会9附录111 概叙 顺序控制器，根据生产工艺规定的时间顺序或逻辑关系编制程序，对生产过程各阶段依次进行控制的装置，简称顺控器。顺序控制器的控制方式有时序控制和条件控制两种。 时序控制：根据预先规定的时间序列进行控制，即动作的步骤只是时间的函数。 条件控制：根据预先规定的逻辑关系进行控制。这种控制既可以按照预先确定的顺序逐步进行，即上一步动作完成后转入执行下一步；也可以按照几步动作的综合结果来决定下一阶段应执行的动作。 最初，顺序控制的功能是继电器控制系统来实现的。这种系统简单，操作方便，价格便宜；但设计麻烦，因触电多容易出现接触不良现象，可靠性差。被控制的生产工艺改变时，继电器的接线或继电器系统设计均需要改变所以通用性，灵活性差。50年代出现具有一定通用性和灵活性的顺序控制器。 以下报告中设计的顺序控制器，主要由计数器，译码器，7段显示器和相关的与非门构成，同时由6个发光二极管显示，由与非门构成开光控制电路控制整个电路的工作情况。 计数器，是数字系统中使用较多的一种时序逻辑器件。其基本功能是统计时钟脉冲的个数，即对脉冲实现计数操作。计数器也可以分为分频，定时，脉冲节拍产生器和脉冲序列器使用。计算机中的时序发生器，分频器，指令计数器等都是采用计数器构成的。 译码是将二进制代码转换成对应的高低电平，以代表文字，符号或数码表示特定对象的过程。译码与编码是相反的过程。 与二进制译码不同的是，显示译码器是用来驱动显示器件，以显示数字或符号中规模逻辑器件。显示译码器的组成，随着选用的显示器的类型而异，与辉光数码管相配的是BCD十进制译码器，而常用的二极管数码管是由七个或八个字段构成字形的，因而与之相配的译码器有BCD七段和BCD八段显示译码器。 关键字：顺序控制器 时序控制 条件控制 计数 译码 显示 2 元件的选择及其功能2.1 定时器的设计定时器的总体方案框图如图1.1所示。它包括脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和控制电路五部分组成。其中计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成所设定时间的计数后，可以通过控制电路触发报警电路发声。之后重新计数时可以通过控制清零端与置数端完成，同时计数时间也可以调节控制电路开关完成。秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，可以采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡器构成。译码显示电路用74LS48和共阴极七段LED显示器组成。报警器可以用发光二极管接入。秒脉冲发生器控制电路计数器报警电路译码显示管外部操作开关图2.1 总体方案框图2.2元器件的选择 秒脉冲信号由实验室的脉冲信号发生器提供，同时也有提供高电平所需要的电压提供装备，计数器就由三个74ls192芯片级联构成，译码显示由三个七段数码显示管完成，报警电路由发光二极管显示相关的实验现象。 2.3各元件或相关电路的功能及分析 2.3.1译码显示系统 译码显示系统的原理图如图所示，图1.2（a）是常用的共阴极LED数码显示 的原理图，图1.2（b）是其表示符号，图1.2（c）是BCD七段译码器驱动LED数码 的接法。图中电阻是上拉电阻，当译码器器内带有上拉电阻时，则可省去。 图2.3.1 数字显示译码器原理电路图2.3.2 功能分析BCD七段译码器的输入是一位BCD码(以D、C、B、A表示)，输出是数码管各段 的驱动信号，也称47译码器。若用它驱动共阴LED数码管，则输出应为高有效，即输出为高(1)时，相应显示段发光。根据组成0至9这10个字形的要求可以列出8421BCD七段译码器的真值表，见图所示。D CBAFa F FFFFF字形000011111100000101100001001011011012001111110013010001100114010110110115011010111116011111100007100011111118100111110119图2.3.2 真值表2.3.3加法计数器计数器选用中规模集成电路74LS192进行，它是十进制可编程同步加/减计数器，它采用8421码二十进制编码，并具有直接清零、置数、加/减计数功能。