電梯控制系統(tǒng)

目錄 一、設(shè)計(jì)整體思路 21.1課題設(shè)計(jì)要求 21.2設(shè)計(jì)目的 21.3設(shè)計(jì)整體思路 3二、基本原理及框圖 42.1基本原理 42.2設(shè)計(jì)整體框圖 5三、單元電路設(shè)計(jì)及單元電路圖 63.1實(shí)現(xiàn)功能 63.2實(shí)現(xiàn)電路 63.2.1樓層的輸入電路 63.2.2低頻信號(hào)發(fā)生器 73.2.3樓層顯示電路 83.2.5主要元器件介紹 9四、總電路設(shè)計(jì) 11五、安裝與調(diào)試步驟 12六、故障分析與電路改進(jìn) 13七、實(shí)際接線圖 14八、總結(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會(huì) 15附錄： 171、元件清單 172、參考文獻(xiàn) 17設(shè)計(jì)整體思路1.1課題設(shè)計(jì)要求本次數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)課題：是簡易電梯控制系統(tǒng)，一共有四層樓，樓層標(biāo)記用0-3表示，假設(shè)每次只有有一層樓有呼叫，按下呼叫按鈕后，呼叫樓層指示燈亮，電梯將從當(dāng)前樓層運(yùn)行到呼叫樓層，指示燈熄滅；當(dāng)電梯超重時(shí)，報(bào)警燈亮，電梯拒絕運(yùn)行；系統(tǒng)能手動(dòng)復(fù)位，復(fù)位后，電梯停在第○層。1.2設(shè)計(jì)目的進(jìn)一步熟悉和掌握常用數(shù)字電路元器件的應(yīng)用。鞏固加深理解數(shù)字電路的基本理論知識(shí)，學(xué)習(xí)基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步經(jīng)驗(yàn)，掌握數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法及在面板上接線的方法、技術(shù)、要注意的問題。培養(yǎng)數(shù)字電路實(shí)物制作、調(diào)試、測試、故障和排除的方法。培養(yǎng)細(xì)致、認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)的習(xí)慣。培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高分析和解決實(shí)際問題的能力。1.3設(shè)計(jì)整體思路系統(tǒng)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)是由函數(shù)發(fā)生器發(fā)生。時(shí)鐘信號(hào)通過一定與門和與非門輸入同步加減計(jì)數(shù)器74LS192N，控制其加減計(jì)數(shù)。

系統(tǒng)的開關(guān)控制電路是由D觸發(fā)器和與非門構(gòu)成，控制信號(hào)燈的工作狀態(tài)。

系統(tǒng)的核心電路是由編碼器74LS148N，數(shù)據(jù)比較器74LS85，同步可加減計(jì)數(shù)器74LS192N，與一定的門電路組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的上升和下降的控制。系統(tǒng)使用低頻信號(hào)發(fā)生器的定時(shí)功能來控制上一層樓或下一層樓所用的時(shí)間，利用數(shù)碼管來顯示所到樓層數(shù)，并用四個(gè)發(fā)光二極管來表示四層樓。以此來設(shè)計(jì)了一個(gè)四層電梯控制系統(tǒng)?；驹砑翱驁D2.1基本原理（1）系統(tǒng)的信號(hào)燈控制部分是由開關(guān)和D觸發(fā)器構(gòu)成，開關(guān)先接高電平，按下開關(guān)時(shí)，給了一個(gè)高電平觸發(fā)信號(hào)輸入給D觸發(fā)器使其鎖存高電平信號(hào)，從而使信號(hào)燈一直亮直到信號(hào)結(jié)束。（2）系統(tǒng)的核心部分是由編碼器74LS148，數(shù)據(jù)比較器74LS85，同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192，四2輸入與非門74LS00，六反相器74LS04,以及雙D觸發(fā)器74LS74組成。按下開關(guān)時(shí)，產(chǎn)生的高電平信號(hào)由74LS74雙D觸發(fā)器傳出給優(yōu)先編碼器74LS148，產(chǎn)生后的編碼通過反相器74LS04，輸入給比較器74LS85，74LS148產(chǎn)生的編碼與低頻信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)通過與門電路，產(chǎn)生的信號(hào)通過門電路74LS00輸入給計(jì)數(shù)器74LS192，控制計(jì)數(shù)器的加減，從而實(shí)現(xiàn)電梯的上升與下降。2.2設(shè)計(jì)整體框圖設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示：數(shù)碼管開始計(jì)時(shí)，直到無選擇樓層自動(dòng)選擇電梯運(yùn)行樓層，如無選擇樓層，則電梯停止于該樓層對(duì)所選的所有樓層進(jìn)行比較對(duì)所到的樓層號(hào)進(jìn)行編碼到達(dá)此樓層，所到樓層的燈滅要去樓層的燈亮游客所去樓層輸入數(shù)碼管開始計(jì)時(shí)，直到無選擇樓層自動(dòng)選擇電梯運(yùn)行樓層，如無選擇樓層，則電梯停止于該樓層對(duì)所選的所有樓層進(jìn)行比較對(duì)所到的樓層號(hào)進(jìn)行編碼到達(dá)此樓層，所到樓層的燈滅要去樓層的燈亮游客所去樓層輸入圖2-1設(shè)計(jì)框圖三、單元電路設(shè)計(jì)及單元電路圖3.1實(shí)現(xiàn)功能用四個(gè)LED顯示電梯行進(jìn)過程，并用數(shù)碼管顯示電梯當(dāng)前所在樓層的位置，每層電梯的入口處設(shè)有請(qǐng)求按鈕，按下按鈕，則相應(yīng)樓層的LED亮。

