電工與電子課程設計報告.docVIP

題目 機器人行走電路 班級 11計科（2）班 學號 201110510231 姓名 錢佳能 指導 江老師 時間 2013年12月 景德鎮(zhèn)陶瓷學院電工電子技術課程設計任務書姓名 錢佳能 班級 11計科（2）班 指導老師 江虹 設計課題： 機器人行走電路設計任務與要求本課題設計通過所學電子電工知識設計一個可以自行行走的機器人，能夠自行前進與后退，可以改進成小車，可以搬運一些輕便的貨物以及其他東西，可以給日常生活的人們帶來方便，同時也讓電子科技更加接近人們的生活，也發(fā)掘了自己的潛能和創(chuàng)新意識，鍛煉了自己的能力和思維方式。具體需求如下：1、 分析電路由幾個部分組成，并用方框圖對它進行整體描述；2、 通過555多諧振蕩器產生一定頻率的方波給計數(shù)器，然后用計數(shù)器輸出來驅動時間顯示部分，用計數(shù)器的輸出信號來控制直流電機正反轉控制部分；3、 可調節(jié)周期來控制小車的；4、 畫出系統(tǒng)框圖，寫出詳細的過程；5、 用Altium Designer軟件畫出完整的設計電路圖，并列出元件清單 。設計步驟1、 查閱相關資料，開始撰寫設計說明書；2、 先給出總體方案并對工作原理進行大致的說明；3、 依次對各部分分別給出單元電路，并進行相應的原理、參數(shù)分析計算、功能以及與其他部分電路的關系等等說明；4、 列出標準的元件清單；5、 總體電路的繪制及總體電路原理相關說明；6、列出設計中所涉及的所有參考文獻資料。設計說明書字數(shù)不得少于3000字。參考文獻 1電工技術與電子技術 王鴻明編著 清華大學出版社 20012電路（第四版） 邱關源 主編 高等教育出版社 19993電工與電子技術 榮西林 主編 冶金工業(yè)出版社 2008 4數(shù)控電工電子基礎 姚道如 主編 安徽科學技術出版社 20095電工與電路基礎及運用 楊小平 主編 中國人名大學出版社 2011目錄1、 總體方案與原理說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42、 多諧震蕩電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53、 74HC161計時器顯示電路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64、 直流電機正反轉驅動電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75、 555時基電路圖及波形圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86、 74HC161加法計數(shù)器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97、 總體電路原理圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108、 元件清單；. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129、 參考文獻 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1310、設計心得體會 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141、總體方案與原理說明 分析設計要求，要實現(xiàn)機器人的行走需要有驅動電路，驅動小車行走，同時要有直流電機正反轉電路，控制小車前進與后退。其中驅動電路，由555構成多諧振蕩電路產生的方波驅動74161計數(shù)器進行顯示，計數(shù)滿后驅動JK觸發(fā)器，產生規(guī)則的、周期可調的方波驅動信號；而直流電機正反轉電路則是由驅動信號驅動三極管構成的開關電路，通過三極管的導通與截止來控制直流電動機的正反轉，從而實現(xiàn)小車的前進與后退。 555時基電路構成的多諧振蕩器產生方波信號接到74HC161時鐘端，觸發(fā)74HC16加計數(shù)器計數(shù)，并通過74248驅動七段共陰極數(shù)碼管DPY_7-SEG顯示計數(shù)。加計數(shù)器計數(shù)滿十，通過與非門74HC03產生下降沿信號驅動JK觸發(fā)器，使JK觸發(fā)器構成的T觸發(fā)器輸出取非，從而驅動三極管構成的開關電路，通過各個三極管的導通與截止來實現(xiàn)直流電機兩端的壓差的正負跳變，驅動直流電動機的正反轉，實現(xiàn)小車的前進與后退。其中，通過調節(jié)電位器RP1可以改變多諧電路輸出方波周期，來調節(jié)小車的前進與后退的時間。多諧震蕩器(控制反轉時脈沖寬度)多諧震蕩器(控制正轉時脈沖寬度)七段共陰極數(shù)碼顯示管計數(shù)器電動機門電路，觸發(fā)器 圖1.總體設計方框圖 2、 單元電路1多諧震蕩電路 多諧震蕩電路工作原理：由555定時器構成的多諧振蕩器，接通電源后，電容C2被充電，當VC上升到2/3VCC時，觸發(fā)器被復位，VO為低電平，電容C2放電，使VC下降。當VC下降到（1/3）VCC時，觸發(fā)器又被置位，VO翻轉為高電平。電容器C放電所需的時間為： tPL=RP1Cln2 可近似看成tPL=0.7R2C當C放電結束時，T截止，VCC將通過R1、RP1向電容器C充電，VC由（1/3）VCC上升到（2/3）VCC所需的時間為： tPH=(R1+RP1)Cln2 可近似看成tPH=0.7(R1+RP1)C而當VC上升到（2/3）VCC時，觸發(fā)器又周而復始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為： f=1/(tPL+tPH) 可近似看成f=1.43/(R1+RP1)C 圖2.震蕩原理圖3、單元電路274HC161計時器顯示電路 多諧振蕩電路產生方波信號接入到74HC161時鐘端，驅動741HC61進行加計數(shù)。圖中74HC161接成了10進制加計數(shù)器，計數(shù)滿十時通過74HC00與非門接入到清零端進行清零。