電力拖動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、第一章 緒論1.1 電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)性質(zhì)*電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)是在學(xué)完模擬電子術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)課程之后，安排的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。使學(xué)生能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行實(shí)際電子線路的設(shè)計(jì)、裝接、調(diào)試等。*通過完成一個(gè)課題的電路設(shè)計(jì)、理論計(jì)算及實(shí)驗(yàn)調(diào)試任務(wù)，鞏固和加深電子技術(shù)課程中所學(xué)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。 *在實(shí)踐中提高分析問題、解決實(shí)際問題的能力，為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐打下一定基礎(chǔ)。1.2 綜合設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)1、  不同于平時(shí)的習(xí)題 作習(xí)題主要是為了加深對課堂上講解知識(shí)的理解，題目內(nèi)容涉及面較單一，在給定的理想化的條件下，經(jīng)過抽象加工后，不難得出標(biāo)準(zhǔn)答案。 而電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)任務(wù)，多是實(shí)際的“模擬”

2、或“數(shù)字”電路裝置，它涉及的知識(shí)多而廣，沒有固定的答案，只能從實(shí)際出發(fā)，通過調(diào)查研究，查詢資料，方案比較，設(shè)計(jì)計(jì)算得到比較好的設(shè)計(jì)方案后，再通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試，使理論設(shè)計(jì)逐步完善，最后達(dá)到實(shí)際要求。 2、  不同于一般的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)著重點(diǎn)是放在驗(yàn)證基本理論和電路性能上，通過實(shí)驗(yàn)只能初步了解電路實(shí)驗(yàn)的步驟和基本方法，熟悉常用電子儀器設(shè)備的使用方法。 而電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)，正是為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)腦又動(dòng)手，獨(dú)立開展電路設(shè)計(jì)、調(diào)試的機(jī)會(huì)。可以運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段檢驗(yàn)理論設(shè)計(jì)中的問題所在，又可運(yùn)用學(xué)過的知識(shí)，指導(dǎo)電路調(diào)試工作，使電路更加完善。3、  不同于畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)工科學(xué)生的最后一個(gè)教

3、學(xué)環(huán)節(jié)，它要求學(xué)生綜合運(yùn)用公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的知識(shí)，去解決工程實(shí)際問題； 完成工程技術(shù)人員必須具有的基本能力的訓(xùn)練； 從題目的廣泛和深度上，畢業(yè)設(shè)計(jì)比電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)要難。 4、 電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì) 圍繞一門課程內(nèi)容做綜合性的訓(xùn)練，題目雖出自實(shí)際電路，但比較簡單，比較定型，一般不是真實(shí)的生產(chǎn)、科研任務(wù)， 基本上是有章可循。著眼點(diǎn)是讓學(xué)生開始從理論學(xué)習(xí)軌道引向?qū)嶋H方面。把過去熟悉的定性分析，定量計(jì)算方法與工程估算，實(shí)驗(yàn)調(diào)整等手段結(jié)合起來。逐步掌握工程設(shè)計(jì)的步驟和方法，了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序和實(shí)施辦法。使理論和實(shí)際有機(jī)結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)由知識(shí)向智能的轉(zhuǎn)化。 鍛煉分析問題、解決電路實(shí)際問

4、題的本領(lǐng)。1.3 綜合設(shè)計(jì)主要內(nèi)容根據(jù)題目要求：v 獨(dú)立進(jìn)行查閱資料、 理論設(shè)計(jì)、元器件選擇。v 電路仿真、驗(yàn)證設(shè)計(jì)原理。v PCB板設(shè)計(jì)。v 印刷線路板組裝、焊接、調(diào)試。v 撰寫科技總結(jié)報(bào)告1.4 綜合設(shè)計(jì)目的1、 鞏固和加深對電子線路基本知識(shí)的理解，提高學(xué)生綜合運(yùn)用電子技術(shù)課程所學(xué)知識(shí)的能力，使理論和實(shí)際有機(jī)結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)由知識(shí)向智能的轉(zhuǎn)化。2、 培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)課題需要選學(xué)參考書，查閱手冊和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。通過獨(dú)立思考，深入鉆研有關(guān)問題，學(xué)會(huì)自己分析問題、解決問題的能力。3、 通過實(shí)際電路的設(shè)計(jì)方案的分析比較、參數(shù)計(jì)算、元件選取，安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握簡單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方

