電工與電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

題目 機(jī)器人行走電路 班級(jí) 11計(jì)科（2）班 學(xué)號(hào) 201110510231 姓名 錢佳能 指導(dǎo) 江老師 時(shí)間 2013年12月 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院電工電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書姓名 錢佳能 班級(jí) 11計(jì)科（2）班 指導(dǎo)老師 江虹 設(shè)計(jì)課題： 機(jī)器人行走電路設(shè)計(jì)任務(wù)與要求本課題設(shè)計(jì)通過所學(xué)電子電工知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)可以自行行走的機(jī)器人，能夠自行前進(jìn)與后退，可以改進(jìn)成小車，可以搬運(yùn)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(shí)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(shí)，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(gè)部分組成，并用方框圖對(duì)它進(jìn)行整體描述；2、 通過555多諧振蕩器產(chǎn)生一定頻率的方波給計(jì)數(shù)器，然后用計(jì)數(shù)器輸出來驅(qū)動(dòng)時(shí)間顯示部分，用計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)來控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制部分；3、 可調(diào)節(jié)周期來控制小車的；4、 畫出系統(tǒng)框圖，寫出詳細(xì)的過程；5、 用Altium Designer軟件畫出完整的設(shè)計(jì)電路圖，并列出元件清單 。設(shè)計(jì)步驟1、 查閱相關(guān)資料，開始撰寫設(shè)計(jì)說明書；2、 先給出總體方案并對(duì)工作原理進(jìn)行大致的說明；3、 依次對(duì)各部分分別給出單元電路，并進(jìn)行相應(yīng)的原理、參數(shù)分析計(jì)算、功能以及與其他部分電路的關(guān)系等等說明；4、 列出標(biāo)準(zhǔn)的元件清單；5、 總體電路的繪制及總體電路原理相關(guān)說明；6、列出設(shè)計(jì)中所涉及的所有參考文獻(xiàn)資料。設(shè)計(jì)說明書字?jǐn)?shù)不得少于3000字。參考文獻(xiàn) 1電工技術(shù)與電子技術(shù) 王鴻明編著 清華大學(xué)出版社 20012電路（第四版） 邱關(guān)源 主編 高等教育出版社 19993電工與電子技術(shù) 榮西林 主編 冶金工業(yè)出版社 2008 4數(shù)控電工電子基礎(chǔ) 姚道如 主編 安徽科學(xué)技術(shù)出版社 20095電工與電路基礎(chǔ)及運(yùn)用 楊小平 主編 中國(guó)人名大學(xué)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(jì)時(shí)器顯示電路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64、 直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75、 555時(shí)基電路圖及波形圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86、 74HC161加法計(jì)數(shù)器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97、 總體電路原理圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108、 元件清單；. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129、 參考文獻(xiàn) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1310、設(shè)計(jì)心得體會(huì) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141、總體方案與原理說明 分析設(shè)計(jì)要求，要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行走需要有驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)小車行走，同時(shí)要有直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路，控制小車前進(jìn)與后退。其中驅(qū)動(dòng)電路，由555構(gòu)成多諧振蕩電路產(chǎn)生的方波驅(qū)動(dòng)74161計(jì)數(shù)器進(jìn)行顯示，計(jì)數(shù)滿后驅(qū)動(dòng)JK觸發(fā)器，產(chǎn)生規(guī)則的、周期可調(diào)的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)；而直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路則是由驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)三極管構(gòu)成的開關(guān)電路，通過三極管的導(dǎo)通與截止來控制直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)與后退。 