高位碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、電工電子設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào)： 課 程 設(shè) 計(jì)學(xué) 院專 業(yè)班 級(jí)姓 名指導(dǎo)教師年月日目錄1設(shè)計(jì)意義與要求11.1設(shè)計(jì)意義11.2設(shè)計(jì)要求12方案設(shè)計(jì)22.1設(shè)計(jì)思路22.2設(shè)計(jì)框圖22.3方案設(shè)計(jì)32.4方案比較43部分電路設(shè)計(jì)63.1 74LS194移位寄存器63.2脈沖數(shù)出電路73.3四輸入與非門（74HC4002）94 調(diào)試與檢測(cè)114.2 調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果11結(jié)束語(yǔ)（體會(huì)與總結(jié)）12參考文獻(xiàn)131設(shè)計(jì)意義與要求1.1設(shè)計(jì)意義 自動(dòng)控制的出現(xiàn)，使靜態(tài)的燈變成動(dòng)態(tài)起來(lái)，增添了世界的活力。而作為現(xiàn)代大學(xué)生，實(shí)踐動(dòng)手能力尤為重要，通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，用利于我們運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，做到學(xué)以致用，讓我們不止局限于課

2、本理論知識(shí)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)我對(duì)74系列的一些芯片的運(yùn)用有了更深的理解，鍛煉了自己的思維能力使自己對(duì)課本學(xué)的知識(shí)得到更深的理解與運(yùn)用。1.2設(shè)計(jì)要求1）現(xiàn)有12只彩燈，紅綠藍(lán)紅綠藍(lán)紅綠藍(lán)紅綠藍(lán)排成一條直線，試設(shè)計(jì)一控制電路，要求彩燈能實(shí)現(xiàn)如下追逐圖案；2）紅綠2種燈從前往后驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮閃爍，每05秒往前進(jìn)一步；3）藍(lán)燈從后往前驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮閃爍，每05秒進(jìn)一步； 4）霓虹燈控制工作狀態(tài)按照上述2至3步自動(dòng)重復(fù)循環(huán)，另外，還可以自行編制各種彩燈追逐圖案。5）嚴(yán)格按照課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要求撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。2方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)思路1. 根據(jù)課程設(shè)計(jì)要求：以0.5秒為一個(gè)脈沖，需要產(chǎn)生一個(gè)脈沖源，可以用555定時(shí)器

3、構(gòu)成多諧振蕩器電路，利用合適的電阻和電容產(chǎn)生2HZ的方波。2. 根據(jù)課程設(shè)計(jì)要求：紅綠燈從前往后依次亮，黃燈從后往前亮，并且同步發(fā)生，可以用一個(gè)芯片同時(shí)接到燈擺放的順序?yàn)榧t綠黃一組，共四組的電路上。3. 根據(jù)課程設(shè)計(jì)要求：要實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的循環(huán)，須利用產(chǎn)生的信號(hào)到某一步后反饋使芯片清零使整個(gè)電路的工作狀態(tài)重置。2.2設(shè)計(jì)框圖控制燈的熄滅4位環(huán)形計(jì)數(shù)器方波脈沖發(fā)生器控制輸入恒定為0001字符串信號(hào)接收脈沖信號(hào)，上升沿觸發(fā)，使信號(hào)右移信號(hào)為1000時(shí)反饋清零，電路重置2.3方案設(shè)計(jì)2.3.1 設(shè)計(jì)方案一電路圖 圖1 個(gè)人霓虹燈控制設(shè)計(jì)電路 本電路是由555定時(shí)器組成2HZ的脈沖信號(hào)，通過(guò)一個(gè)與門U2

4、來(lái)控制整個(gè)電路的開(kāi)關(guān)。在正常工作狀態(tài)下，脈沖信號(hào)連接74LS194的CP，使芯片在上升沿觸發(fā)，構(gòu)成同步時(shí)序邏輯電路。計(jì)數(shù)器工作之前應(yīng)先進(jìn)行置數(shù)。置成0001。S0為1，與非門74HC4002來(lái)控制S1的高低電位，以實(shí)現(xiàn)芯片的右移和重新置數(shù)功能。通過(guò)開(kāi)關(guān)控制使能端MR的高低電位以實(shí)現(xiàn)芯片的開(kāi)關(guān)，MR=0時(shí)，兩個(gè)觸發(fā)器均被復(fù)位，寄存器內(nèi)寄存的全部數(shù)據(jù)均被清零。只有MR=1時(shí)，寄存器才能正常工作。2SR用來(lái)輔助芯片完成置數(shù)。通過(guò)芯片74LS194中的Q0，Q1，Q2，Q3分別來(lái)控制12盞以紅綠黃為一組的燈的亮滅，芯片的Q0，Q1，Q2，Q3依次為高電位，使燈以紅綠藍(lán)為一組依次亮滅。這樣就能完成設(shè)計(jì)要

