电动机控制电路.docx
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电动机控制电路
电子课程设计之
———电动机控制电路
学院:
电子信息工程学院
专业、班级:
自动化121501班
姓名：
学号：
指导教师：
任青莲
2014年12月
目录
一、设计任务与要求4
二、总体框图4
2.1、状态机5
2.2、预置数计数器5
2.3、时间显示电路5
2.4、多谐震荡器5
三、选择器件6
3.1、同步加法计数器74LS160N6
3.2、74LS08与门8
3.3、74LS04非门8
3.4、74LS00与非门9
3.5、七段数码显示管10
3.6、555定时器11
四、功能模块14
4.1、状态机模块14
4.2、多谐震荡器模块15
4.3、预置数计数器模块16
4.4、时间显示模块16
五、总体设计电路图17
5.1、总体电路图17
5.2、仿真结果18
六、心得与体会21
七、课程设计参考资料21
电动机控制电路
一、设计任务与要求
设计任务：
试设计电动机控制器，也叫电动机控制电路。
设计目的：
该电动机控制电路可以检测电动机1、电动机2能否正常运转，同时检测学生设计的电路是否满足要求。
控制要求：
当按钮K1按下后,第一台电动机M1启动,5s后第二台电动机M2启动，10s后第二台电动机M2停止，5s后第一台电动机M1停止。
任何时候按下按钮K2，可以停止工作台运行。
由于我所在的地方是学校，不是工厂里所以课程设计里的一些器件很难搞到。
我经过多次思考，最后决定采用代替方案。
1、在本次课程设计中，我决定采用设置开关A、开关B以代替按钮K1、按钮K2。
当开关A闭合、开关B断开时，整个电路从那零开始；当开关B闭合时，工作台停止工作，如果再断开开关B，整个电路又开始动作。
2、在本次课程设计中，我决定采用绿色灯泡X1、X2代替电动机M1、电动机M2。
二、总体框图
图1是电动机控制器总体框图
1、状态机
状态机的功能：
此模块提供实现电动机M1、电动机M2运转所需状态。
图2是电动机状态图，也就是我的状态机设计思路。
2、预置数计数器
预置数计数器的功能：
输出电路需要的数据，完成每个步骤的进行。
预置数计数器的设计思路：
依据同步十进制加法计数器74LS160的置数计数功能，根据设计要求把它设计为可以提供给电路所需数据的特定计数器。
3、时间显示
时间显示模块可以实现的功能：
显示时间的变化。
时间显示模块的设计思路：
通过状态机模块来控制计数器，使计数器进行计数，数码管显示时间。
4、多谐震荡器
多谐震荡器的功能：
它可以输出频率为100HZ的脉冲信号，这是我需要的触发信号。
多谐震荡器的设计思路：
依据多谐震荡器的脉冲信号周期的计算公式，改变电阻R1、电阻R2、电容C的值，就可以得到频率为100HZ的脉冲信号。
三、选择器件
具体器件和数目如下：
74LS1604片、74LS08与门2片
74LS04非门1片、74LS00与非门1片
七段数码显示管4片、绿色灯泡2片
单刀单掷开关2片、电阻10KΩ1个
555定时器1片、电阻2.2KΩ2个
电容2.2uf1个、电容0.1uf1个
5V电源1个、12V电源1个
导线若干。
主要器件介绍如下：
1、同步加法计数器74LS160N
图3为74LS160N管脚图
图4为74LS160N逻辑框图
74LS160N芯片的逻辑功能：
同步可预置数4位十进制加法计数器74LS160具有异步清零端，它具有数据输入端A、B、C和D，同步置数端
，异步清除端
和计数控制端ENT和ENP，为方便级联，设置了进位输出端RCO。
当异步清零端
=0时异步清零，当置数端
=0，
=1，CP脉冲上升沿时预置数。
当
=
=ENT=ENP=1时，电路工作在计数状态。
当计数器计数值为9时，进位端RCO输出一个与
端高电平部分相同宽度的高电平。
详细功能见逻辑功能表1。
表1为74LS160N芯片的功能表
2、74LS08与门
图574LS08芯片的管脚图
表2是74LS08芯片的逻辑功能表
输入
输出
A
B
Y
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
74LS08芯片的逻辑功能描述如下：
当输入端A、B均为高电平时，输出为高电平；其余输入情况下的输出，均为低电平。
3、74LS04非门
图6为74LS04芯片的管脚图
表3为74LS04芯片的逻辑功能表
输入
输出
0
1
1
0
74LS04芯片的逻辑功能描述如下：
当输入端为低电平时，输出端为高电平；当输入端为高电平时，输出端为低电平。
即输出端的电平与输入端的电平总是相反的。
4、74LS00与非门
图7为74LS00芯片的管脚图
表4为74LS00芯片的逻辑功能表
输入
输出
A
B
Y
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
74LS00芯片的逻辑功能描述如下：
当输入端A、B均为高电平时，输出端为低电平；当输入端至少有一个输入为低电平时，输出端就为高电平。
即输出与输入总是相反。
5、七段数码显示管
图8为数字显示译码器的逻辑框图
表5为七段数码显示管的逻辑功能表
输入
显示
A
B
C
D
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
2
1
1
0
0
3
0
0
1
0
4
1
0
1
0
5
0
1
1
0
6
1
1
1
0
7
0
0
0
1
8
1
0
-0
1
9
6、555定时器
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V-16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图4所示。
它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。
它提供两个基准电压Vcc/3和（2/3）Vcc。
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为（2/3）Vcc，A2的同相输入端的电压为Vcc/3。
若触发输入端TR的电压小于Vcc/3，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于Vcc/3，同时TR端的电压大于Vcc/3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。
555的应用：
（1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等；
（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路；
（3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。
555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路，频率变换电路、自动控制电路等。
图9为555定时器的逻辑框图
555定时器的结构图
它是由比较器C1和C2，SR锁存器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成，如下图11所示.
