电动机的启停控制器.docx
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电动机的启停控制器
电子课程设计
——电动机的启停控制器
院系：
电子信息工程学院
专业：
班级：
姓名：
学号：
指导老师：
2014年12月
目录
一．设计任务与要求-----------------------------------------------1
二．总体框图--------------------------------------------------------1
1.前期思路------------------------------------------------------------------1
2.中期思路------------------------------------------------------------------2
3.最终思路------------------------------------------------------------------2
三．选择器件--------------------------------------------------------3
1.器件种类------------------------------------------------------------------3
2.器件逻辑图与功能说明------------------------------------------------4
四．功能模块-------------------------------------------------------11
1.前期设计电路各模块功能---------------------------------------------11
2.中期设计电路各模块功能---------------------------------------------13
3.最终设计电路各模块功能---------------------------------------------15
五．总体设计电路-------------------------------------------------17
1.最终设计电路图---------------------------------------------------------17
2.Multisim仿真结果图---------------------------------------------------18
3.硬件实验感想------------------------------------------------------------19
六．51单片机设计思路------------------------------------------20
1.程序编译设计------------------------------------------------------------20
2.硬件仿真照片------------------------------------------------------------22
七．课程设计总结-------------------------------------------------24
八．参考文献--------------------------------------------------------24
一．设计任务与要求
课程设计——题目13
设计5台电动机的启停控制器：
控制器信号为：
一个启动按钮k1，一个停止按钮k2，一个紧急停止按钮k3，5台电动机控制信号M1——M2.控制要求如下：
（1）每按一次启动按钮k1，从第1台电动机开始，増序启动一台电动机。
按下5次后，5台电动机全部启动运行。
（2）每按一次停止按钮k2，从第5台电动机开始，逆序停止一台电动机。
按下5次后，5台电动机全部停止运行。
（3）在正常情况下，若按动停止按钮k2一次都对所有正在运行电动机的编号选最大的先停止运行，其他状态不变，若按启动按钮k1一次都对所有没有运行的电动机的编号选最小的先启动。
（4）急停按钮k3按下时，所有电动机都停止运行。
二．总体框图
1．前期思路框图
初期见到课题时第一反应就是用74LS192，74LS138与SR锁存器实现课程设计要求。
如图2-1可以看出，经过计数、译码、保持三个状态后可以控制电动机的顺序启动。
每按动按钮k1或k2时在器件74LS192实现加减计数，并通过74LS138将输出电平经SR锁存器送给电动机信号。
