1、Harbin Institute of Technology課程設計說明書（論文）課程名稱： 電子技術基礎課程設計設計題目： 循跡競速電動車設計 院 系： 電氣學院 班 級： 1306152 設 計 者： 學 號： 指導教師： 張 剛 設計時間： 2015.12.18 哈爾濱工業大學哈爾濱工業大學課程設計任務書 姓 名： 院 （系）：電氣學院 專 業：電氣工程及其自動化 班 號：1306152 任務起至日期： 2015 年 12 月 13 日至 2015 年 12 月 25 日 課程設計題目：循跡競速電動車設計 已知技術參數和設計要求：小車從出發點開始，必須預定沿軌跡運動。到達終點線時小車自行

2、后退。完成時間按小車從出發點到到達終點線所用時間計。每個小組的小車要按上述要求跑完全程，小車跑動期間不能人為干預小車運動，直至小車到達終點線并一直后退。 工作量：三人一組，共同完成小車電源模塊、軌道監測模塊、控制模塊、電機驅動模塊的搭建與調試，并接受驗收和答辯；每人提交設計報告一份。 工作計劃安排：12月13日：查找資料，學習相關知識和原理并設計出邏輯電路； 12月14日：搭建控制模塊和電源模塊并成功調試； 12月15日：搭建邏輯控制部分和電機驅動部分，并成功調試； 12月16日：對搭建的總電路在邏輯上進行調試； 12月18日：安裝監測模塊和安裝小車，并成功驗收； 同組設計者及分工： XX（組

3、長）：負責邏輯電路的設計和搭建，和整個電路的調試； XX ：負責控制模塊的搭建和整個電路的調試； XX ：負責電源模塊和電機驅動模塊的搭建和整個電路的調試； 指導教師簽字_ 年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字_ 年 月 日*注：此任務書由課程設計指導教師填寫。哈爾濱工業大學課程設計說明書（論文） 循跡競速電動車設計一、設計目的1.熟練掌握數字電路課程中常用芯片的使用方法；2.掌握控制邏輯電路的設計和電路調試技能；3.了解并掌握直流小電機的PWM控制思想。二、 設計要求1. 小車從出發點開始，必須預定沿軌跡運動。到達終點線時小車自行后退。完成時間按小車從出發點到到達終點線所用時間計。每

4、個小組的小車要按上述要求跑完全程，小車跑動期間不能人為干預小車運動，直至小車到達終點線并一直后退。2.三人一組，協同工作。三、 設計方案 圖1 設計方案模塊組成部分圖1、 軌道監測模塊軌道監測模塊主要由兩個一路循跡傳感器組成，它們分別用來監測左右的白線和黑線，當檢測到黑線時，輸出為低電平，檢測到白線時，輸出為高電平，當車向左偏離軌道時，右傳感器監測到黑線，輸出為低電平；當車向右偏離軌道時，左傳感器監測到黑線，輸出為低電平； 圖2一路循跡傳感器 圖3 一路循跡傳感器功能圖圖4 一路循跡傳感器電路圖2、 電機驅動模塊電機驅動采用PWM控制電機轉速，輸入信號控制正反轉；用到的芯片為L293B。此驅動

5、模塊可同時驅動兩個電機，其中2,7,10,15管腳為輸入端，3,6,11,14管腳為輸出端。當2管腳輸入高電平時，7管腳輸入低電平。此時3管腳輸出高電平，6管腳輸出低電平，3,6管腳所連接的電機正轉，電機反轉同理可得。圖5 電機驅動模塊引腳圖3、 電源模塊該模塊是由兩節鋰電池（8V）和LM7805三端集成穩壓電路構成。其中穩壓電路實現的功能是輸出穩定的五伏電壓，為整個數字電路提供5V的數字電路電壓，電機驅動則直接接兩節鋰電池的8V電壓。圖6 LM7805實物圖圖7 7805三端集成穩壓電路圖4、 控制模塊控制策略：控制模塊輸入為兩個紅外循跡傳感器，輸出端則可根據小車控制策略不同有兩種方案：1.

6、通過車輪速度差實現方向控制：輸出端接比較器的輸入，輸出到比較器的值可以改變比較器的輸出脈寬，進而調節左右輪電機的速度。2.通過電機正反轉實現方向控制：輸出的Ldir與Rdir可以作為電機驅動芯片的輸入。 我們采用第二種方案，即控制正反轉來控制電機的轉向從而控制小車的轉向； 控制模塊組成：由NE555定時器連成的多諧振蕩器和74LS14施密特觸發器構成的控制板時鐘，時鐘的周期和占空比可通過改變多諧振蕩器上的滑動變阻器的電阻來實現；圖8 控制板時鐘電路圖在74LS14的后面接一個74LS163計數器，并將74LS163計數器的輸出與74LS85比較器相連，通過調節74LS85的輸入端1，9，11，