图1.2 是74LS192引线排列图，图1.3是74LS192时序波形图。其中Cup、Cdn分别是加法计数、减法计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。是异步并行置数控制端（低电平有效），、分别是进位、错位输出端（低电平有效），CR是异步清零端，-是并行输入端，-是输出端。典型淸除、送数和计数时序（时序说明如下）：将输出清除至0；送数（预置）至BCD（7）；加计数至8、9、进位、0、1、2；减计数至1、0、进位、9、8、7。其中做加法计数时，减计数输入必须为高电平；反之，亦然。 2.3.4 功能分析74LS192的功能表如下图所示。其工作原理是:当=1，CR=0时，若时钟脉冲加入到Cup端，且Cdn=1，则计数器在预置数的基础上完成加计数，当加计数到9时，端发出进位下跳变脉冲；若时钟脉冲加入到Cdn端，且Cup=1，则计数器在预置数的基础上完成减计数，当减计数到0时，端发出错位下跳变脉冲。 输入 输出 MR PL CPu CPd P3 P2 P1 P0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 X X X X X X X 0 0 0 0 0 0 X X d c b a d c b a 0 1 1 X X X X 加数计 0 1 1 X X X X 减数计图2.3.4 74LS192的功能表三十秒内计数器电路连接图如图1.5所示，由两片74LS192组成异步计数器，计数时利用了74LS192的减法计数器功能，图中可以通过控制单刀双掷开关-来设定计数时的时间范围。电路接通电源后，通过控制置数端RS为低电平，使减计数器初始值为所要设定的的时间，同时通过译码器和显示管把时间显示出来；之后再控制置数端为高电平开始计数，当低位计数芯片输出为零后，通过借位输出端由高电平到低电平再到高电平的变化给高位计数器一个时钟脉冲触发，让高位计数器减计数一次，如此运作直到高位计数器输出端为0时，由借位输出端信号变化控制发光二极管发光，完成一次计数。若需要再次计数，可继续通过控制置数端RS完成。3 设计原理图 3.1 原理图图3.1 顺序控制电路原理图 3.2 原理分析 根据课程设计的设计要求是设计出一个顺序控制器，其基本功能要有：设计顺序控制电路；其中第一步和第二步各20S，第三步2分钟，第四步5分钟，第五步3分钟，第六步1分钟；用发光二极管显示步骤，数码管显示时间；掌握数字电路的设计及调试方法；根据要求再结合设计出来的初步原理图分析，可知在秒脉冲信号的作用下，一次经过三个10进制计数器，三个计数器级联，需要亮灯的时间分别为20s，40s，160s，460s，640s，700s.再根据各个时间点相对应的二进制数字的特点，同时利用与非门让灯在此时间点亮。其他的实验要求如数码管显示，在74ls192的输出端接到74ls48译码器上，译码器的输出端接到七段数码显示管上面。再合理接线，就能够达到课设设计要求，自此顺序控制器的初步理论设计完成。4 仿真 根据原理图图3.1 顺序控制电路原理图，在produce软件中进行仿真，仿真的原 因是检查理论设计出来的东西是否正确，仿真完全是在理论进行试验验证，这样的话 在实物板阶段就能绝对的保证理论设计是对的，调试的时候如果出现问题，就只能是 元件的焊接和元件本生出现了问题。这样的话在调试的时候就非常方便。图4 仿真 仿真出现的实验现象，在相关软件上操作，首先是在元件库里面找相关元件清单，其次是根据放置元件，在所有的元件放置完后，根据原理图连接实物图，在所有的接线完成后检查所有的连接情况。最后在软件上进行仿真操作，这个阶段必须费城明白预期的实验操作效果，在仿真的时候进行观察。如果没有出现预期的实验效果就得反过来检查自己的理论设计看是否存在什么错误，再进行反复的修改和仿真直到能够完全的出现预期的效果。再仿真的阶段就是可以保证课设能够更加顺利的完成。