1、目錄一、前言 .2二、總體方案設(shè)計 3三、單元模塊設(shè)計 4四、系統(tǒng)接線調(diào)試 10五、實踐過程中遇到的問題 .14六、實踐總結(jié)及心得體會 16七、元件清單及參考文獻 17 附件、電路原理圖一、 前言電子技術(shù)綜合設(shè)計是綜合應(yīng)用模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電子設(shè)計自動化（EDA）技術(shù)進行電子系統(tǒng)的綜合設(shè)計。而這次的電子技術(shù)課程設(shè)計正是我們利用已學(xué)過的數(shù)電模 電知識，設(shè)計八層電梯顯示控制器，在實踐中重溫自己學(xué)過的知識。也使自己掌握各種芯 片的使用方法，提高自己利用圖書資源和網(wǎng)絡(luò)資源的能力。電梯是隨著高層建筑的興建而 發(fā)展起來的一種垂直運輸工具。 多層廠房和多層倉庫需要有貨梯； 高層住宅需要有住宅梯；

2、百貨大樓和賓館需要有客梯，自動扶梯等。在現(xiàn)代社會，電梯已像汽車、輪船一樣，成為 人類不可缺少的交通運輸工具。該課題是電梯樓層顯示控制器的設(shè)計， 采用實驗室常見集成芯片 （ 74LS161、74LS190、 74LS194等芯片），進行中規(guī)模集成電路設(shè)計。、總體方案設(shè)計2.1設(shè)計目標(biāo)基本功能：1）用一位數(shù)碼顯示管顯示電梯行進樓層位置（八層樓 1-8 ）;2）電梯停車時，能響應(yīng)每層樓電梯按鈕的呼喚；電梯行進時不響應(yīng)不記憶呼喚；3） 能控制電梯行進（假定行進一層樓所需時間 2S），給出電梯停止、上行、下行指 示。附加功能：1） 用數(shù)碼管顯示乘客要去的目標(biāo)樓層 ；2）電梯超重等報警電路，一旦報警電梯緊

3、急制動不行進；3）步進電機正反轉(zhuǎn)模擬電路。當(dāng)目標(biāo)樓層 > 實時樓層時，系統(tǒng)能輸出使電機正轉(zhuǎn)的 時序信號，使電梯上升；當(dāng)目標(biāo)樓層 <實時樓層時，系統(tǒng)能輸出使電機反轉(zhuǎn)的時 序信號，使電梯下降；當(dāng)目標(biāo)樓層 =實時樓層時，系統(tǒng)停機信號，使電機停止運 行并開門。2.2整體設(shè)計流程圖顯示電路單限比較電路樓層編碼電路_J寄存電路比較電路計數(shù)電路顯示電路多諧振蕩 電路片 1分頻電路7移位電路三、單元模塊設(shè)計3.1樓層輸入電路使用二-十進制編碼器74LS147實現(xiàn)對電梯樓層輸入的編碼。初始狀態(tài)為咼電平,當(dāng)開關(guān)按下時為低電平。1樓對應(yīng)11直到8樓對應(yīng)18 ,19無效接高電平。例如按下一樓對應(yīng)編碼為11

4、10。由于二-十進制編碼器的優(yōu)先性，所以兩個樓層同時按下只響應(yīng)高樓層不響應(yīng)低樓層，具體的電路如圖3-1 :VC C11SVS374LS3ANo I oaWkfl_.圖3-13.2樓層保存電路利用74LS160十進制計數(shù)器預(yù)置數(shù)和保持功能實現(xiàn)對樓層的保存，由于74LS147的輸出是反碼，所以在74LS147和74LS160之間需要添加反相器。例如按下一樓時保存0001，具體電路如圖3-2 :>288.6kP圖3-23.3多諧振蕩電路利用555定時器組成多諧振蕩器，多諧振蛋器在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號，便能自動輸出一定頻率的矩形脈沖（自激振蕩）。利用555定時器產(chǎn)生頻率為128Hz的矩