5、法。 4、 掌握常用儀器設(shè)備的正確使用方法，學(xué)會(huì)簡單電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和整機(jī)指標(biāo)測試方法，提高動(dòng)手能力。 5、 能按設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，編寫設(shè)計(jì)說明書，能正確反映設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成果，能正確繪制電路圖。 6、 培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度，發(fā)揚(yáng)團(tuán)隊(duì)精神。第二章 數(shù)字鐘2.1 數(shù)字鐘的構(gòu)成數(shù)字鐘由主體電路和擴(kuò)展電路構(gòu)成，主體電路由脈沖信號(hào)發(fā)生器、分頻電路、校準(zhǔn)電路、秒（分、時(shí)）計(jì)數(shù)電路、秒（分、時(shí)）譯碼電路、秒（分、時(shí)）顯示電路構(gòu)成。擴(kuò)展電路由觸摸報(bào)時(shí)、整點(diǎn)報(bào)時(shí)、仿電臺(tái)報(bào)時(shí)、定時(shí)控制構(gòu)成。示意圖如下：2.2 數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì) 第三章 數(shù)字鐘的分步設(shè)計(jì)3.1 秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心。對于秒脈

6、沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)有兩種方案。第一種：用555構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖，振蕩頻率為1Hz。第二種：用32768Hz晶振構(gòu)成秒脈沖信號(hào)發(fā)生器，（32768Hz脈沖需經(jīng)過CD4060的14級分頻得到2Hz脈沖，再經(jīng)過CD4040的2分頻得到秒脈沖。3.1.1 555構(gòu)成多諧振蕩器（f=1Hz）1. 555定時(shí)器的組成555定時(shí)器主要由兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的高精度電壓比較器C1和C2，基本RS觸發(fā)器，泄放晶體管V1及三個(gè)5k電阻構(gòu)成。 2. 555定時(shí)器構(gòu)成多諧振動(dòng)器的特點(diǎn)1） 多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)電路。2） 接通電源以后，不需外加觸發(fā)信號(hào)，就能自動(dòng)地不斷翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生矩形波。3） 產(chǎn)生的矩形波中含有諧波分量

7、很多。3. 555定時(shí)器構(gòu)成多諧振動(dòng)器的工作原理接通電源后，Vcc通過R1、R2給C充電，Vc逐漸上升。當(dāng)Vc升到2/3Vcc時(shí)，比較器C1輸出低電平VC1=0，555內(nèi)RS觸發(fā)器被復(fù)位，V1導(dǎo)通，輸出V0=0。之后電容C通過R2和V1放電，使Vc下降。當(dāng)Vc下降到1/3Vcc時(shí)，比較器C2輸出低電平VC2=0，555內(nèi)RS觸發(fā)器又被置位，輸出V0=1變?yōu)楦唠娖健＿@時(shí)因V1截止，電容C再次充電。如此周而復(fù)始，在輸出端得到一個(gè)周期性的矩形脈沖。4. 555構(gòu)成多諧振蕩器電路圖 參數(shù)計(jì)算：f1=1Hz,R1=23K,R2=60K,C1=0.01uf,C2=10uf vC0t0tvoVCC /32V

8、CC /3t1t2t3 石英晶體振蕩器選用32768Hz的晶振構(gòu)成振蕩電路晶體振蕩器工作原理：石英晶片所以能做振蕩電路是基于它的電壓效應(yīng)。從物理學(xué)中知道，若在晶片的兩個(gè)極板間加一電場，會(huì)使晶體產(chǎn)生機(jī)械變形；反之，若在極板間施加機(jī)械力，又會(huì)在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電場，這種現(xiàn)象稱為電壓效應(yīng)。如在極板間所加的是交變電壓，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)，同時(shí)機(jī)械變形振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電壓。一般來說，這中種機(jī)械振動(dòng)的振幅是比較小的，其振動(dòng)頻率則是很穩(wěn)定的。但當(dāng)外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率（決定于晶片的尺寸）相等時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的幅度將急劇增加，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，因此，石英晶體振蕩器就是這樣工作的。 如圖所示為電子

9、手表集成電路（5C702）鐘的晶體振蕩器電路，常采用晶振頻率為32768HZ，內(nèi)部有15級2分頻集成電路，所以輸出端正好可以得到1Hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖。 CMOS 晶體振蕩器由于振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中采用555構(gòu)成多諧振蕩器來產(chǎn)生秒脈沖。3.2 秒、分、小時(shí)計(jì)數(shù)電路秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器，分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器,分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。各計(jì)數(shù)器輸出均為兩位8421BCD碼形式。秒分計(jì)數(shù)電路60進(jìn)制時(shí)計(jì)數(shù)電路24進(jìn)制3.3 分頻器的設(shè)計(jì)實(shí)