5 调试 在仿真进行完了之后，就是实物的焊接和调试，这个阶段非常锻炼动手能力，在焊接的时候一定要非常的注意不能出现虚焊和短接等情况。更加要注意的是在条件允许的情况下，要检查每一个元件的好坏，这样更加能够保证课设的顺利进行。在焊接完成后不要急于加电压，信号等进行操作，要检查每个元件是否虚焊，是否正负反接，每个芯片的接高电平和接地是否有遗漏，整体的接线是否正确。在确定所有的工程都完成后，在进行实际的操作，就是检验整个课设最终成果的时候。 在检验与测试的时候，实验板并没有按照预期的出现了正确或着说预期的实验效果.通过对实验板各个功能部件的调试，慢慢的去发现问题和错误并及时改正过来。再实验课设的时候有发现192芯片的一个引脚的线接错了。还有几个虚焊的地方在所有的东西错误都改正过来的时候板子就都调试出来了。图5 实物板6 心得体会 通过自此数电的课程设计，确实学到不少东西，动手能力，查阅书籍等工具，理论设计的流程，仿真，调试等动手能力都有了不小的提高。 我这次数电课程设计的题目是设计出顺序控制器，设计的要求是：设计顺序控电路；其中第一步和第二步各20S，第三步2分钟，第四步5分钟，第五步3分钟，第六步1分钟；用发光二极管显示步骤，数码管显示时间；掌握数字电路的设计及调试方法；撰写符合学校要求的课程设计说明书。看这个设计要求我也能很明白，我要设计出的是一个什么样器件出来。首先根据要求的设计出一个顺序控制电路，反思学过的东西结合查阅得来的资料可以在秒脉冲信号的输入上做文章，可以做为一个突破点，在开关的控制下在有要求的时间点可以通过手控，同时可以借鉴数电实验课上面控制电路；第一步和第二步各20S，第三步2分钟，第四步5分钟，第五步3分钟，第六步1分钟，这样可以发现可以用秒脉冲信号发生器作为输入，计算可发现总共需要700s这样的情况可以利用三个BCD十进制的芯片级联进行控制，192芯片在这个时候就是一个可供选择的较佳的芯片；用发光二极管显示步骤，数码管显示时间，结合第二个要求就会发现在一些特定的时间点的时候需要发光二极管发光显示相应控制功能，这样的时候可以利用与非门结合此时特定时间点上的数字二进制数字本身的特点，就可以用发光二极管实现二极管显示实验步骤；发光二极管显示时间，这个就比较简单，在平时的书店实验课业余进行过多次的操作，就是将192的输入端接到译码管上载接到数码显示管，这样设计就可以保证数码管能够正确的显示时间，这样的话就可以保证所有课设要求都能够达到，这样基础设计就完成理论设计的初步规划。 在此次课设的过程也有遇见过一些困难，比如说在选择芯片的时候不知道选择什么样参数的芯片，这样就暴漏出来了平时设计锻炼的欠缺，还有在开始的时候由于不熟悉一个设计的基本流程和一些非常重要的步骤，例如仿真；在第一次焊接实物板时就是没有进过仿真过程在不之所以的情况直接焊接实物板而把仿真的过程没要，这样的直接后果就是没有理论的保证，这样在试验的时候就不能得到太好的效果。后来就是调试的时候遇见太多的很难解决的问题，弄一头两大，总结一下就是耗时费力，后来进过了仿真元件问题，认真思考哈，解决了，在认真焊板子，在有理论支持的情况焊接起来也更加有信心。 后来在焊接和调试成之后，回想此次的经历确实能学到很多的东西，更加熟悉了怎么样去设计一个有一定功能的元器件，总结一下流程就是，首先熟悉设计的基本要求功能，其次根据已学和查阅资料实现各个实验要求功能，再根据学过的知识将各个功能部件连接起来。在理论查阅和基本规划完成之后，再进行设计出一张总的设计原理图，画出原理图分析一下是否还有其他的纰漏，再次进行的是仿真，是对理论设计的一次总的检查，这样可以发现设计是否正确，在仿真饿时候自己必须明白我们需要的设计实验效果是什么，在才能去观察是否符合要求，有欠缺或者多余，在仿真顺利完成后的时候也不是理论设计的最终，还需要放过来看原理分析与设计，看能否改进设计电路让其更加的完美。再在后面就是实物板的焊接与调试，也是理论设计的最终检验，在各个元件的焊接之前必须有检查的过程。元件焊接完成之后，调试，由于有了仿真的过程，调试焊接的过程就更加的顺利。 此次实验更加的熟悉设计的流程，更加的熟练设计的各个环节，