图10为555定时器结构图
VI1是比较器C1的输入端（也称阈值端。
用TH标注），VI2是比较器C2的输入端（也称触发端，用TR标注）。
C1和C2的参考电压（电压比较的基准）VR1和VR2由Vcc经三个5000欧的电阻分压给出。
在控制电压输入端Vco悬空时，Vr1=2/3Vr2,Vr2=1/3Vcc。
如果Vco外接固定电压，则VR1=Vco，VR2=1/2Vco.RD'是置零输入端。
只要RD'上加上低电平，输出端Vo便立即被置成低电平，不受其他输入端的影响。
正常工作时必须使RD处于高电平。
由上图知，当VI1>VR1，VI2>VR2时，比较器C1的输出Vc1=o,比较器C2的输出Vc2=1,SR锁存器被置成0，TD导通，VO为低电平。
当VI1当VI1当VI1>VR1，VI2（3）555的功能表、波形图如表6、图11所示。
表6为555定时器的功能表
输入
输出
阈值电压
触发输入
复位
输出
放电管T
X
X
0
0
导通
1
1
截止
1
0
导通
1
不变
不变
图11为555定时器的波形图
四、功能模块
模块一：
状态机
状态机的功能：
此模块提供实现电动机M1、电动机M2运转所需状态。
图12为状态机的状态图，也就是我的状态机设计思路。
表7为状态机的状态表
模块二：
多谐震荡器
通过改变R1和R2的阻值可以改变输出脉冲的宽带，进而改变灯泡的亮和灭的时间间隔。
Q=（R1+R2）/（R1+2R2）为占空比，f=1/【（R1+2R2）C×Ln2】=1/【（2.2KΩ+2×2.2KΩ）×2.2uf×0.69】=100HZ
图13为多谐震荡器的波形图
图14为多谐震荡器的结构图
模块三：
预置数计数器的具体逻辑功能：
通过十进制计数器74LS160的置数功能，在输入端初始置成0000，然后将其四个输出端中的Qc、Qa经过与门74LS08后，输出端再与两个74LS160组成的十一进制计数器的使能端ENP相连；与门74LS08输出端同时通过非门74LS04与第一个计数器的使能端ENP相连，从而使第一个计数器的输出保持在5。
十一进制计数器的最高位输出端连接下一个十进制计数器74LS160的使能端ENP，同时通过非门74LS04连接本计数器的使能端ENP，从而使本计数器的输出保持在10。
第三个计数器输出端的输出端中Qc、Qa经过与非门74LS00后与本计数器的使能端ENP相连，从而使计数器的输出保持在5。
模块四：
时间显示
通过状态机模块来控制计数器，使计数器进行计数，数码管显示时间；当计数器分别计数到题目所给时间时，计数器的输出端通过非门，与非门和与门输出高低电平来控制灯泡的熄灭。
图15为时间显示器的结构图
五、总体设计电路图
5.1总体电路图
图16为总体电路图
5.1仿真结果
17为3S时状态
图18为13S时状态
图19为15S时状态
图20为19S时状态
图21为20S时状态
图22为硬件实验图
1、从图18到图22都是实验的仿真结果，这些仿真结果达到了电动机控制电路设计任务与要求。
经检验，本次的设计图完全能做出所要求的效果来。
2、当开关A闭合、开关B断开后,灯泡X1发光,5S后灯泡X2发光，10S第二个灯泡X2熄灭，5S后第一个灯泡X1发光。
任何时候闭合开关B，可以停止工作台运行。
3、经模拟，以上实验最终结果符合题目要求。
六、心得与总结
通过这两个学期电子技术知识的学习，我初步掌握了一些基本的模拟电子、数字电子的知识，但当我拿到课程设计的题目时还是觉得比较茫然，不知从何下手，对好多芯片的使用不很了解，在一些工具书上也没查到其具体的功能。
因此这个电路设计的可能有点繁杂，肯定有更好的方案我没有发现。
在暑假里，我会完善它。
在整个课程设计过程中，我遇到了很多很多的问题，其中最大的问题就是把四个模块综合起来，让它满足了我的设计要求！
！
！
起初，我稍费心思就可以做出各个模块，并让它们达到各自的功能，这还挺简单的。
最难的是，把分模块组成一个整体，并让它满足设计要求，我老是顾此失彼，不能做到周全。
还好，我试验了一天，最后终于做出来了。
总之这次课程设计中，我学到了很多东西。
我深刻的感觉到以前只是“纸上谈兵”，通过实践才能将所学的知识转化为实际应用，通过实践才能让学过的知识更加巩固。
同时还提高了我的资料查找与应用能力，并为将来做毕业设计等重要课题打下基础。
在实践中检验所学并收获所得：
首先，通过课设我可以把课本知识运用于实践，这让我有很强的满足感。
现在我决定，我要充分利用图书馆的数据库资料，查阅相关的书籍和电子材料，努力提高我的专业能力和专业素养。
再者，现在的我，对multisim软件有了一定的了解，对其仿真时出现的一般常规问题也可以自行排除，算是运用与动手能力的一个提升吧！
最后，老师的意见与忠告，同学的交流与互动都是我收获的宝贵经验，我会好好珍惜的。
七、课程设计参考资料
1.毕满清主编：
《电子技术课程设计指导》，机械工业出版社。
2．Multisim2007电路设计及仿真入门与应用.电子工业出版社.
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