10、驗(yàn)中采用CD4060來構(gòu)成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實(shí)現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。CD4060計(jì)數(shù)為14級二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以將32768Hz的信號(hào)分頻為2Hz，其內(nèi)部框圖如圖所示，從圖中可以看出，CD4060的時(shí)鐘輸入端兩個(gè)串接的非門，因此可以直接實(shí)現(xiàn)振蕩和分頻的功能。 CD4060內(nèi)部框圖3.4 譯碼、顯示電路實(shí)驗(yàn)中選用CC4511實(shí)現(xiàn)譯碼電路；選用LG5011AH共陰數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)顯示電路，將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯 譯碼顯示設(shè)計(jì)圖3.5 校時(shí)電路當(dāng)數(shù)字鐘出現(xiàn)計(jì)時(shí)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間，校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本

11、功能。設(shè)計(jì)中采用的校時(shí)方式有“快校時(shí)”和“慢校時(shí)”兩種，“快校時(shí)”是，通過開關(guān)控制，使計(jì)數(shù)器對1Hz的校時(shí)計(jì)數(shù)。“慢校時(shí)”是用手動(dòng)產(chǎn)生單脈沖作校時(shí)脈沖。如下圖為校時(shí)、校分電路。其中為校分用的控制開關(guān)，為校時(shí)用的控制開關(guān)，他們的控制功能如表所示。校時(shí)脈沖采用分頻器輸出的1Hz脈沖，當(dāng)或分別為“0”時(shí)可以進(jìn)行“快校時(shí)”。如果校時(shí)脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供，則可以進(jìn)行“慢校時(shí)”。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)中，分、秒校時(shí)互不影響。 控制功能表3.6 仿電臺(tái)報(bào)時(shí)電路訪廣播電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的功能要求是：每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)快要到整點(diǎn)報(bào)時(shí)發(fā)出聲響，通常按照4低調(diào)1高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲音響結(jié)束的時(shí)刻。設(shè)4聲低音（約50

12、0Hz）分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音（約1000Hz）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時(shí)間均為1秒。因此可得：只有當(dāng)分十位的，分個(gè)位的，秒十位的及秒個(gè)位的時(shí)，音響電路才能工作。仿電臺(tái)報(bào)時(shí)電路3.7 數(shù)字鐘鬧時(shí)功能設(shè)置特定的時(shí)間發(fā)出鬧時(shí)信號(hào)和持續(xù)的時(shí)間。例如：上午7點(diǎn)59分發(fā)出鬧時(shí)信號(hào)，持續(xù)1分鐘7時(shí)59分對應(yīng)數(shù)字鐘的計(jì)時(shí)狀態(tài)為0111/0101/1001鬧時(shí)控制信號(hào) 時(shí)個(gè)位 分十位 分個(gè)位數(shù)字鐘鬧時(shí)電路3.8 定點(diǎn)報(bào)時(shí)功能 設(shè)定好準(zhǔn)確的時(shí)間，當(dāng)計(jì)數(shù)到達(dá)時(shí)，產(chǎn)生報(bào)時(shí)信號(hào)。3.9 12歸1電路第四章 芯片功能介紹4.1 CC4518雙BCD同步加法計(jì)數(shù)器（國外同類型號(hào)

13、：CD4518、MC4518）實(shí)驗(yàn)中用CC4518構(gòu)成60進(jìn)制和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后進(jìn)行級聯(lián)組成秒、分、小時(shí)計(jì)數(shù)管腳圖： 計(jì)數(shù)狀態(tài)表CPQ4Q100000100012001030011401005010160110701118100091001功能表 CL (CP0)EN (CP1)R功 能10加計(jì)數(shù)00加計(jì)數(shù)×0不 變×0不 變00不 變10不 變××1Q3Q0=060進(jìn)制計(jì)數(shù)電路（個(gè)位向十位的進(jìn)位脈沖，需用Q4的下降沿,接EN端。）4.2 CC4511 7段鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)器（國外同類型號(hào)：CD4511、MC4511）管腳圖： 功能表：顯示輸 入輸

14、出LEBILTDCBAabcdefg001100001111110101100010110000201100101101101301100111111011401101000110011501101011011011601101100011111701101111110000801110001111111901110011110011消隱011101000000001111消隱´01´´´´0000000鎖存111´´´´鎖存燈測試´´0´´´´

