电动机控制电路

1、电子课程设计之电动机控制电路学院:电子信息工程学院专业、班级:自动化121501班姓名： 学号：指导教师：任青莲2014年12月目录一、设计任务与要求 4二、总体框图42.1、 状态机52.2、 预置数计数器52.3、时间显示电路52.4、多谐震荡器5三、选择器件 63.1、 同步加法计数器74LS160N63.2、 74LS08与门 83.3、 74LS04非门83.4、 74LS00与非门93.5、 七段数码显示管103.6、 555定时器 11四、功能模块 144.1、状态机模块144.2、多谐震荡器模块 154.3、预置数计数器模块 164.4、 时间显示模块 16五、总体设计电路图

2、175.1、 总体电路图175.2、 仿真结果18六、心得与体会 21七、课程设计参考资料21电动机控制电路一、设计任务与要求 设计任务：试设计电动机控制器，也叫电动机控制电路。设计目的：该电动机控制电路可以检测电动机1、电动机2能否正常运转，同时检测学生设计的电路是否满足要求。控制要求：当按钮K1按下后,第一台电动机M1启动,5s后第二台电动机M2启动，10s后第二台电动机M2停止，5s后第一台电动机M1停止。任何时候按下按钮K2，可以停止工作台运行。由于我所在的地方是学校，不是工厂里所以课程设计里的一些器件很难搞到。我经过多次思考，最后决定采用代替方案。1、在本次课程设计中，我决定采用设置

3、开关A、开关B以代替按钮K1、按钮K2。当开关A闭合、开关B断开时，整个电路从那零开始；当开关B闭合时，工作台停止工作，如果再断开开关B，整个电路又开始动作。2、在本次课程设计中，我决定采用绿色灯泡X1、X2代替电动机M1、电动机M2。二、总体框图图1是电动机控制器总体框图1、状态机状态机的功能：此模块提供实现电动机M1、电动机M2运转所需状态。图2是电动机状态图，也就是我的状态机设计思路。2、预置数计数器预置数计数器的功能：输出电路需要的数据，完成每个步骤的进行。预置数计数器的设计思路：依据同步十进制加法计数器74LS160的置数计数功能，根据设计要求把它设计为可以提供给电路所需数据的特定计

4、数器。3、时间显示时间显示模块可以实现的功能：显示时间的变化。时间显示模块的设计思路：通过状态机模块来控制计数器，使计数器进行计数，数码管显示时间。4、多谐震荡器多谐震荡器的功能：它可以输出频率为100HZ的脉冲信号，这是我需要的触发信号。多谐震荡器的设计思路：依据多谐震荡器的脉冲信号周期的计算公式，改变电阻R1、电阻R2、电容C的值，就可以得到频率为100HZ的脉冲信号。三、选择器件具体器件和数目如下：74LS160 4片、74LS08与门 2片74LS04非门1片、74LS00与非门 1片七段数码显示管 4片、绿色灯泡2片单刀单掷开关2片、电阻10K1个555定时器 1片、电阻2.2 K

5、2个电容2.2uf 1个、电容0.1uf 1个5V电源 1个、12V电源 1个导线若干。主要器件介绍如下：1、同步加法计数器74LS160N图3为74LS160N管脚图图4为74LS160N逻辑框图74LS160N芯片的逻辑功能：同步可预置数4位十进制加法计数器74LS160具有异步清零端，它具有数据输入端A、B、C和D，同步置数端，异步清除端和计数控制端ENT和ENP，为方便级联，设置了进位输出端RCO。当异步清零端=0时异步清零，当置数端=0，=1，CP脉冲上升沿时预置数。当=ENT=ENP=1时，电路工作在计数状态。当计数器计数值为9时，进位端RCO输出一个与端高电平部分相同宽度的高电平

6、。详细功能见逻辑功能表1。表1为74LS160N芯片的功能表2、74LS08与门图5 74LS08芯片的管脚图 表2是74LS08芯片的逻辑功能表输入输出ABY00001010011174LS08芯片的逻辑功能描述如下：当输入端A、B均为高电平时，输出为高电平；其余输入情况下的输出，均为低电平。3、74LS04非门图6为74LS04芯片的管脚图表3为74LS04芯片的逻辑功能表输入输出011074LS04芯片的逻辑功能描述如下：当输入端为低电平时，输出端为高电平；当输入端为高电平时，输出端为低电平。即输出端的电平与输入端的电平总是相反的。4、74LS00与非门图7为74LS00芯片的管脚图表4

7、为74LS00芯片的逻辑功能表输入输出ABY00101110111074LS00芯片的逻辑功能描述如下：当输入端A、B均为高电平时，输出端为低电平；当输入端至少有一个输入为低电平时，输出端就为高电平。即输出与输入总是相反。5、七段数码显示管图8为数字显示译码器的逻辑框图表5为七段数码显示管的逻辑功能表输入显示ABCD00000100010100211003001041010501106111070001810-0196、555定时器555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/

8、7556。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V-16V工作，7555可在318V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图4所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压Vcc/3和(2/3)Vcc。555定时器的功能主要由两个比较器决定。

9、两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为（2/3）Vcc，A2的同相输入端的电压为Vcc/3。若触发输入端TR的电压小于Vcc/3，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于Vcc/3，同时TR端的电压大于Vcc/3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。555的应用：（1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等；（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路；（3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中