7、14的電平可改變輸出方波的占空比，這樣就構成一個PWM發生電路；比較器是74LS85，由于本次設計實驗選擇的方案是通過電機正反轉實現方向的控制，電機左右輪的轉速始終相同，所以選擇相同的PWM信號，因此只需要一個74LS85芯片。芯片的A0A3輸入口分別接計數器Q0Q3輸出口，而B0B3輸入口分別接高電平或低電平。本次設計實驗設定的初值為B3B2B1B0=0111，可調節以改變轉速。 而芯片的P(A<B)輸出端接電機使能端。由74LS85功能表可得，當A3A2A1A0<B3B2B1B0時，輸出高電平，當A3A2A1A0B3B2B1B0時，輸出低電平，由此輸出占空比一定的矩形波。 圖9

8、 PWM電路圖圖10 控制模塊總電路圖注：上圖中，由于我們才用的是控制正反轉方式控制轉向，所以用同一個PWM端，所以只用到了一個74LS85，與上圖有些不同。5、 邏輯控制模塊使用車輪正反轉控制小車方向，轉速設為恒定值，在小車到達終點時檢測到長黑線時一直后退，即到達終點后不再循跡。可使用D觸發器作為小車目前狀態的寄存器。相當于控制板輸入多了一個輸入變量，即觸發器的輸出狀態值。根據所要實現的_功能列出真值表，畫出卡諾圖，由卡諾圖化簡出邏輯式。得到邏輯式為Rdir=Q+SR , Ldir=Q+SL然后，根據邏輯式設計出邏輯電路圖。此邏輯電路包含D觸發器和或門與門非門組成，有兩個輸入端和兩個輸出端，

9、還有一個時鐘，此時鐘可接控制板時鐘。其中兩個輸入端為傳感器的輸出端，兩個輸出端接電機驅動的輸入端，實現對電機轉速的控制；首先要對D觸發器進行清零處理，通過將CLR接低電平；然后將CLR置高電平；由邏輯圖可知當SL和RL同時為0（到達終點）后，Q為1，輸出Ldir和Rdir一直為1，不再隨SL和SR變化，滿足設計要求； 圖11 邏輯電路的真值表 圖12 D觸發器的內部結構圖 圖13 D觸發器的功能圖 74HC74D c SL Ldir CLK Q ACLR SR Rdir PR 圖14 邏輯電路圖四、 調試與驗收 圖15 電路搭建實物圖1 、電路調試用逐個模塊調試的方法進行調試，對于PWM電路部

10、分，我們成功的調試出了一定占空比的方波，通過改變B0B3輸入口的值從而改變占空比；對于電源模塊，我們用實驗室8V的直流電壓代替鋰電池接入電源模塊，得到了5V的電壓，調試成功；接下來我們對我們的邏輯部分進行了調試，首先將PR端置1，將施密特觸發器的輸出方波接入到Clk，開始時對D觸發器進行清零處理，通過將CLR接低電平；然后將CLR置高電平；通過改變SL和SR的不同組合輸入，測量輸出的電平（Ldir、Rdir）高低，與設計的邏輯進行比較，完全符合；最后我們對整個電路（包括電機驅動模塊）的邏輯功能完成了調試。2、小車驗收 在將電路調試成功之后，我們將搭好的電路安裝在小車上面，并將剩下的線路連好。裝

11、車后接上電源，首先要將觸發器清零，然后將傳感器緊貼白紙面，使小車傳感器貼著地面。此時小車兩只輪子向前轉。松手后，小車可循跡，到終點后退。分別將B3B2B1B0置為不同的值，逐漸增加小車的速度進行調試，最后發現小車能循跡的最大值為0111，最快為12秒到達終點。 3、遇到的問題 在電路調試和小車調試的過程中遇到的最大問題就是小車剛放入監測軌道時的不穩定，很多時候在清零準備放入軌道的時候，發現小車已經開始往后退了。4、解決方法 我們分析出，應該是小車在放入軌道前由于還沒檢測到白線（相當于監測到了兩條黑線），出現了一直后退的現象，所以我們在放入軌道前先將小車D觸發器清零，將監測傳感器緊緊貼著地面，然后將清零端置1，慢慢放開小車，在幾次試探之后，小車成功循跡前行。六、設計感悟與收獲首先，本次課程設計是對數字電子電路課程的一個很大的實踐，對于數電這門課的理解和掌握起到了一定的促進作用，我一開始覺得數電學起來很枯燥，都是一些理論知識，通過這次課設經歷，才逐漸發現這門課的有趣和實用，對于我今后的學習起積極作用；在本次課設中，由于對原理要求要理解清晰，所以對于一些常用芯片和基本電路進行了深入的了解和學習，對邏輯的設計也加強了我對于時序邏輯電路的設計的能