電子技術(shù)課程設(shè)計報告--控制器設(shè)計報告

1、<p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計報告</p><p>　　課程名稱： “方向之星”控制器 </p><p>　　系 部： 材料科學與工程學院 </p><p>　　專業(yè)班級： 新能源材料與器件11-1班 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　___

2、_____ </p><p>　　指導教師： </p><p>　　完成時間： 2013年7月23日 </p><p>　　“方向之星”控制器設(shè)計報告</p><p><b>　　內(nèi)容提要: </b></p><p>　　由電子電路設(shè)計一組燈飾，把它安裝在小汽車的

3、后窗上，用以提示小汽車的左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車等行車情況，該組燈飾叫 “方向之星”。</p><p><b>　　設(shè)計內(nèi)容及要求: </b></p><p>　　正常直線行駛時,兩排小燈不亮。這時若緊急剎車(按鍵J),左(右)排燈同時閃亮,速率1次/秒;</p><p>　　左轉(zhuǎn)彎（按鍵L）時，左排燈（4個）依次向左閃亮；這時若緊急剎車(按鍵J)

4、,左排燈同時閃亮,速率1次/秒;</p><p>　　右轉(zhuǎn)彎（按鍵R）時，右排燈（4個）依次向右閃亮；這時若緊急剎車(按鍵J), 右排燈同時閃亮,速率1次/秒;</p><p>　　只要按鍵L、按鍵R同時按下，兩排小燈不亮，但要 設(shè)計一個聲光提示電路，提示操作有誤.</p><p>　　三、設(shè)計思路及原理: </p><p><b>

5、;　　系統(tǒng)概述</b></p><p>　　對上述設(shè)計要求進行分析，由于汽車正常運行、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、緊急剎車及左轉(zhuǎn)急剎車，右轉(zhuǎn)急剎車時，所有燈閃亮的次序和是否閃亮是不同的。所以，我們要想辦法把燈光閃亮次序及是否閃亮的信號轉(zhuǎn)化成二進制碼，故要用到譯碼器，以及用來進行計數(shù)的二進制加法器。當然，若要小燈泡達到閃亮的效果，還需一個555計時器作計時脈沖。故大致的的方案圖如下圖所示。 </p>

6、<p><b>　　方案圖</b></p><p>　　首先，執(zhí)行操作時出現(xiàn)依次閃亮的情況，閃亮頻率是1次/秒；說明小燈泡接收的是間隔時鐘脈沖，需要利用由“555”定時器設(shè)置相應(yīng)的時間間隔，可通過選用適當大小的電阻、電容元件等進行調(diào)節(jié)使之頻率為1次/秒。</p><p>　　其次，因為左右各有4支燈依次閃亮，所以需要使555定時器輸出端作用到4進制加法計

7、數(shù)器；4進制加法計數(shù)器可由74LS160連接成四進制計數(shù)器，利用置數(shù)法，預(yù)置數(shù)為0000，去掉6個計數(shù)狀態(tài)，即可實現(xiàn)4進制計數(shù)。</p><p>　　最后是譯碼過程，譯碼過程可以使用3/8線譯碼器中最常用的74LS138型譯碼器，74LS138型譯碼器的輸出是低電平有效，經(jīng)非門后，依次產(chǎn)生高電平來控制小燈泡的閃爍情況。 </p><p>　　2． 單元電路設(shè)計、仿真與分析<

8、/p><p>　　(1)多諧振蕩器—輸出脈沖信號源</p><p><b>　　脈沖發(fā)生電路圖：</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　由555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)知，2個比較器觸發(fā)輸入端6和2是接在一個端點上</p><p>　　并跟電容C連接，這個

9、端點上的電位的變動，決定兩個比較器的輸出電平的情況，進而決定了RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。電源經(jīng)和R2給電容C充電，當上升到時，==，輸出電壓為低電平，放電管T導通，電容C經(jīng)和放電端7放電，開始下降，當下降到時，==，輸出電壓為高電平。同時放電管T截止，放電端7斷開，電源又經(jīng)和R2給電容C充電，使上升。這樣周而復始，電容電壓形成了一個周期性充電放電的指數(shù)波形，輸出電壓就形成周期性的矩形脈沖。</p><p>　　在這里