15、1111111功能說明：（1）燈測試功能：LT可檢查七段顯示器各字段是否能正常發(fā)光。當(dāng)LT = 0時(shí)，不論Q0Q3狀態(tài)如何，七段全部顯示，以檢查各字段的好壞。（2）消隱功能： 當(dāng)BI=0時(shí)，輸出ab都為低電平，各字段熄滅。（3）數(shù)碼顯示： 當(dāng)BI=1 LT=1 LE=0，譯碼器工作，當(dāng)3210端輸入8421BCD碼時(shí)，譯碼器對應(yīng)的輸出端輸出高電平1，數(shù)碼顯示相應(yīng)的數(shù)字。（4）鎖存：在LE從“0”轉(zhuǎn)換到“1”時(shí)，輸出顯示由輸入的BCD碼決定。4.3 LC5011-11 LED/7段（共陰極）數(shù)碼管 譯碼/顯示電路:Q3 Q2 Q1 Q01. 數(shù)碼管內(nèi)部已將3端、8端連接在一起，所以使用時(shí)，3端接

16、地，8端懸空)。2.限流電阻計(jì)算：數(shù)碼管的工作電壓為U（手冊數(shù)據(jù)），工作電流為I（手冊數(shù)據(jù)），譯碼器輸出的高電平Uag，則限流電阻上的電壓應(yīng)該為UU，限流電阻阻值： R（UagU）I 4.4 CD4060 分頻器（國外同類型號(hào)：CD4060、MC4060）管腳圖： 分頻原理： Q4： 24 = 16 Q14： 214 = 32768/21.RC振蕩2.晶體振蕩4.5 八D鎖所存器管腳圖： 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖： 4.6 555定時(shí)器管腳圖： 第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)5.1 EWB仿真中的問題選用CC4518雙BCD同步加法計(jì)數(shù)器與CC4511 7段鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)60秒、60分、24小時(shí)譯碼顯示電路，實(shí)驗(yàn)

17、前要認(rèn)真閱讀理解這兩個(gè) CMOS管的管腳圖與功能表，注意CMOS器件與TTL集成門之間的不同點(diǎn)與特殊性，否則難以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。實(shí)驗(yàn)過程中，由于EWB軟件的局限性，導(dǎo)致設(shè)想的電路設(shè)計(jì)不能在EWB軟件中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，需加入D觸發(fā)器、與門、或門通過互相級聯(lián)（消去分十位一開始顯示一的現(xiàn)象等）才能在EWB軟件中看到應(yīng)有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。選用兩輸入與門、電阻、電容實(shí)現(xiàn)校時(shí)電路（產(chǎn)生脈沖信號(hào)），剛開始不知道脈沖信號(hào)輸出端接入60秒、60分、24小時(shí)設(shè)計(jì)電路的哪個(gè)輸入管腳，經(jīng)過團(tuán)隊(duì)討論，解決了這個(gè)問題。555多諧振蕩電路，提供數(shù)字鐘設(shè)計(jì)電路的總脈沖信號(hào)，由于之前有所了解，所以設(shè)計(jì)時(shí)問題不大，但與數(shù)字鐘電路整合后，

18、發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示數(shù)碼較快，我的解決辦法是將C2電容由原來的0.01uf改為10uf。5.2 PROTEL設(shè)計(jì)中的問題 數(shù)字鐘EWB仿真實(shí)驗(yàn)做好后，要將自己做好的設(shè)計(jì)電路反映到PROTEL中，實(shí)現(xiàn)兩者思路一致，體現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)思路，而不是和老師給的PROTEL圖一致，實(shí)驗(yàn)過程中，遇到問題相對較多，因?yàn)镻ROTEL學(xué)習(xí)較早，有些知識(shí)點(diǎn)和操作技巧已經(jīng)遺忘，雖然老師課前給與復(fù)習(xí)，但感覺還是很生疏。比如：庫文件的查找與添加，CMOS管的調(diào)用，TTL集成門的調(diào)用，器件的封裝，以及數(shù)碼管、開關(guān)等的制作等都不是非常熟悉。通過老師和同學(xué)的幫助，這些問題都已得到很好的解決。PROTEL設(shè)計(jì)好后，開始檢查錯(cuò)誤，出現(xiàn)了一些錯(cuò)誤，最后回到PROTEL設(shè)計(jì)圖，發(fā)現(xiàn)校時(shí)電路所調(diào)用的原件不正確，導(dǎo)致檢查錯(cuò)誤時(shí)出現(xiàn)很多錯(cuò)誤，修正后效果得以實(shí)現(xiàn)。5.3 PCB板設(shè)計(jì)中的問題 在PROTEL設(shè)計(jì)好并檢查無誤后，可以進(jìn)行生成PCB板的操作，但是還是有些器件在PCB板中沒有顯示出來，經(jīng)過了解是因?yàn)槠骷]有調(diào)用正確。除去這些問題后發(fā)現(xiàn)PCB板中還有一些顯示的器件呈現(xiàn)出紅色，檢查PROTEL中的封裝沒有錯(cuò)誤，經(jīng)過老師幫助是因?yàn)闆]有添加庫文件的緣故。添