此过程中SR锁存器可以保持电动机的初状态。
经过multisim仿真后发现，该思路可以很容易实现五台电动机的依次启动，但是若想实现电动机的逆序停止是非常难实现的。
因为若相同的模块级联后会发生冲突，并且会对电动机产生影响。
而且由于电路中使用了SR锁存器，锁存器有保持初始状态的功能，若要依次改变电动机状态（开启或停止），必须对SR锁存器的S,R端口改变输入状态，这就增加了电路的按钮个数，与设计要求发生冲突。
图2-1前期思路框图
所以为了更高的满足设计要求，应该改进思路与方法。
2．中期思路框图
在第一个条件可以满足的前提下，进一步考虑如何才能实现逆序停止电动机。
中期思路设计中我考虑到信号（高低电平信号）可以在五台电动机中顺序或逆序移动，所以我想到应用移位寄存器具有移动高低信号的功能。
如图2-2中可以看出通过移位控制器来控制电动机的一次启动，中期我使用了两个74LS164移位寄存器与异或门，k1按下时给第一个74LS164芯片触发脉冲，实现电动机的依次启动，k2按下时给第二个74LS164芯片触发脉冲，实现电动机的逆序停止，而在清零端设置一个k3就可以完成紧急停止按钮。
这样在四项要求中就完成了三项。
但是第三个要求还没有达到设计要求，所以此电路图应该进一步完善。
图2-2中期思路框图
3．最终思路框图
设计思路框图如图2-3所示。
图2-3最终思路框图
经过前两次的设计思路，我对中期的电路进行较大改动。
在图2-3的设计框图中，我使用了三个74LS194双向移位寄存器，SR锁存器与非门组成了电动机启停控制电路。
74LS194寄存器具有双向移位功能，正是利用这个功能可以满足在任意时刻控制电动机的启停。
连接电路时我利用或非门组成了SR锁存器，从而控制74LS194的S0与S1端的电平，这样就可以控制电动机右移启动左移停止功能。
并在清零端添加开关k3，来满足最后的设计要求。
为了能更加清楚地显示电动机的启动个数，再设计的最后我加入了LED数码管显示功能。
通过74LS148优先编码器对点电动启动个数进行计数，并用LED进行显示启动个数。
这样能更加明了的控制电动的启停了。
三．选择器件
1.器件种类
前期使用器件
如表3-1中包括VCC，时钟脉冲，74LS192,74LS138，非门，或非门，开关与LED数码管。
表3-1前期使用器件表
器件
参数
个数
VCC
直流5V
2个
时钟脉冲
5V1KHZ
1个
74LS192
加减计数器
1个
LED数码管
7段共阴极数码管
1个
74LS138
3-8译码器
1个
74LS04
非门
5个
74LS02
或非门
10个
灯泡
2.5V
5个
开关（A）
单掷开关
1个
开关（E）
单刀双掷
1个
中期使用器件
表3-2中期使用器件表
器件
参数
个数
VCC
5V
1个
时钟脉冲
5V1KHZ
1个
74LS164
串入并处移位寄存器
2个
74LS136
异或门
5个
灯泡（代替电动机）
5V
5个
开关（PB-NO）
复位开关
1个
如表3-2中包括VCC，时钟脉冲，74LS164，异或门与开关。
最终设计使用器件
表3-3最终使用器件表
器件
参数
个数
VCC
5V
5个
时钟脉冲
5V1KHZ
1个
74LS194
双向移位寄存器
3个
74LS04
非门
8个
74LS148
优先编码器
1个
LED数码管
7段共阴极数码管
1个
74LS02
或非门
2个
灯泡（代替电动机）
5V
5个
PB-NC
复位开关
10个
PB-NO
复位开关
3个
如表3-3中包括VCC，时钟脉冲，74LS194,74LS148，非门，开关与LED数码管。
2.器件逻辑图与功能说明
.前期逻辑器件图
如图3-4所示为VCC：
为电路提供直流电源，并且产生高电位。
如图3-5所示为时钟脉冲：
脉冲信号是一个按一定电压幅度，一定时间间隔连续发出的脉冲信号。
图3-4VCC图3-5时钟脉冲
如图3-6所示为74LS192逻辑图，其前期设计电路中的功能为：
在前期设计中74LS192起到了加法计数的功能，记下按钮k1按下的次数，并将高低电平信号传递通过QA,QB,QC,QD传递给芯片74LS138。
图3-674LS192逻辑图
表3-774LS192功能表
如表3-7所示为74LS192的功能表。
如图3-8所示为74LS138逻辑图，在该电路的功能为：
通过74LS192传递的电平信号，经过74LS138的A,B,C的输入端控制其输出的高低电平变化。
图3-874LS138逻辑图
如表3-9所示为74LS138功能表，其中G1与s1、G2A与s2、G3B与s3、A0与A、A1与B、A3与C一一对应。
表3-974LS138功能表