10、，根據(jù)要求，小燈在閃爍時的頻率為1次/秒，經(jīng)計算得知，我們需要的電阻R1和R2的阻值均應(yīng)為0.5MΩ，而且，充電電路中的電容C1的大小應(yīng)為1μF ，放電電路中的電容C2的大小應(yīng)為0.01μF。故計算可得其：</p><p>　　充電時間：=0.7（R1+R2）C1=0.7*1.0*1=0.7s </p><p>　　放電時間：=0.7R2C2=0.7*0.5*1=0.35s</p&g

11、t;<p>　　周期T=+=1.05s≈1s，即頻率成功的控制為1次/秒。</p><p>　　(2) 四進制加法計數(shù)器 </p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　本次設(shè)計中我們需要的是4進制加法計數(shù)器，即要有4個狀態(tài)，而74LS160型芯片在技術(shù)過程中有16個狀態(tài)，因此必須設(shè)法跳過12個狀態(tài)。首先將輸入端

12、A，B，C，D都接地，即輸入端輸入恒為0000。計數(shù)器從0000狀態(tài)開始計數(shù)，當計到第4個狀態(tài)后，即計數(shù)器的狀態(tài)為0011時，將QA和QB通過一個與非門接到同步置數(shù)端LD’（低電平有效）時，QA和QB此時同為1，經(jīng)非門后LD’為0，此時計數(shù)器強制置零，回到最初的0000狀態(tài)。此后清零信號消失，計數(shù)器重新從0000狀態(tài)計數(shù)。</p><p>　　應(yīng)用74160構(gòu)成的四進制計數(shù)器邏輯電路及有效循環(huán)狀態(tài)如圖所示。邏輯電

13、路中，時鐘脈沖端接由555定時器接來的頻率為1次/秒的脈沖信號，這樣，電路就跳過了0100~1111這12個狀態(tài)，實現(xiàn)4進制計數(shù)。</p><p>　?。?） 二進制譯碼器：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　上圖為74138的引腳圖，該譯碼器有3個輸入A、B、C，他們共有8種狀態(tài)的組合，由二進制代碼表示，即可譯出

14、對應(yīng)的8個輸出信號，輸出信號為高電平，該譯碼器稱為3線-8線譯碼器。譯碼器設(shè)置了、和三個使能輸入端，由功能表可知，當為1，且和均為0時，譯碼器處于譯碼狀態(tài)。</p><p>　　在本例中，由左右邊的各四盞燈想到，令C端來控制左右，本設(shè)計中是將Y0-Y3分別用引線接到左邊四個燈，用C=0時來控制，而Y4-Y7分別用引線接到右邊四個燈，用C=0來控制。</p><p><b>　?。?/p>

15、4）燈光控制電路</b></p><p><b>　　（4）</b></p><p>　　在本設(shè)計中，分別用八個與非門接八個燈泡。對左邊四燈而言，每個與非門的一條線依次分別接到Y(jié)0-Y3，另一條線同時接在一個三線與非門的輸出端；對右邊四燈而言，每個與非門的一條線依次分別接到Y(jié)4-Y7，另一條線同時接在另一個三線與非門的輸出端</p><

16、p>　?。?）邏輯控制電路及開關(guān)系統(tǒng)</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　試驗時：</b></p><p>　?、貸開關(guān)閉合時（即直行急剎車時），J接地，輸出為低電平，又J與譯碼器的G1端相連接，即G1的輸入為低電平，則由譯碼器的工作原理可知，此時譯碼器不工作；此時兩個三輸入與非門

17、的輸入分別為時鐘脈沖，J開關(guān)經(jīng)過非門輸出的高電平以及左（右）轉(zhuǎn)開關(guān)未閉合而產(chǎn)生的高電平，故兩個三輸入與非門的輸出均為頻率為1次/秒的時鐘脈沖，又譯碼器不工作時輸出均為高電平，故經(jīng)八個兩輸入的與非門后，八個燈泡將產(chǎn)生閃爍的現(xiàn)象，且頻率為1次/秒。</p><p><b>　　圖示1</b></p><p>　?、谥挥蠰閉合時（即左轉(zhuǎn)時），L與譯碼器的C端相連，此時C段輸