電梯達(dá)到請(qǐng)求的樓層，該層的指示燈滅，電梯門打開；電梯自動(dòng)關(guān)門，繼續(xù)運(yùn)行。電梯運(yùn)行中，運(yùn)用比較器選擇所到樓層的先后順序3.2實(shí)現(xiàn)電路3.2.1樓層的輸入電路利用四個(gè)D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)樓層的輸入功能，即實(shí)現(xiàn)所在樓層的指示燈顯示。圖3-1樓層輸入電路3.2.2低頻信號(hào)發(fā)生器本電路使用低頻信號(hào)發(fā)生器，通過改變頻率的高低來控制上一層樓或下一層樓所用的時(shí)間。圖3-2低頻信號(hào)發(fā)生器3.2.3樓層顯示電路本電路主要是利用十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器74LS192，通過控制電路分配加1

或減1

信號(hào)給CPD

和CPU，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)行樓層號(hào)的加1

和減1，由數(shù)碼管顯示所到樓層。 圖3-3樓層電路的顯示3.2.4四層電梯控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)用D觸發(fā)器74LS74作為控制電梯按鈕（即觸發(fā)電平），經(jīng)過編碼器74LS148及比較器74LS85、計(jì)數(shù)器74LS192來實(shí)現(xiàn)其電梯控制功能。低頻信號(hào)發(fā)生器控制上一層樓或下一層樓所用的時(shí)間，利用數(shù)碼管來顯示所到樓層數(shù)，并用四個(gè)發(fā)光二極管來作為四層樓的指示燈。3.2.5主要元器件介紹譯碼器：譯碼器是一個(gè)多輸入，多輸出的組合邏輯電路.它的作用是把給定的代碼進(jìn)行"翻譯"，成相應(yīng)的狀態(tài),使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號(hào)輸出。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換,終端的數(shù)字顯示,還用于數(shù)據(jù)分配，存貯器尋址和組合控制信號(hào)等。不同的功能可選用不同種類的譯碼器。數(shù)碼管：一個(gè)LED數(shù)碼管可用來顯示一位0～9十進(jìn)制數(shù)和一個(gè)小數(shù)點(diǎn).小型數(shù)碼管(0.5寸和0.36寸)每段發(fā)光二極管的正向壓降,隨顯示光(通常為紅,綠,黃,橙色)的顏色不同略有差別,通常約為2～2.5V,每個(gè)發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流在5～10mA.LED數(shù)碼管要顯示BCD碼所表示的十進(jìn)制數(shù)字就需要有一個(gè)專門的譯碼器,該譯碼器不但要完成譯碼功能,還要有相當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)能力。此設(shè)計(jì)的數(shù)碼管采用共陰型數(shù)碼管，主要用來顯示樓層號(hào)。圖3-5共陰數(shù)碼管D觸發(fā)器：此電路D觸發(fā)器采用74LS74.74LS74內(nèi)含兩個(gè)獨(dú)立的D上升沿雙d觸發(fā)器，每個(gè)觸發(fā)器有數(shù)據(jù)輸入（D）、置位輸入（）復(fù)位輸入（）、時(shí)鐘輸入（CP）和數(shù)據(jù)輸出（Q）。、的低電平使輸出預(yù)置或清除，而與其它輸入端的電平無關(guān)。當(dāng)、均無效（高電平式）時(shí)，符合建立時(shí)間要求的D數(shù)據(jù)在CP上升沿作用下傳送到輸出端。74ls74功能表:輸