5、求。2.3.2小組設(shè)計(jì)方案二電路圖本電路是由555定時(shí)器組成2HZ的脈沖信號(hào)，在正常工作狀態(tài)下，脈沖信號(hào)連接74LS194的CP，使芯片在上升沿觸發(fā)。計(jì)數(shù)器工作之前應(yīng)先進(jìn)行置數(shù)。置成0001。S0,MR為1。通過(guò)開(kāi)關(guān)控制使能端S1的高低電位以實(shí)現(xiàn)芯片的重新置數(shù)和右移。S1=1時(shí)，觸發(fā)器均被復(fù)位重新置數(shù)為0001。只有S1=0時(shí)，寄存器才能正常工作,有右移功能。2SR做為Q3的反饋端，輔助芯片置數(shù)。通過(guò)芯片74LS194中的Q0，Q1，Q2，Q3分別來(lái)控制12盞以紅綠藍(lán)為一組的燈的亮滅，芯片的Q0，Q1，Q2，Q3依次為高電位，使燈以紅綠藍(lán)為一組依次亮滅。這樣就能完成設(shè)計(jì)要求。2.4方案比較 我

6、設(shè)計(jì)的方案與小組設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方案比較：由于開(kāi)關(guān)控制的相當(dāng)于一個(gè)產(chǎn)生低點(diǎn)位的裝置，所以我的方案將芯片的MR接到開(kāi)關(guān)處，以實(shí)現(xiàn)燈的全滅和芯片的清零。與小組的直接接高位信號(hào)而導(dǎo)致關(guān)閉開(kāi)關(guān)后燈依然會(huì)亮且打開(kāi)后電路不能清零。但小組的直接將脈沖源接到芯片上，而且少了芯片74HC4002的運(yùn)用，還有器材也很少，雖然有點(diǎn)小缺陷，但總的來(lái)比較的話，兩種方案的思路是不同的，所用的元器件也是不相同。相對(duì)而言小組方案跟簡(jiǎn)單些用得芯片更少。有利于節(jié)省成本。123部分電路設(shè)計(jì)3.1 74LS194移位寄存器74LS194是一種功能比較齊全的4位雙向移位寄存器。它具有清除，保持，并行輸入，右移位串行輸入和左移位串行輸入數(shù)據(jù)等

7、五種功能。如表功能圖。74LS194功能表功能輸 入輸 出MRS1S0CLKSLSRD0D1D2D3Q0Q1Q2Q3清除00000保持1保 持100置數(shù)111d0d1d2d3d0d1d2d3右移10111Q0nQ1nQ2n10100Q0nQ1nQ2n左移1101Q1nQ2nQ3n11100Q1nQ2nQ3n0 MR是清零端； CLK是脈沖輸入端； S0，S1是工作狀態(tài)控制端； SL是左移時(shí)的串行輸入端； SR是右移時(shí)的串行輸入端； Q0,Q1,Q2,Q3是并行輸出端； D0,D1,D2,D3是并行輸入端； 控制端M0，M1的四種狀態(tài)，決定移位寄存器的四種工作狀態(tài):M1=MO=0時(shí)或CLK=0，

8、移位寄存器“禁止操作，輸出端輸出保持不變；M1=M0=1時(shí)，并行數(shù)據(jù)輸入端D0,D1,D2,D3的數(shù)據(jù)在CLK脈沖上升沿作用下，置入移位寄存器，并在輸出端Q0,Q1,Q2,Q3顯示；M1=0，MO=1時(shí)，在CLK脈沖上升沿作用下，移位寄存器進(jìn)行右移操作；M1=1，M0=0時(shí)，在CLK脈沖上升沿作用下，移位寄存器進(jìn)行左移操作；此次引腳4，5，6接低點(diǎn)位，引腳3，9接搞電位，引腳10接反饋端，1接開(kāi)關(guān)。計(jì)數(shù)器工作時(shí)的狀態(tài)圖如圖：10000100001000010000 輸出的高電位使LED燈亮，由于電位高低的循環(huán)，使燈的亮滅也準(zhǔn)從一定的循環(huán)關(guān)系。3.2脈沖數(shù)出電路如圖是555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器

9、的功能圖。清零端高觸發(fā)端低觸發(fā)端Q放電管T功能0XX0導(dǎo)通直接清零101X保持保持110X保持保持10010110導(dǎo)通截止置1清零555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)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(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，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(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C