如图3-10与3-11所示分别为非门和或非门，其功能非门：
输入端信号取反。
或非门：
在此电路中或非门起到了构成SR锁存器作用，将74LS138输出端的信号保持，使电动机保持工作状态。
图3-10非门图3-11或非门
中期器件逻辑框图
如图3-12所示为74LS164逻辑图，其功能为：
在每一个脉冲上升沿时刻都会在输出端依次置入1或0.从而控制电动机的启动与停止。
图3-1274LS164逻辑图
表3-1374LS164功能表
如表3-13所示为74LS164的功能表。
如图3-14所示为异或门，其功能为：
两个输入端信号相同时输出为0。
若两个输入端信号不同时输出端为1。
图3-14异或门
表3-15异或门真值表
如表3-15所示为异或门的真值表。
最终设计器件框图
如图3-16所示为74LS194的器件图，其功能为：
可以通过控制S0、S1端口的输入电平，控制74LS194的左移与右移功能，这样就能控电动机顺序启动与逆序停止。
图3-1674LS194逻辑图
表3-1774LS194功能表
如表3-17所示为74LS194的功能表。
如图3-18所示为74LS148逻辑图，在该电路中的功能为：
将8条数据线（0－7）进行3线（4-2-1）二进制优先编码，即对最高位数据线进行译码。
通过优先编码来控制LED数码管的显示。
图3-1874LS148逻辑图
表3-1974LS148功能表
在表3-19中I0～I7与D0～D7依次对应。
四．功能模块
1.前期设计电路模块
图4-1为前期设计的电路图。
该电路仅仅可以完成课程设计的第一个要求：
没按动开关k1（A）时电动机顺序启动。
图4-1前期电路图
各模块功能说明：
计数模块
计数模块如图4-2所示。
图4-2计数模块
每按动开关k1（A）会在UP端产生脉冲，此时计数器会记下一个数，通过QA、QB、QC、QD输出端输出给下一个芯片，此时LED会显示出相应的数字。
传输模块
传输模块如图4-3所示。
图4-3传输模块
74LS192输出端输出的信号送入74LS138的输入端，经过3—8译码器的选择编译来控制输出端的电平信号。
锁存模块
锁存模块如图4-4所示。
图4-4锁存模块
利用SR锁存器的保持功能实现电动机的持续启动，这样就可以实现电动机的顺序启动。
通过前期的设计与思考中，我发现若要更好的实现电动机的启停控制应该在电路中加入移位寄存功能的芯片，所以我在中期时完善了前期的想法。
2.中期电路设计模块
图4-5为中期设计电路图。
图4-5中期电路图
经过思路完善该电路可以实现5台电动机的顺序开启与逆序停止，但满足不了中间状态的任意开启与停止功能。
各模块功能说明
移入模块
图4-6移入模块
移入模块如图4-6所示，每按动启动开关k1（A）与停止开关k2（B），74LS164依次移入1，用来控制电动机的开断。
控制输出模块
图4-7控制输出模块
控制输出模块如图4-7所示。
经过异或门对移入电平信号的处理，控制电动机的启停，当异或门的输入端电平相同时，电动机停止。
输入端电平不同时，电动机启动。
经过对前期电路的处理与完善电路可以完成设计要求的前两项与最后一项，但对于中间时刻的启停控制还需要进一步的思考。
在单向移入时可以满足顺序启动与逆序停止。
如果是使用可以实现左移右移的移位寄存器是否可以实现设计要求呢？
所以在最终的设计中以满足第三个要求为主。
3.最终设计电路图
图示4-8为最终电路图。
图4-8最终电路图
前两次的设计实践后，在最后的设计电路中可以基本的满足课程设计的四个要求。
为了能更人性的显示出电动机的启动个数，我还加入了LED显示计数功能，这样就可以清楚地显示启动了几台电动机，用来满足自己的工作需要。
各模块功能说明：
保持模块
图4-9保持模块
使用或非门构成SR锁存器为74LS194的S0，S1端提供电平，用来控制芯片的左移与右移功能。
保持模块如图4-9所示。
双向移位模块
图4-10双向移位模块
通过控制S0，S1端口的高低电平来控制74LS194的左移与右移功能，并且该三个芯片级联构成可以循环右移与循环左移的功能。
这样在开始工作时只要在置数端置入恰当的初始数值就可以满足课设要求。
没按动启动按钮k1（A）就会顺序启动一台电动机，每按动停止按钮k2（B）就会逆序停止一台电动机，这样就可以实现在任意时刻的启停控制功能。
双向移位模块如图4-10所示。
急停模块（清零模块）
图4-11急停模块
只要清零端有效就会清零，这样所有运转的电动机都会停止，即只要k3（C）闭合就会清零，所有电动机都会停止工作。
急停模块（清零模块）如图4-11所示
图4-12为计数显示模块
图4-12计数显示模块
通过对电动机的启动个数来加以计数，能更清楚的反应电动机的工作状态。