入輸出SDRDCPDQn＋1Qn＋101××1010××0100××φφ11↑110總電路設(shè)計(jì)五、安裝與調(diào)試步驟本次課程設(shè)計(jì)先是電路設(shè)計(jì)然后仿真，仿真成功后就開始在實(shí)驗(yàn)室4樓進(jìn)行實(shí)物接線。我們每個(gè)組列出清單，上報(bào)清單芯片，經(jīng)班長拿下芯片,進(jìn)行接線工作。安裝過程分幾個(gè)步驟，首先是檢查芯片是否有問題，檢查線路是否有問題，對(duì)于導(dǎo)線的話可以邊連接邊檢查導(dǎo)線是否完好；然后進(jìn)行各個(gè)模塊的安裝。把各芯片安放到面板上，合理布局芯片。合理的布局會(huì)為以后的接線帶來很大的方，這是最基本的一步?，F(xiàn)在就可以接線由于考慮到如果將所有銜接起來在檢查的話可能比較麻煩，改路線也可能因?yàn)榫€多而又要重接，所以我們要按照各個(gè)模塊接好當(dāng)場檢查，并且再接線路之前我們還需要檢查我們的各個(gè)元器件和試驗(yàn)臺(tái)是否可用。先觀察試驗(yàn)臺(tái)等相關(guān)器件是否完善儀器的好壞直接決定了實(shí)習(xí)的功拜垂成。然后再觀察他們的構(gòu)造，因?yàn)楸容^熟悉其構(gòu)造和功能，才能使以后操作更加便捷。查測各個(gè)芯片和導(dǎo)線，只有好的芯片和導(dǎo)線才能實(shí)現(xiàn)其功能。如果是壞的話，設(shè)計(jì)的再好的電路也實(shí)現(xiàn)不了，所以不要小看了這個(gè)步驟。按照已經(jīng)設(shè)計(jì)好了的電路圖接線，由于線路比較復(fù)雜，所以接線也要合理，美觀。這樣對(duì)以后的線路檢查也會(huì)帶來方便。而對(duì)于接好了的，但不能正常工作的部分需要進(jìn)行調(diào)試處理。對(duì)不能正確工作的模塊進(jìn)行檢查，檢查接觸是否良好，有沒有短路，有沒有少接或多接了線。如果上述步驟沒用，則對(duì)該模塊的上一模塊進(jìn)行檢查。直到查出問題并解決出現(xiàn)的問題為止。當(dāng)然最后還是通電看看所有功能是否能按照任務(wù)書上的顯示，如果一切都正確，則完成。六、故障分析與電路改進(jìn)由于學(xué)校給的實(shí)驗(yàn)臺(tái)是經(jīng)歷了有些年代，有些設(shè)備現(xiàn)的問題比較多。我們這組還是比較幸運(yùn)的，有一臺(tái)好的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，因而成功率也要高一些。雖說實(shí)驗(yàn)臺(tái)有了保障，但是接線工作都是相當(dāng)有難度的。故障產(chǎn)生的原因很多，情況也很復(fù)雜，本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生故障的原因主要有以下幾種：（1）各種芯片使用一段時(shí)間后出現(xiàn)故障，元器件損壞，連接線路是發(fā)生短路或者接插件接觸不良；（2）實(shí)際電路、與設(shè)計(jì)的原理圖不符，實(shí)際電路沒有連接成功；元器件使用不當(dāng)或損壞，特別是芯片連接不當(dāng)是實(shí)驗(yàn)電路的大問題；連線發(fā)生短路或斷路現(xiàn)象等；（3）儀器使用不正確引起的故障；（4）芯片布局不合理，引腳走線不合理。（5）脈沖的影響程度，給的脈沖與設(shè)計(jì)的脈沖不符合。電路檢查：1、直接觀察：檢查儀器的選用和使用是否正確；集成電路的引腳有無錯(cuò)接和漏接，互碰等情況；布線是否合理，電阻和電容有無燒焦和炸裂等。仔細(xì)觀察元，器件有無發(fā)燙、冒煙，電子管是否亮。重點(diǎn)檢查的是芯片電源是否接好，反饋電路是否完整，各個(gè)芯片的輸出端是否接正確。2、分部檢測：電路分四個(gè)單元塊，分別測量各個(gè)單元連接點(diǎn)，輸入合適的數(shù)據(jù)看是否有相應(yīng)的顯示結(jié)果。在通電過程中還遇到了點(diǎn)故障，接線完成后，啟動(dòng)電路，顯示器顯示數(shù)字“0”，按個(gè)按鈕均無反應(yīng)。經(jīng)過對(duì)各個(gè)元器件進(jìn)行排查，查到74LS148的輸出端口在按各按鈕時(shí)均為低電平。