555時(shí)基電路構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生方波信號(hào)接到74HC161時(shí)鐘端，觸發(fā)74HC16加計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并通過74248驅(qū)動(dòng)七段共陰極數(shù)碼管DPY_7-SEG顯示計(jì)數(shù)。加計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)滿十，通過與非門74HC03產(chǎn)生下降沿信號(hào)驅(qū)動(dòng)JK觸發(fā)器，使JK觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器輸出取非，從而驅(qū)動(dòng)三極管構(gòu)成的開關(guān)電路，通過各個(gè)三極管的導(dǎo)通與截止來實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)兩端的壓差的正負(fù)跳變，驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)與后退。其中，通過調(diào)節(jié)電位器RP1可以改變多諧電路輸出方波周期，來調(diào)節(jié)小車的前進(jìn)與后退的時(shí)間。多諧震蕩器(控制反轉(zhuǎn)時(shí)脈沖寬度)多諧震蕩器(控制正轉(zhuǎn)時(shí)脈沖寬度)七段共陰極數(shù)碼顯示管計(jì)數(shù)器電動(dòng)機(jī)門電路，觸發(fā)器 圖1.總體設(shè)計(jì)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(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，接通電源后，電容C2被充電，當(dāng)VC上升到2/3VCC時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，VO為低電平，電容C2放電，使VC下降。當(dāng)VC下降到（1/3）VCC時(shí)，觸發(fā)器又被置位，VO翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C放電所需的時(shí)間為： tPL=RP1Cln2 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R1、RP1向電容器C充電，VC由（1/3）VCC上升到（2/3）VCC所需的時(shí)間為： tPH=(R1+RP1)Cln2 可近似看成tPH=0.7(R1+RP1)C而當(dāng)VC上升到（2/3）VCC時(shí)，觸發(fā)器又周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)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(jì)時(shí)器顯示電路 多諧振蕩電路產(chǎn)生方波信號(hào)接入到74HC161時(shí)鐘端，驅(qū)動(dòng)741HC61進(jìn)行加計(jì)數(shù)。圖中74HC161接成了10進(jìn)制加計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)滿十時(shí)通過74HC00與非門接入到清零端進(jìn)行清零。由于計(jì)數(shù)到10時(shí)，便會(huì)立刻清零，不會(huì)在數(shù)碼管上顯示，所以此時(shí)信號(hào)很弱，不可以作為觸發(fā)信號(hào)驅(qū)動(dòng)JK觸發(fā)器，JK觸發(fā)器觸發(fā)信號(hào)是計(jì)數(shù)到9時(shí)，通過74HC00輸出下降沿信號(hào)觸發(fā)。數(shù)碼顯示電路通過74248驅(qū)動(dòng)的七段共陰極數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 圖三.計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)顯示電路原理圖4、單元電路3直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路 當(dāng)U7左端輸入為低電平時(shí)，Q1,Q4截止，Q2,Q3導(dǎo)通，直流電動(dòng)機(jī)左端為高電平右端為低電平，仿真可知電勢(shì)差U=4.95v，直流電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車前進(jìn)。當(dāng)U7左端輸入為高電平時(shí)，Q1,Q4導(dǎo)通，Q2,Q3截止，直流電動(dòng)機(jī)左端為低電平右端為高電平，仿真可知電勢(shì)差U=-4.93v,直流電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車后退。 圖四.電機(jī)正反裝驅(qū)動(dòng)電路圖5、單元電路4555時(shí)基電路圖及波形圖555 定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC/3 和 2VCC/3。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 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(shí) 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(shí)基電路圖及波形圖6、 單元電路574HC161加法計(jì)數(shù)器從74HC161功能表功能表中可以知道，當(dāng)清零端CR=“0”，計(jì)數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng)CR=“1”且LD=“0”時(shí)，在CP信號(hào)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(dāng)CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器加1。74LS161還有一個(gè)進(jìn)位輸出端CO，其邏輯關(guān)系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。 