18、入恒為低電平，只有A,B兩個輸入端可以變化，此時譯碼器只有Y0-Y3四個輸出端有變化，Y4-Y7輸出端的輸出恒為高電平。</p><p>　　又此時L開關(guān)關(guān)閉，故控制右邊四個燈的三輸入端與非門的輸出恒為高電平，結(jié)合前面分析可知，此時右邊四個燈不會亮。由R開關(guān)打開，則控制左端四個燈的三輸入與非門的輸出為時鐘脈沖。</p><p>　　最后，在譯碼器和時鐘脈沖的共同作用下，左邊四個燈從右向左依

19、次閃爍，頻率為1次/秒。</p><p><b>　　圖示2 </b></p><p>　?、壑挥蠷閉合時（即右轉(zhuǎn)時），L打開，故譯碼器的C輸入端恒為高電平，此時R開關(guān)關(guān)閉，故控制左邊四個燈的三輸入端與非門的輸出恒為高電平，結(jié)合前面分析可知，此時左邊四個燈不會亮。由L開關(guān)打開，則控制右端四個燈的三輸入與非門的輸出為時鐘脈沖。</p><p>　

20、　最后，在譯碼器和時鐘脈沖的共同作用下，右邊四個燈從左向右依次閃爍，頻率為1次/秒。</p><p><b>　　圖示3</b></p><p>　?、墚擫,J同時閉合（即在左轉(zhuǎn)的同時急剎車），同①對只有J閉合時的分析相同，因為只要有J閉合時，譯碼器就是處于不工作狀態(tài)的；又由②對只有L閉合時的分析，此時只有左邊四個燈有可能閃爍，右邊四個燈一定不會閃爍。綜合兩者，經(jīng)過對

21、電路分析可知，在L,J同時閉合的情況下，產(chǎn)生的結(jié)果就是左邊四個燈同時閃爍，并且閃爍的頻率為1次/秒。</p><p><b>　　圖示4</b></p><p>　?、莓擱,J同時閉合（即在右轉(zhuǎn)的同時急剎車），同①對只有J閉合時的分析相同，因為只要有J閉合時，譯碼器就是處于不工作狀態(tài)的；又由③對只有R閉合時的分析，此時只有右邊四個燈有可能閃爍，左邊四個燈一定不會閃爍。

22、綜合兩者，經(jīng)過對電路分析可知，在R,J同時閉合的情況下，產(chǎn)生的結(jié)果就是右邊四個燈同時閃爍，并且閃爍的頻率為1次/秒。</p><p><b>　　圖示5</b></p><p>　?、蕻擫,R同時閉合時（即同時向左右轉(zhuǎn)時），由常識可知小汽車不可能同時向左右兩個方向轉(zhuǎn)，故此時系統(tǒng)將產(chǎn)生報警信號，報警信號燈會亮起。</p><p>　　當L,R同時

23、接通時，二者輸出的均為低電平，通過或非門后，將產(chǎn)生高電平信號，又由于此高電平信號恒輸入到譯碼器的G2A’端，導致譯碼器在此情況下無法工作，其輸出端Y0-Y7輸出的恒為高電平；又L,R閉合時，導致分別控制左右四個燈的兩個三輸入與非門輸出恒為高電平，在八個與非門的作用下，向八個小燈輸出的恒為低電平，小燈不亮。</p><p>　　L,R輸出的低電平經(jīng)或非門恒輸出高電平，使報警小燈發(fā)光。</p><

24、p><b>　　圖示6</b></p><p>　　3．電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　(1)電路元器件的測試</p><p><b>　?、匐娫措妷旱臏y試</b></p><p>　　本次設(shè)計中使用的電壓的大小是5V直流電壓，將萬用表的旋鈕旋到20V直流電壓檔，紅表筆接高電平，黑表筆端