5、形脈沖波，R2采用可變電阻器，方便頻率的調(diào)節(jié)。具體的電路如圖3-3 :100kQR1:iociT-'.ri(aa R匚:二：110 nF :1Q0hFCf555_VTim(rrIRTUAL14圖3-33.4分頻電路采用兩片同步十六進制74LS161異步級聯(lián)組成256進制的計數(shù)器，由于74LS161是下降沿觸發(fā)的，所以在低位片的輸出端 CO端需要加反相器。具體的電路如圖 3-4 :圖3-43.5樓層比較電路使用4位數(shù)據(jù)比較器74LS85反復(fù)比較乘客輸入的目標(biāo)樓層號（記為 A）與電梯實時樓 層號（記為B）的大小。若A>B則上行指示燈亮并且電機模擬上行，若 A=B則停止指示燈亮 并且電

6、機停止，若A<B則下行指示燈亮并且電機模擬下行。當(dāng)電梯在運行時，樓層呼叫無 效，該功能是利用模擬傳輸門TG、1實現(xiàn)的。具體電路如圖3-5 :AGTRAI.TBA3B2- 皿邊B A_E_AOROb774LS85N圖3-53.6樓層變化計數(shù)電路使用同步十進制加減法計數(shù)器 74LS190實現(xiàn)電梯上下行的計數(shù)，加減法的判斷是通過74LS190的輸出反饋到74LS85比較器實現(xiàn)的。同時通過 7447數(shù)字顯示譯碼器顯示實時樓層。具體的電路圖如圖3-6 :-7-4LSSI5Hma圖3-6 二3.7樓層數(shù)碼顯示電路數(shù)碼顯示電路包括：乘客目標(biāo)樓層顯示電路和電梯實時樓層顯示電路。它們的電路結(jié) 構(gòu)是一樣的。

7、使用7段數(shù)碼顯示譯碼器7447和共陽七段數(shù)碼管，顯示乘客輸入的樓層以及 電梯實時的樓層。例如乘客按下1號樓的按鈕，則目標(biāo)樓層數(shù)碼顯示電路顯示 1;電梯現(xiàn) 在運行到了 3樓，則實時樓層數(shù)碼顯示電路顯示3。具體的電路如圖3-7 :wvU26fBc DE.F- o o _Q 0 Q O A B c c圖3-73.8電梯上下行指示及電機脈沖分配電路指示燈采用發(fā)光二極管，在樓層比較電路部分已經(jīng)解釋了上下行及停止的只是原理。電機正反轉(zhuǎn)模擬是采用移位寄存器74LS194實現(xiàn)當(dāng)環(huán)形信號輸出為右移100->010->001->100時，電機正轉(zhuǎn)；當(dāng)環(huán)形信號輸出為左移001->010-&g

8、t;100->001時，電機反轉(zhuǎn)。0和1用發(fā)光二極管指示，0為發(fā)光二極管不亮，1為發(fā)光二極管亮。具體的電路 如圖3-8 :圖3-83.9超重報警電路該部分采用單限比較器，用可變電阻器模擬拉力傳感器輸出電壓的變化，一旦超重， 指示燈將閃爍、蜂鳴器報警、同時電梯將停止，直到恢復(fù)正常荷載內(nèi)才運行。具體的電路 如圖3-9 :R33IDkOR32 SOkQ2曲0Key=A 19 »>R233BA>10kD0VEE -5VTOD1D圖3-94.1仿真過程1 ）電梯初始狀態(tài):四、系統(tǒng)接線調(diào)試2）電梯上行狀態(tài):4）電梯停止?fàn)顟B(tài):5）電梯下行狀態(tài):6）電梯報警狀態(tài):4.2實物接線圖1

9、）電梯下行狀態(tài)（左上角的顯示數(shù)碼管為乘客的目標(biāo)樓層，右上角的數(shù)碼顯示管為 電梯實時樓層）（電梯上下行指示燈為中上方的綠黃綠三個指示燈，分別表示上行、2）電梯停止?fàn)顟B(tài)停止、下行）3）電梯報警狀態(tài)（左上角的紅色發(fā)光二極管為報警指示燈，中下方的三個紅色發(fā)光二極管為電機模擬正反轉(zhuǎn)）1 ：-«*" !< a a »強 ino tUH 1 I I I H li k It laWBHI.Iiliai五、實踐過程中遇到的問題1）最初的問題是該用什么芯片實現(xiàn)電梯的顯示控制功能，在通過對相關(guān)資料的查 詢后，逐漸有了一些思路，但隨之而來的問題是該用什么軟件畫圖，電工軟件很多，例如