圖六.74hc161加計(jì)數(shù)器真值表 圖七.74hc161引腳圖7、 總體電路原理相關(guān)說明 機(jī)器人前進(jìn)或后退的時(shí)間通過調(diào)節(jié)555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器的滑動(dòng)變阻器RP1調(diào)節(jié)脈沖寬度來實(shí)現(xiàn)的，若要減少時(shí)間，則只要調(diào)節(jié)電阻值，使其頻率變大，即可實(shí)現(xiàn)時(shí)間的變短；同理，若要延長(zhǎng)時(shí)間，只需減小頻率即可。這樣就實(shí)現(xiàn)了前進(jìn)或后退的時(shí)間可調(diào)。 555時(shí)基電路構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生方波信號(hào)接到74HC161時(shí)鐘端，觸發(fā)74HC161加計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并通過74248驅(qū)動(dòng)七段共陰極數(shù)碼管DPY_7-SEG顯示計(jì)數(shù)。加計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)滿十，通過與非門74HC03產(chǎn)生下降沿信號(hào)驅(qū)動(dòng)JK觸發(fā)器，使JK觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器輸出取非，從而驅(qū)動(dòng)三極管構(gòu)成的開關(guān)電路，通過各個(gè)三極管的導(dǎo)通與截止來實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)兩端的壓差的正負(fù)跳變，驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)與后退。其中，通過調(diào)節(jié)電位器RP1可以改變多諧電路輸出方波周期，來調(diào)節(jié)小車的前進(jìn)與后退的時(shí)間?？捎糜?jì)數(shù)器的Q0和Q3端通過一個(gè)與非門來控制JK觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)。這樣，每當(dāng)計(jì)時(shí)器完成一個(gè)周期的計(jì)數(shù)，JK觸發(fā)器完成反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)。8、總體電路原理圖 9、 元件清單名稱規(guī)格型號(hào)位號(hào)數(shù)量電阻1KR1、R3、R4、R5、R65個(gè)電位器100KR21個(gè)電容0.01uFC11個(gè)電容10uFC21個(gè)三極管2N2904Q1 Q22個(gè)三極管2N2219Q4 Q32個(gè)電池+1.4VVcc4個(gè)555芯片CB7555U11個(gè)加計(jì)數(shù)器74HC161U21個(gè)數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器74248U51個(gè)七段共陰極數(shù)碼顯示器74LS48DS1個(gè)二極管IN4001D1、D22個(gè)JK觸發(fā)器74LS76U6A1個(gè)與非門74LS00U3、U42個(gè)非門74HC04U71個(gè)直流電動(dòng)機(jī)5VMG1個(gè)四角插針JP1個(gè) 10、 參考文獻(xiàn) 1電工技術(shù)與電子技術(shù) 王鴻明編著 清華大學(xué)出版社 20012電路（第四版） 邱關(guān)源 主編 高等教育出版社 19993電工與電子技術(shù) 榮西林 主編 冶金工業(yè)出版社 20084數(shù)控電工電子基礎(chǔ) 姚道如 主編 安徽科學(xué)技術(shù)出版社 20095電工與電路基礎(chǔ)及運(yùn)用 楊小平 主編 中國(guó)人名大學(xué)出版社 20116電工電子元器件的選擇與測(cè)量 王俊峰 主編 機(jī)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(xué)出版設(shè) 2006 8 數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ) 沈任元 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2010 11、 設(shè)計(jì)心得體會(huì)通過一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí),我學(xué)會(huì)了怎么將自己所學(xué)的知識(shí)整合到實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中。本次路圖的獨(dú)立設(shè)計(jì)，加深了我對(duì)相關(guān)課程基礎(chǔ)知識(shí)的理解與掌握。對(duì)數(shù)電、模電所學(xué)知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用有了進(jìn)一步的了解，特別是555定時(shí)器的綜合運(yùn)用。對(duì)以前學(xué)的數(shù)電、模電知識(shí)有了更深刻的認(rèn)識(shí)與理解，例如二極管、三極管的作用、555定時(shí)器的應(yīng)用。尤其是jk觸發(fā)器的使用，上個(gè)學(xué)期在教程數(shù)字邏輯中老師曾多次講到j(luò)k觸發(fā)器的功能及使用方法，但當(dāng)時(shí)畢竟自己沒有實(shí)踐過，對(duì)于這個(gè)原件也是一知半解，不過通過這次的課程設(shè)計(jì)，對(duì)這個(gè)元件的了解有了很大的加深和體會(huì)。同時(shí)也接觸了更多實(shí)際運(yùn)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(qiáng)了自主學(xué)習(xí)的能力。在設(shè)計(jì)電路的