五．总体设计电路
1.最终设计电路图
如图5-1为最终电路图。
图5-1设计电路图
2.multisim仿真结果图
如图5-2为开关K1按动一次或开关K1按动五次后又按动开关K2四次的仿真图。
图5-2仿真电路图
如图5-3所示为开关K1按动两次或开关K1按动五次后又按动K2三次的仿真结果。
图5-3仿真电路图
如图5-4所示为开关K1按动5次的仿真结果。
图5-4仿真电路图
3.硬件实验感想
通过硬件实验，从软件仿真到硬件的实现要比想象的难得多，在芯片的选择和电路的连接时都需要耐心与细心，不可以有一点马虎，只要有一接线与管脚端接错就会影响到整个电路正常工作。
经过硬件试验后，会让自己对自己设计的电路有一个更深的了解，不仅仅停留在multisim软件的仿真层次，而是对整个电路的工作状态与电路功能有更直接的认识。
所以硬件实验对于设计到实现是十分重要的。
六．51单片机设计思路
由于用multisim最终仿真的电路图在硬件仿真时较为难实现，所以考虑到经济节约与简单方便等方面，下面我应用了51单片机进行了该课题设计。
1.程序编译设计
#include
#include
#defineucharunsignedchar
sbitK1=P1^4;
sbitK2=P1^5;
sbitK3=P1^6;
sbitP27=P2^7;
ucharnum;
unsignedcharcodes5[6]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92};、//定义数组用来显示电动机的启动个数//
voiddelay（unsignedintn）//定义一个延时函数//
{
unsignedchari,j;
while（n--）
{
for（i=0;i<20;i++）
{
for（j=0;j<30;j++）
{
;
}
}
}
}
voidmain（void）
{
unsignedchari;//LED数码管显示程序//
P27=0;
P0=0xfe;
while
（1）
{
if（!
K1）
{
delay（0x10）;
if（!
K1）
{
num=num+1;
while（!
K1）;
}
}
if（!
K2）
{
delay（0x10）;
if（!
K2）
{
num=num-1;
while（!
K2）;
}
}
if（!
K3）
{
delay（0x10）;
if（!
K3）
{
num=0;
while（!
K3）;
}
}
if（num<0）
{
num=0;
}
if（num>5）
{
num=5;
}
P0=s5[num];
if（!
K1）//K1K2K3控制启停程序//
{
delay（0x10）;
if（!
K1）
{
P0=_iror_（P0,1）;
if（P0<0x07）
{
P0=0x07;
}
while（!
K1）;
}
}
if（!
K2）
{
delay（0x10）;
if（!
K2）
{
P0=（P0<<1）|（0x01）;
while（!
K2）;
}
}
if（!
K3）
{
delay（0x10）;
if（!
K3）
{
P0=0xff;
while（!
K3）;
}
}
}
}
2.硬件仿真照片
如图6-1所示为按动K1一次或按动K1五次后又按动K2四次的硬件仿真照片。
图6-1
如图6-2所示为第三次按动K1有三个电动机启动或按动五次K1后又按动了两次K2，有三台电动机启动。
图6-2
如图6-3所示为按动开关K3所有电动机停止
图6-3
七．课程设计总结
本次了验在过程中可谓一波三折，本来以为很简单的一个试验在设计的过程中出现了很多问题，可能是由于本人的理论知识匮乏的原因吧，在我课后上网和图书馆搜寻资料后，做出来了一个大致的草图，但是在第一次的仿真试验中还是出现了许多问题，后来经过老师的指导和我的努力终于完成本次实验。
本次试验中从前中后期的依次设计中发现，电路的设计需要不断尝试与构思，每次设计都会让你离最终的设计成果更进一步，可能会有一点不足与功能上的欠缺，但每一步的设计都会让你对课题有更全面的认识
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，电子技术已经成为当今世界空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。
因此作为二十一世纪的大学来说掌握电子的开发技术是十分重要的。
八．参考文献
[1]夏路易.数字电子计数基础.科学出版社
[2]毕满清.电子技术试验与课程设计.机械工程出版社
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