10、ORCADProtel 2006 等等，最后我們還是用了學(xué)習(xí)過的 multisim 電工仿真軟件。在 設(shè)計畫圖的過程中也遇到了很多問題，仿真軟件的仿真不穩(wěn)定，時好時壞，后來通過查 詢資料才知道仿真出錯不是電路錯誤而是仿真時間步長過長導(dǎo)致數(shù)據(jù)不收斂溢出。畫圖 也遇到了問題，有些元件在 multisim 元件庫中沒有找到，例如8X8點陣屏。2） 在編碼器的選擇上也遇到了問題，我們最初選擇二-十進制優(yōu)先編碼器74LS147 對8個樓層進行編碼，但由于74LS147編碼輸出為反碼，所以還需要添加四個反相器來 求反。如果采用74LS148將可以減少反相器數(shù)目，但是接線比較混亂，還需要引入一個 或門。其接

11、線如下圖5-2，綜合考慮我們最后還是采用了 74LS147。mtn7U3B-f-74LS04N74LS30N10k£l14A 丁4L合圖5-2< 0Q 0 0IQkOWV10KQAAV10kO3）樓層數(shù)據(jù)的寄存也困擾了我們很久，我們在仿真上采用鎖存器74116,但是由于74116不是脈沖觸發(fā)，而樓層開關(guān)按下時同步的沒有延時，所以無法完成寄存，最 終我們采用了一塊比較熟悉的十進制計數(shù)器 74LS160來完成預(yù)置數(shù)和寄存功能。4）電梯初始狀態(tài)要求顯示為1樓，通過不斷的嘗試，我們利用的電容充放電延時來實現(xiàn)。其仿真圖如圖5-4-1，但在實際的接線中采用電容延時很不穩(wěn)定并且影響超重報警功

12、能的實現(xiàn)，所以最終采用添加一個復(fù)位開關(guān)來實現(xiàn)，如圖5-4-2。電梯樓層改變計數(shù)器74LS190的輸出置1也出現(xiàn)了問題，我們最初采用對 74LS190進行預(yù)置數(shù)， 但由于比較器74LS85的比較又將實時數(shù)碼管置0,在實物接線上多次試驗發(fā)現(xiàn)還是不對 74LS190進行預(yù)置數(shù)，而是等CP上升沿到來進行加法計數(shù)然后置 1,這種方法的不足就 是可能最長需要等待一個周期即2秒才能完成實時數(shù)碼管的置1。圖 5-4-15）在時鐘脈沖的的產(chǎn)生上我們也遇到問題，我們最初的仿真是首先由555定時器連接成多諧振蕩器產(chǎn)生頻率為100Hz的矩形脈沖波，然后再通過由兩片 74LS161異步級聯(lián)為200進制的計數(shù)器，從而產(chǎn)生

13、頻率為 0.5Hz的矩形脈沖波。但兩片74LS161異步級聯(lián)為200進制計數(shù)器需要引入一個8線輸入與非門電路，并且將8線輸入與非門的輸 出端丫反饋到置數(shù)端，但在實際接線中，可能由于反饋的電壓不足無法將兩片74LS161同時置數(shù)，所以最終我們采用首先由 555定時器連接成多諧振蕩器產(chǎn)生頻率為 128Hz的 矩形脈沖波，然后再通過由兩片 74LS161異步級聯(lián)為256進制的計數(shù)器，從而產(chǎn)生頻率 為0.5Hz的矩形脈沖波。這樣將可以少一個 8線輸入與非門，置數(shù)端只需接高電平 1即 可。6）附加功能一直存在一個問題，至今未懂解決，在電梯超重報警時，如果電梯 原來狀態(tài)時上行，一旦超重報警，電梯可以立即停