25、接地，測得電壓大小為4.8V，在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，該電源符合實驗要求；</p><p>　?、?4LS160四進制加法計數(shù)器的測試</p><p>　　將74LS160芯片的1,7,10,16端均接高電平，將3,4,5,6,8端均接地，將13,14端分別接在兩個小燈泡上，并通過一個與非門接在9端，此時會看到兩個小燈出現(xiàn)全滅，左邊燈亮，右邊燈亮，全亮，全滅的循環(huán)，即產(chǎn)生了00,01,10

26、,11的循環(huán)，說明該74LS160芯片是完好的。</p><p>　?、?4LS138譯碼器的測試</p><p>　　將74LS138芯片的3，4,5,8端接地，6,16端接高電平。12,13,14,15端分別接在四個小燈泡上，1,2端分別接（低，低），（低，高），（高，低），（高，高）四種情況，此時發(fā)現(xiàn)四個燈泡沒有出現(xiàn)正常的依次閃亮的現(xiàn)象，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)該芯片與面包板接觸不良，重新?lián)Q過芯片

27、后，出現(xiàn)了理想的效果。</p><p>　?、?4LS00（二輸入與非門），74LS04（非門），74LS10（三輸入與非門），</p><p>　　74LS11（三輸入與非門），74LS27（三輸入或非門）各芯片的測試</p><p>　　根據(jù)各芯片的邏輯功能，通過與小燈泡連接，控制芯片輸入端的高低電平，觀察小燈泡的亮滅情況，從而判斷各芯片的完好與否。經(jīng)試驗驗證，

28、以上所有芯片均完好可以使用。</p><p>　?。?）電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　根據(jù)電路圖，在面包板上依次插入各個芯片，對照電路圖和芯片引腳關(guān)系，依次連線。不過，在線路的連接及連接好后的調(diào)試過程，我們發(fā)現(xiàn)了很多問題。</p><p>　　①在連接線路時，面包板上并沒有可供使用的開關(guān)，在老師指點下，我們就用連接線的一端直接用手在面包板上插入或拔出接地端，

29、以此來代替開關(guān)實現(xiàn)開關(guān)的打開閉合功能。</p><p>　　②線路連接完成后，閉合J或L或R開關(guān)，小燈泡并沒有亮，我們檢查了電路并沒有發(fā)現(xiàn)問題，向老師尋求幫助，老師告訴我們小燈泡也要供電，其他連接的線只相當于開關(guān)功能，即使連接沒問題也只能說明開關(guān)的連接正確，還是不能讓小燈泡亮。所以我們就將小燈泡與5V電壓相連接，排除了此故障。</p><p>　?、垭娫垂收吓懦螅俅伍]合開關(guān)，小燈泡仍然

30、不亮。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，我們使用各種門電路的芯片的接地端與高電平端沒有連接，在仿真模擬時，這些門電路直接默認是通電狀態(tài)，但是實際連接時，還是要將各芯片的高電平端接電源，接地端接地。發(fā)現(xiàn)問題后，我們就及時做了改正，把缺的線連接上了。</p><p>　?、苄酒收吓懦?，再次閉合開關(guān)，小燈泡開始亮起來，但是與我們要實現(xiàn)的目標要求相比卻不完全相符。對小燈閃爍亮滅的規(guī)律分析發(fā)現(xiàn)，凡是關(guān)于小燈閃爍的環(huán)節(jié)，特別是需要小燈全部閃爍

31、的環(huán)節(jié)，都出現(xiàn)了問題，我們分析應(yīng)該是555定時器出現(xiàn)錯誤。詢問老師，老師也說應(yīng)該是555定時器的脈沖不穩(wěn)定或者一下子帶不動那么多小燈泡。</p><p>　　在老師的建議下，我們把555定時器上連接的一根線連接到試驗箱的單脈沖發(fā)射端，同時用手動及555定時器給小燈泡加脈沖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)前面所有的問題都解決了。我們連接的電路成功的實現(xiàn)了要求的所有功能。</p><p><b>　　四．