改進(jìn)：74LS148為優(yōu)先編碼器，低電平有效，輸入端高位優(yōu)先權(quán)高地位優(yōu)先權(quán)低。信號(hào)從低位輸入時(shí)應(yīng)將高位接高電平，否則低位信號(hào)將被屏蔽。把輸入信號(hào)接到74LS148的高位端口“5”，“4”，“3”，“2”后，啟動(dòng)電路后，按各個(gè)按鍵，顯示器顯示對(duì)應(yīng)數(shù)字。七、實(shí)際接線圖八、總結(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會(huì)我覺得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時(shí)看課本，這次看了，下次就忘了，通過動(dòng)手實(shí)踐讓我們對(duì)各個(gè)元件映象深刻。了解到課程實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)是開端，連接是關(guān)鍵，測試是必須。既鞏固了課堂上學(xué)到的理論知識(shí)，又掌握了常用集成電路芯片的使用。在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法，學(xué)會(huì)了科學(xué)地分析實(shí)際問題，通過查資料、分析資料及請(qǐng)教老師和同學(xué)等多種途徑，獨(dú)立解決問題。同時(shí)，也培養(yǎng)了我認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。同時(shí)，我更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨(dú)立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計(jì)，但通過這次課程設(shè)計(jì)我們了解了課程設(shè)計(jì)的一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。設(shè)計(jì)本身并不是有很重要的意義，而是同學(xué)們對(duì)待問題時(shí)的態(tài)度和處理事情的能力。至于設(shè)計(jì)的成績無須看的太過于重要，而是設(shè)計(jì)的過程，設(shè)計(jì)的思想和設(shè)計(jì)電路中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，電路中各個(gè)部分的功能是如何實(shí)現(xiàn)的。各個(gè)芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時(shí)應(yīng)該注意那些要點(diǎn)。同一個(gè)電路可以用那些芯片實(shí)現(xiàn)，各個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)同一個(gè)功能的區(qū)別。另外，我們設(shè)計(jì)要從市場需求出發(fā)，既要有強(qiáng)大的功能，又要在價(jià)格方面比同等檔次的便宜。雖然我們現(xiàn)在作的不可能到市場上去銷售，但我們要為以后作設(shè)計(jì)培養(yǎng)出好的習(xí)慣。通過這次課程設(shè)計(jì)，雖然接線和通電過程中遇到了困難，但我們不斷修改電路，不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，最后還是提前完成了此次電路連接。結(jié)果非常滿意。經(jīng)過孫老師的精心指導(dǎo)我受益匪淺，不但了解了各個(gè)芯片的功能與電路的設(shè)計(jì)，而且還對(duì)自己的動(dòng)手能力有很大的提高。我堅(jiān)信自己的努力一定會(huì)得到回報(bào)的，鍥而不舍。附錄：元件清單四2輸入與非門74LS00一片 四2輸入與門74LS08一片六反相器74LS04一片雙D觸發(fā)器74LS74兩片四位數(shù)字比較器74LS85一片8線-3線優(yōu)先編碼器74LS148一片