14、止直到恢復(fù)正常荷載從原位置繼續(xù)上 升到目標(biāo)樓層。但對于原來狀態(tài)時下行時，原本設(shè)計的功能是電梯可以立即停止直到恢 復(fù)正常荷載從原位置繼續(xù)下降到目標(biāo)樓層，但在實際試驗運行中發(fā)現(xiàn)，電梯可以完成立 即停止操作，但是恢復(fù)到正常荷載時無法從原來位置逐層下降到目標(biāo)樓層，而是瞬間跳 到目標(biāo)樓層，有時甚至亂碼。六、實踐總結(jié)及心得體會對于這次電子技術(shù)課程設(shè)計，應(yīng)該學(xué)到了一些東西，了解了電子設(shè)備設(shè)計生產(chǎn)過程， 在第一節(jié)的理論課上，老師就講解了這些知識，電子產(chǎn)品的設(shè)計米用頂真設(shè)計、模塊設(shè) 計。首先需要知道這個產(chǎn)品的要實現(xiàn)的功能是什么，然后這些功能需要什么電路來實現(xiàn)，例如設(shè)計一個溫度檢測裝置，它的原理總框圖應(yīng)該是鉑熱電

15、阻采集電路、濾波電路、信 號放大電路、顯示電路。在總功能的前提下，設(shè)計各個模塊的單元電路，分塊設(shè)計，分 塊接線，分塊調(diào)試，然后整體調(diào)試組裝，這樣將有利于問題的最快發(fā)現(xiàn)和解決，在最壞 的結(jié)果下也不至于拆整個電路，這個設(shè)計思想對我們以后的工作學(xué)習(xí)都可以運用，就像 我們平時做事需要分步進行，有條理，而不是一哄上，主次不分，導(dǎo)致效率低下。在電路的設(shè)計過程中，也了解了一些常用的電路繪圖軟件，例如ORCA、Protel2006、Protel 99SE、AutoCAD Electrical 、multisim 等等，現(xiàn)在已經(jīng)學(xué)會 multisim 的一些常規(guī)操作。這也讓我認識了一個新的領(lǐng)域，原來以為Auto

16、CAD只能畫畫機械制圖之類的二維圖，現(xiàn)在知道了還有電工版 CAD以前做實驗時總覺得 multisim 沒什么用， 一堆東西看不懂，但真正自己設(shè)計然后再去上面仿真，這時才真正感覺到multisim的強大之處。但仿真畢竟還是仿真，跟實際還是有差距的，我們最初的電路在仿真上可以很 好的運行，但到了實物接線就出問題了，不出結(jié)果或者結(jié)果錯誤，這很有借鑒意義，對 于工科，我們必須去實踐，不能紙上談兵，仿真之類的都是理想狀態(tài)，這世界有很多偶 然性是人們所不可預(yù)測的。在實物接線中，講究規(guī)范，實際上隨意接線很快就可以接完，但能出結(jié)果的概率很 小，就算去規(guī)范接線，有時還是會接錯的，但接錯不是問題，采用儀器一檢測就

17、能發(fā)現(xiàn) 其中問題，如果隨意布線，問題都難以找出，工程上的這些規(guī)定都有其合理性，所以我 們應(yīng)該耐得住性子，耐心接線，質(zhì)量和效率的最大優(yōu)化。這對于我們?nèi)粘Ｉ钔瑯佑袉?示，無規(guī)矩不成方圓，做任何事都有規(guī)矩，規(guī)矩可能人們自己為了提高效率促進公平而 設(shè)置的，自然規(guī)律應(yīng)該也算規(guī)矩，科學(xué)就是去發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律，認識自然規(guī)律，然后遵守 它利用它。這次的電子課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，我們得到了一次很好的動手實踐機會，學(xué)到了一些 新知識，也溫習(xí)運用了學(xué)過的知識。在此同時也感謝老師們的辛勤指導(dǎo)和幫助，給我們 的方案提出了很多改進意見，幫助我們順利完成課程設(shè)計。七、元件清單及參考文獻元件清單:序號元件名稱數(shù)量1電源（土 VCC、GND）各1個274LS1471塊374LS1601塊474LS1901塊574LS851塊674LS1612塊774482塊874LS1941塊95551塊10電阻（10Q）18個11電阻（100 Q）1個12電阻（1k Q）2個13電阻（2k Q）1個14電阻（10k Q）8個15電阻（300k Q）1個16可變電阻（20 Q）1個17可變電阻（1M Q）1個18電容（10nF）2個19電容（30忻1個20開關(guān)10個21CC40161個22OP07123LED燈724蜂鳴器1個25數(shù)碼管2個2674LS04227