32、心得體會及建議</b></p><p>　　經(jīng)過這一個多星期的電子電路課程設(shè)計，我們學到了很多，不僅是知識水平的提高，而且更是動手能力及學習態(tài)度的提高。</p><p>　　雖然在本學期的課程中，我們曾系統(tǒng)學習了《電工學·電子技術(shù)》一書，但是真正要自己動手操作，完成一個實用有效的電子電路應(yīng)用方案，對我們來說，確實是個不小的挑戰(zhàn)。在第一周周一的理論課上，老師為我們講解了

33、一下各個課題的要求，并簡單介紹了各個課題的參考方案圖。最后，老師教了我們一個在電子電路方面比較實用的基本的軟件---EWB的使用。</p><p>　　接下來的一周時間里，我和我的隊友一起在網(wǎng)上找資料，我們是從需要用到的的每個芯片的引腳，功能，等最基本的開始做起，后來，我們在網(wǎng)上找到了參考答案，但是在EWB軟件上仿真模擬的時候，發(fā)現(xiàn)根本就實現(xiàn)不了所要求的功能，仔細檢查才發(fā)現(xiàn)，那個所謂的參考答案有幾出錯誤，有些還是

34、最基本的錯誤，而且電路有些復雜。我們就著手進行改正，到最后發(fā)現(xiàn)還是有個功能實現(xiàn)不了。</p><p>　　再后來老師答疑的時候，李玉長李老師給了我們提示，可以用譯碼器C輸入端的高低電平分別控制左右，這樣既可以充分運用譯碼器功能，還能簡化電路。所以，我們決定放棄網(wǎng)上搜來的答案自己設(shè)計電路，最后在老師的幫助下，我們共同努力制作出了自己的電路。雖然耗費了大量精力，但是最終看著自己親手設(shè)計的電路，還是很高興的。</

35、p><p>　　我們想，我們連接的電路在EWB軟件上仿真模擬的很成功，實際連接肯定很快就能連接好。后來，我們才發(fā)現(xiàn)我們錯了。老師要我們先對芯片進行測試，但是我們圖快，抱著僥幸心理直接連線，連接完后發(fā)現(xiàn)功能實現(xiàn)不了，不得已只能把部分線拆掉，重新開始逐一檢測芯片，果然，發(fā)現(xiàn)74LS138芯片不能用，后來發(fā)現(xiàn)是接觸不良的原因，換了芯片之后，我們又開始繼續(xù)連線，就這樣第一天沒能完成任務(wù)，不過我們也懂得了心急吃不了熱豆腐，做實

36、驗應(yīng)該本著務(wù)實的精神，不怕麻煩，認真仔細，聽從老師建議，這樣才能做好實驗。</p><p>　　第二天，接著前一天的工作，連接好線路，閉合開關(guān)卻沒有得到我們想要的結(jié)果，仔細檢查電路才發(fā)現(xiàn)我們犯了很多小錯誤。這些錯誤中有些是我們粗心馬虎犯的錯，當然有些是我們自己的知識儲備不足造成的。不過，在老師的耐心教導及我們自身的學習改正下，最終我們還是順利的完成了電路圖連接，并實現(xiàn)了所有功能。</p><p

37、>　　在這次課程設(shè)計中，我們深刻的認識到了從理論落實到實踐環(huán)節(jié)的難度，雖然整個過程很累，但是很有意義。讓我們對學習過的知識有了更好的把握和更系統(tǒng)的認識，同時也是對自身知識水平的檢驗與提升，以及動手能力及團隊合作能力的鍛煉。</p><p>　　當然，我們實驗的成功離不開李老師和苗老師的全程的悉心指導，從對每個芯片的認識到電路圖的設(shè)計，從線路的連接到具體問題的解決，兩位老師都一直在我們身邊鼓勵，指導。雖然天氣

38、很炎熱，雖然實驗室休息不好，但老師依然辛苦工作，所以，在這里我們還要真誠地謝謝兩位老師，老師你們辛苦了。</p><p><b>　　五．附錄</b></p><p>　　附錄一 元器件明細表</p><p>　　附錄二 電路完整原理圖</p><p><b>　　六．參考文獻</b></p&