10、。555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲 信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路，频率变换电路、自动控制电路等。图9为555定时器的逻辑框图555定时器的结构图它是由比较器C1和C2，SR锁存器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成，如下图11所示.图10为555定时器结构图VI1是比较器C1的输入端（也称阈值端。用TH标注），VI2是比较器C2的输入端（也称触发端，用TR标注）。C1和C2的参考电压（电压比较的基准）VR1和VR2由Vcc经三个5000欧的电阻分压给出。在控制电压输入端Vco悬

11、空时，Vr1=2/3Vr2, Vr2=1/3Vcc。如果Vco外接固定电压，则VR1= Vco，VR2=1/2Vco.RD'是置零输入端。只要RD'上加上低电平，输出端Vo便立即被置成低电平，不受其他输入端的影响。正常工作时必须使RD处于高电平。由上图知，当VI1>VR1，VI2>VR2时，比较器C1的输出Vc1=o,比较器C2的输出Vc2=1,SR锁存器被置成0，TD导通，VO为低电平。当VI1<VR1，VI2<VR2时，Vc1=1，Vc2=1，SR锁存器状态 保持不变，TD导通，VO为低电平。当VI1<VR1，VI2<VR2时，Vc1=1

12、，Vc2=0，锁存器被置成1，TD 截止，VO为高电平。当VI1>VR1，VI2<VR2时，Vc1=0，Vc2=0，锁存器处于Q=Q'=1的状态，TD导通，VO为低电平。（3）555的功能表、波形图如表6、图11所示。表6为555定时器的功能表输入输出阈值电压触发输入复位输出放电管TXX00导通<23VCC<13VCC11截止>23VCC>13VCC10导通<23VCC>13VCC1不变不变图11为555定时器的波形图四、功能模块模块一：状态机状态机的功能：此模块提供实现电动机M1、电动机M2运转所需状态。图12为状态机的状态图，也就是我

13、的状态机设计思路。表7为状态机的状态表模块二：多谐震荡器通过改变R1和R2的阻值可以改变输出脉冲的宽带，进而改变灯泡的亮和灭的时间间隔。Q=(R1+R2)/（R1+2R2）为占空比，f=1/【（R1+2R2）C×Ln2】=1/【（2.2K+2×2.2K）×2.2uf×0.69】=100HZ图13为多谐震荡器的波形图图14为多谐震荡器的结构图模块三：预置数计数器的具体逻辑功能：通过十进制计数器74LS160的置数功能，在输入端初始置成0000，然后将其四个输出端中的Qc、Qa经过与门74LS08后，输出端再与两个74LS160组成的十一进制计数器的使能端E

14、NP相连；与门74LS08输出端同时通过非门74LS04与第一个计数器的使能端ENP相连，从而使第一个计数器的输出保持在5。十一进制计数器的最高位输出端连接下一个十进制计数器74LS160的使能端ENP，同时通过非门74LS04连接本计数器的使能端ENP，从而使本计数器的输出保持在10。第三个计数器输出端的输出端中Qc、Qa经过与非门74LS00后与本计数器的使能端ENP相连，从而使计数器的输出保持在5。模块四：时间显示通过状态机模块来控制计数器，使计数器进行计数，数码管显示时间；当计数器分别计数到题目所给时间时，计数器的输出端通过非门，与非门和与门输出高低电平来控制灯泡的熄灭。图15为时间显

15、示器的结构图五、总体设计电路图5.1总体电路图图16为总体电路图5.1仿真结果17为3S时状态图18为 13S时状态图19为15S时状态图20为19S时状态图21为20S时状态图22为硬件实验图1、从图18到图22都是实验的仿真结果，这些仿真结果达到了电动机控制电路设计任务与要求。经检验，本次的设计图完全能做出所要求的效果来。2、当开关A闭合、开关B断开后,灯泡 X1发光,5S后灯泡X2发光，10S第二个灯泡X2熄灭，5S后第一个灯泡X1发光。任何时候闭合开关B，可以停止工作台运行。3、经模拟，以上实验最终结果符合题目要求。六、心得与总结通过这两个学期电子技术知识的学习，我初步掌握了一些基本的

16、模拟电子、数字电子的知识，但当我拿到课程设计的题目时还是觉得比较茫然，不知从何下手，对好多芯片的使用不很了解，在一些工具书上也没查到其具体的功能。因此这个电路设计的可能有点繁杂，肯定有更好的方案我没有发现。在暑假里，我会完善它。在整个课程设计过程中，我遇到了很多很多的问题，其中最大的问题就是把四个模块综合起来，让它满足了我的设计要求！起初，我稍费心思就可以做出各个模块，并让它们达到各自的功能，这还挺简单的。最难的是，把分模块组成一个整体，并让它满足设计要求，我老是顾此失彼，不能做到周全。还好，我试验了一天，最后终于做出来了。总之这次课程设计中，我学到了很多东西。我深刻的感觉到以前只是“纸上谈兵”，通过实践才能将所学的知识转化为实际应用，通过实践才能让学过的知识更加巩固。同时还提高了我的资料查找与应用能力，并为将来做毕业设计等重要课题打下基础。在实践中检验所学并收获所得：首先，通