10、2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0,輸出為 0 電平。 定時(shí)器555通過(guò)外接電阻、電容與電位器構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生方波。電路圖如上圖所示。多諧振蕩電路工作原理接通電源后，電容C1放電，當(dāng)VC上升到2/3VCC時(shí)，放電三極管T導(dǎo)通，此時(shí)VO為低電壓，電容C1通過(guò)R2和T放電，使VC下降。當(dāng)VC下降到（1/3）VCC時(shí)，VO翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C放電所需的時(shí)間為：tPL=R2Cln2可近似看成tPL=0.7R2C 當(dāng)C放電結(jié)束時(shí)，T截止，VCC將通過(guò)R1、R2向電容器C1充電，VC由（1/3）VCC上升到（2/3）VCC所需的時(shí)間為:tPH=(R1+R2)Cln2可近似看成tPH=0.7(R

11、1+R2)C 而當(dāng)VC上升到（2/3VCC時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平，如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端的矩形波。電路的工作波形如圖2.8所示，其振蕩頻率為：f=1/( tPL+tPH)可近似看成f=1.43/(R1+2R2)C由該公式可以算出R1=10K,R2=30K，C1=10uf時(shí)，f=2.06HZ，與給出的標(biāo)準(zhǔn)頻率相近。由于555內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，故它的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。并且電容C2起到抗干擾作用，提高整個(gè)電路的穩(wěn)定性。3.3四輸入與非門（74HC4002） 輸 入輸 出ABCDY111101 只有輸入全為1時(shí)，輸出才為0。通過(guò)接受芯片輸出

12、端的信號(hào)來(lái)反饋控制是S1，能控制芯片的置數(shù)和右移。3.4與門 輸入輸出ABY000010100111由于輸入有一端的輸入信號(hào)是脈沖，通過(guò)控制另一端電位來(lái)控制輸出，從而控制整個(gè)電路的工作與否。當(dāng)另一端輸入為高電位，則輸出的信號(hào)時(shí)和脈沖源的信號(hào)一致；當(dāng)另一端輸入為低電位，則輸出的信號(hào)為低電位，整個(gè)電路不工作。4 調(diào)試與檢測(cè) 4.1調(diào)試中的故障及解決方法 通過(guò)PROTUES仿真，發(fā)現(xiàn)555定時(shí)器并沒(méi)有脈沖數(shù)出，無(wú)論怎改都不行。請(qǐng)同學(xué)來(lái)看，發(fā)現(xiàn)電源室直接放在總線旁邊，導(dǎo)致沒(méi)連接上。結(jié)果引一根線出來(lái)再連接到電源上，就成功了。 開(kāi)關(guān)接到低電位，電路暫停工作，但燈依然亮著，再打開(kāi)開(kāi)關(guān)后沒(méi)有重新開(kāi)始。經(jīng)過(guò)思考

13、后將MR接到開(kāi)關(guān)的一根導(dǎo)線上，通過(guò)開(kāi)關(guān)能控制MR的高低電位，從而達(dá)到理想中的結(jié)果。 燈不亮，同樣是像中的問(wèn)題，沒(méi)有真正接到地，重新引一根導(dǎo)線接到地后正常工作。4.2 調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果當(dāng)經(jīng)過(guò)以上的調(diào)試糾錯(cuò)后，開(kāi)關(guān)接到高電位，紅綠2種燈從前往后驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮閃爍，每05秒往前進(jìn)一步，藍(lán)燈從后往前驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮閃爍，每05秒進(jìn)一步，工作狀態(tài)按照上述自動(dòng)重復(fù)循環(huán)。開(kāi)關(guān)接到低電位，燈全部熄滅，并且與門輸出為低電位，芯片接受不到脈沖。開(kāi)關(guān)再次接到高電位時(shí)，燈全部重新開(kāi)始亮，并且其循環(huán)模式和上面的一樣。和課題要求的一致。結(jié)束語(yǔ)（體會(huì)與總結(jié)）做這個(gè)設(shè)計(jì)我從中獲益很多：1）以前對(duì)很多芯片一知半解，一些芯片的功能和作用都不是很理解?，F(xiàn)在懂很多。而且有時(shí)是通過(guò)實(shí)踐可以更加的了解自己不熟悉的東西，說(shuō)明了實(shí)踐的重要性。2）在這次設(shè)計(jì)中，我明白了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，大家會(huì)聚起來(lái)的智慧是偉大的。3）在這次課程設(shè)計(jì)中，我查找很多資料，明白了以前很多未明白的地方。4）在這次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)會(huì)了PROTUES仿真軟件，為以后自己做電路打下了基礎(chǔ)。5）在這次課程設(shè)計(jì)中，我知道并體會(huì)了課程設(shè)計(jì)的流程，在其中我們可能會(huì)遇到很多，但只要認(rèn)真努力，一定會(huì)有成果的。6）明白的東西，但我們要邊學(xué)