电梯控制显示电路设计报告.doc

信息与电气工程学院课程设计说明书（2008/2009学年第 二 学期）课程名称 ： 电子技术课程设计 题 目 ：电梯控制显示电路设计 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号： 指导教师 ： 设计周数 ： 两周 设计成绩 ： 年 月 日目录题目 集中控制电梯的控制、信号显示电路设计3一、课程设计目的：3二、课程设计的内容及要求3（一）课程设计内容：3（二）课程设计要求：3三、正文部分53.1按键控制模块53.1.1目标楼层号按钮编码电路53.1.2比较制动电路73.1.3与逻辑起动控制83.2数码管显示模块93.2.1显示译码器组成电路如下：93.2.2 CD4510（可逆计数器）组成电路123.3脉冲发生器模块143.3.1、0.2S脉冲发生器143.3.2、6S脉冲发生器153.4、LED滚动显示模块163.4.1、LED显示电路译码器163.4.2三位二进制可逆计数器183.4.3、LED显示器193.5原理图与PCB图19四、结论与心得20五、参考文献20附录121附录222题目二 集中控制电梯的控制、信号显示电路设计课程编号：课程名称：电子技术课程设计周数/学分：2周/学分先修课程： 模拟电子技术和数字电子技术专业班级： 07自动化02班指导教师：于春建一、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：（一）课程设计内容：设计集中控制电梯的控制、信号显示电路（二）课程设计要求：1、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07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：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）；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；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；电梯运行至目标楼层时，电梯自动停止；方向信号图6 参考电路原理框图（方向箭头移动显示）LED显示器（楼层号显示）数码管显示器显示译码器显示译码器N进制可逆计数器M进制可逆计数器脉冲发生器按钮起动控制模拟位移传感器信号脉冲发生器目标楼层号按钮编码电路与逻辑起动控制比较制动电路制动信号(A=B)A=B保持A=B时置0CR无效CR无效CR有效复位标志输出图5（B）下行方向循环显示图5（A）上行方向循环显示三、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（83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I0I7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 =I0I1I2I3I4I567IE 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I0I7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）： 电路图如下：目标楼层号按钮编码电路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（AB）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（AB）（AB）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AB，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AB，A=B，AB这三个输出端输出，输入形式可以是二进制，也可以是BCD码。功能表如下：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：与逻辑起动控制电路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：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。a、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3.2.1.1CD4511的真值表如下表所示3.2.1.2译码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。3.2.1.3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。3.2.1.4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10101111时，J端都为高电平，从而使显示器中的字形消隐。 8421BCD码对应的显示图如下：CD4511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(AB）=0端即与13号相连，因为BA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（AB）=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；BA时F（AB）=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：CLKDRSQQ0000110010X00QQXX1001XX0110XX1111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原理图与PCB图原理图参考：附录1。PCB图参考：附录2。四、结论与心得两周的课程设计在忙碌中已经接近尾声了，回忆这些天兴奋、沮丧、焦急、失落的神情时，脸上溢出了无悔的笑容。在组里我主要负责电路图的设计，电路板腐蚀和写课程设计说明书。在一开始设计前已经有过不少构思的我看到要求后，可以说并不感到紧张。和我的构思有好多相同的地方。但在真正投入设计后的我才发现想要把控制端和两个显示器完全吻合有多大的难度。再没有办法时只好先把控制电路和显示电路设计好。就在设计上下行显示电路时，让我深刻体会到数电中的卡诺图自己用的并不熟练，浪费了很长时间才通过卡诺图理解到上下行电路的设计思路。自己这时才发现这么一道简单的生活中的问题，自己开始竟然不会。这也让我深深感触到自己对课本上的知识学得太死，谈到应用就全完了。接下来，我又用了整整近七个小时，经过了多次尝试，终于把控制端很好的与显示端连接好了。接下来，在紧张而又乏味的四天里，我们一直再弄PCB版图。那几天我们组所有成员表情可谓大起大落了许多次。我当时都有和其他组并组的想法。我满足在Protel方面的实力太差了，但我们这些天努力了，虽然最后线布置的很乱，根本不合格。但这也让我们在这一方面成长了很多。这几天我们过得很充实。我们更是感谢指导老师，要是没有老师的指导我们恐怕寸步难行。在老师的指导下，我们学会了很多东西，我们都十分感谢老师！还有三天就必须完成任务，而我们组才开始腐蚀。我们都意识到了时间的紧迫性。那几天，我们组成员都是很早就到教室里了，而走的却是最晚的一组，我感觉到了我们心中的毅力。我们一定要做好它。在那几天里我是负责做说明书的。因为电路是我设计的，我了解得更详细一些。不做不知道，原来自己的Word是那样的差劲，打字速度是那样的慢。看到别的组在轻松的调试，轻松地把说明书整理好。心里真是羡慕，觉得自己这个组长太没用了。最终我花了整整两天的时间才把说明书弄完。而我们组也还在不断的调试。我们不到最后一刻谁也没有放弃