由于計數(shù)到10時，便會立刻清零，不會在數(shù)碼管上顯示，所以此時信號很弱，不可以作為觸發(fā)信號驅動JK觸發(fā)器，JK觸發(fā)器觸發(fā)信號是計數(shù)到9時，通過74HC00輸出下降沿信號觸發(fā)。數(shù)碼顯示電路通過74248驅動的七段共陰極數(shù)碼管進行顯示。 圖三.計時器計數(shù)顯示電路原理圖4、單元電路3直流電機正反轉驅動電路 當U7左端輸入為低電平時，Q1,Q4截止，Q2,Q3導通，直流電動機左端為高電平右端為低電平，仿真可知電勢差U=4.95v，直流電機正轉，小車前進。當U7左端輸入為高電平時，Q1,Q4導通，Q2,Q3截止，直流電動機左端為低電平右端為高電平，仿真可知電勢差U=-4.93v,直流電機反轉，小車后退。 圖四.電機正反裝驅動電路圖5、單元電路4555時基電路圖及波形圖555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，它內部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC/3 和 2VCC/3。555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 A1 的反相輸入端的電壓為 2VCC/3，A2 的同相輸入端的電壓為VCC/3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 A2 的輸出為1，可使 RS 觸發(fā)器置1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC/3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。 圖 五.555時基電路圖及波形圖6、 單元電路574HC161加法計數(shù)器從74HC161功能表功能表中可以知道，當清零端CR=“0”，計數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個時候為異步復位功能。當CR=“1”且LD=“0”時，在CP信號上升沿作用后，74LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計數(shù)器加1。74LS161還有一個進位輸出端CO，其邏輯關系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理應用計數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進制以下的任意進制分頻器。 圖六.74hc161加計數(shù)器真值表 圖七.74hc161引腳圖7、 總體電路原理相關說明 機器人前進或后退的時間通過調節(jié)555定時器構成的多諧振蕩器的滑動變阻器RP1調節(jié)脈沖寬度來實現(xiàn)的，若要減少時間，則只要調節(jié)電阻值，使其頻率變大，即可實現(xiàn)時間的變短；同理，若要延長時間，只需減小頻率即可。這樣就實現(xiàn)了前進或后退的時間可調。 555時基電路構成的多諧振蕩器產生方波信號接到74HC161時鐘端，觸發(fā)74HC161加計數(shù)器計數(shù)，并通過74248驅動七段共陰極數(shù)碼管DPY_7-SEG顯示計數(shù)。加計數(shù)器計數(shù)滿十，通過與非門74HC03產生下降沿信號驅動JK觸發(fā)器，使JK觸發(fā)器構成的T觸發(fā)器輸出取非，從而驅動三極管構成的開關電路，通過各個三極管的導通與截止來實現(xiàn)直流電機兩端的壓差的正負跳變，驅動直流電動機的正反轉，實現(xiàn)小車的前進與后退。其中，通過調節(jié)電位器RP1可以改變多諧電路輸出方波周期，來調節(jié)小車的前進與后退的時間?？捎糜嫈?shù)器的Q0和Q3端通過一個與非門來控制JK觸發(fā)器的時鐘信號。這樣，每當計時器完成一個周期的計數(shù)，JK觸發(fā)器完成反轉，實現(xiàn)電動機的正轉。8、總體電路原理圖 9、 元件清單名稱規(guī)格型號位號數(shù)量電阻1KR1、R3、R4、R5、R65個電位器100KR21個電容0.01uFC11個電容10uFC21個三極管2N2904Q1 Q22個三極管2N2219Q4 Q32個電池+1.4VVcc4個555芯片CB7555U11個加計數(shù)器74HC161U21個數(shù)碼管驅動器74248U51個七段共陰極數(shù)碼顯示器74LS48DS1個二極管IN4001D1、D22個JK觸發(fā)器74LS76U6A1個與非門74LS00U3、U42個非門74HC04U71個直流電動機5VMG1個四角插針JP1個 10、 參考文獻 1電工技術與電子技術 王鴻明編著 清華大學出版社 20012電路（第四版） 邱關源 主編 高等教育出版社 19993電工與電子技術 榮西林 主編 冶金工業(yè)出版社 20084數(shù)控電工電子基礎 姚道如 主編 安徽科學技術出版社 20095電工與電路基礎及運用 楊小平 主編 中國人名大學出版社 20116電工電子元器件的選擇與測量 王俊峰 主編 機械工業(yè)出版社 20107二極管激光器與集成電路 （美）拉里A科爾德倫 主編 北京郵電大學出版設 2006 8 數(shù)字電路技術基礎 沈任元 主編 機械工業(yè)出版社 2010 11、 設計心得體會通過一個星期的課程設計實習,我學會了怎么將自己所學的知識整合到實際運用當中。本次路圖的獨立設計，加深了我對相關課程基礎知識的理解與掌握。對數(shù)電、模電所學知識的實際運用有了進一步的了解，特別是555定時器的綜合運用。對以前學的數(shù)電、模電知識有了更深刻的認識與理解，例如二極管、三極管的作用、555定時器的應用。尤其是jk觸發(fā)器的使用，上個學期在教程數(shù)字邏輯中老師曾多次講到jk觸發(fā)器的功能及使用方法，但當時畢竟自己沒有實踐過，對于這個原件也是一知半解，不過通過這次的課程設計，對這個元件的了解有了很大的加深和體會。同時也接觸了更多實際運用中的元件，比如氣敏傳感器等，我們通過自己查資料來了解它，增強了自主學習的能力。在設計電路的