1、精選優質文檔-傾情為你奉上電子課程設計 電動機的啟停控制器 院系：電子信息工程學院專業：班級：姓名：學號：指導老師： 2014年 12月專心-專注-專業目錄一 設計任務與要求- 1二 總體框圖- 11. 前期思路-12. 中期思路-23. 最終思路-2三 選擇器件- 31. 器件種類-32. 器件邏輯圖與功能說明-4四 功能模塊- 111. 前期設計電路各模塊功能-112. 中期設計電路各模塊功能-133. 最終設計電路各模塊功能-15五 總體設計電路- 171. 最終設計電路圖-172. Multisim仿真結果圖-183. 硬件實驗感想-19六 51單片機設計思路- 201. 程序編譯設計

2、-202. 硬件仿真照片-22七 課程設計總結- 24八參考文獻- 24一設計任務與要求課程設計題目13設計5臺電動機的啟停控制器：控制器信號為：一個啟動按鈕k1，一個停止按鈕k2，一個緊急停止按鈕k3，5臺電動機控制信號M1M2.控制要求如下：（1）每按一次啟動按鈕k1，從第1臺電動機開始，増序啟動一臺電動機。按下5次后，5臺電動機全部啟動運行。（2）每按一次停止按鈕k2，從第5臺電動機開始，逆序停止一臺電動機。按下5次后，5臺電動機全部停止運行。（3）在正常情況下，若按動停止按鈕k2一次都對所有正在運行電動機的編號選最大的先停止運行，其他狀態不變，若按啟動按鈕k1一次都對所有沒有運行的電動

3、機的編號選最小的先啟動。（4）急停按鈕k3按下時，所有電動機都停止運行。二總體框圖1前期思路框圖初期見到課題時第一反應就是用74LS192，74LS138與SR鎖存器實現課程設計要求。如圖2-1可以看出，經過計數、譯碼、保持三個狀態后可以控制電動機的順序啟動。每按動按鈕k1或k2時在器件74LS192實現加減計數，并通過74LS138將輸出電平經SR鎖存器送給電動機信號。此過程中SR鎖存器可以保持電動機的初狀態。經過multisim仿真后發現，該思路可以很容易實現五臺電動機的依次啟動，但是若想實現電動機的逆序停止是非常難實現的。因為若相同的模塊級聯后會發生沖突，并且會對電動機產生影響。而且由于

4、電路中使用了SR鎖存器，鎖存器有保持初始狀態的功能，若要依次改變電動機狀態（開啟或停止），必須對SR鎖存器的S,R端口改變輸入狀態，這就增加了電路的按鈕個數，與設計要求發生沖突。時鐘脈沖保持狀態器譯碼控制器計數顯示器電動機圖2-1 前期思路框圖所以為了更高的滿足設計要求，應該改進思路與方法。2中期思路框圖 在第一個條件可以滿足的前提下，進一步考慮如何才能實現逆序停止電動機。中期思路設計中我考慮到信號（高低電平信號）可以在五臺電動機中順序或逆序移動，所以我想到應用移位寄存器具有移動高低信號的功能。如圖2-2中可以看出通過移位控制器來控制電動機的一次啟動，中期我使用了兩個74LS164移位寄存器與

5、異或門，k1按下時給第一個74LS164芯片觸發脈沖，實現電動機的依次啟動，k2按下時給第二個74LS164芯片觸發脈沖，實現電動機的逆序停止，而在清零端設置一個k3就可以完成緊急停止按鈕。這樣在四項要求中就完成了三項。但是第三個要求還沒有達到設計要求，所以此電路圖應該進一步完善。移位控制器（1） 電動機時鐘脈沖輸出端控制器 移位控制器（2）圖2-2 中期思路框圖3最終思路框圖設計思路框圖如圖2-3所示。移向控制器計數顯示器時鐘脈沖電動機移位控制器（1）移位控制器（2）移位控制器（3）圖 2-3 最終思路框圖 經過前兩次的設計思路，我對中期的電路進行較大改動。在圖2-3的設計框圖中，我使用了三

6、個74LS194雙向移位寄存器，SR鎖存器與非門組成了電動機啟停控制電路。74LS194寄存器具有雙向移位功能，正是利用這個功能可以滿足在任意時刻控制電動機的啟停。連接電路時我利用或非門組成了SR鎖存器，從而控制74LS194的S0與S1端的電平，這樣就可以控制電動機右移啟動左移停止功能。并在清零端添加開關k3，來滿足最后的設計要求。為了能更加清楚地顯示電動機的啟動個數，再設計的最后我加入了LED數碼管顯示功能。通過74LS148優先編碼器對點電動啟動個數進行計數，并用LED進行顯示啟動個數。這樣能更加明了的控制電動的啟停了。 三選擇器件1.器件種類 前期使用器件如表3-1中包括VCC，時鐘脈

7、沖，74LS192,74LS138，非門，或非門，開關與LED數碼管。表3-1 前期使用器件表器件參數個數VCC直流5V2個時鐘脈沖5V 1KHZ1個74LS192加減計數器1個LED數碼管7段共陰極數碼管1個74LS1383-8譯碼器1個74LS04非門5個74LS02或非門10個燈泡2.5V5個開關（A）單擲開關1個開關（E）單刀雙擲1個中期使用器件表3-2 中期使用器件表器件參數個數VCC5V1個時鐘脈沖5V 1KHZ1個74LS164串入并處移位寄存器2個74LS136異或門5個燈泡（代替電動機）5V5個開關（PB-NO）復位開關1個如表3-2中包括VCC，時鐘脈沖，74LS164，異

8、或門與開關。最終設計使用器件表3-3 最終使用器件表器件參數個數VCC5V5個時鐘脈沖5V 1KHZ1個74LS194雙向移位寄存器3個74LS04非門8個74LS148優先編碼器1個LED數碼管7段共陰極數碼管1個74LS02或非門2個燈泡（代替電動機）5V5個PB-NC復位開關10個PB-NO復位開關3個如表3-3中包括VCC，時鐘脈沖，74LS194,74LS148，非門，開關與LED數碼管。2.器件邏輯圖與功能說明 .前期邏輯器件圖如圖3-4所示為VCC：為電路提供直流電源，并且產生高電位。如圖3-5所示為時鐘脈沖：脈沖信號是一個按一定電壓幅度，一定連續發出的脈沖信號。 圖3-4 VC

9、C 圖3-5 時鐘脈沖如圖3-6所示為74LS192邏輯圖，其前期設計電路中的功能為：在前期設計中74LS192起到了加法計數的功能，記下按鈕k1按下的次數，并將高低電平信號傳遞通過QA,QB,QC,QD傳遞給芯片74LS138。 圖3-6 74LS192邏輯圖表3-7 74LS192功能表 如表3-7所示為74LS192的功能表。如圖3-8所示為74LS138邏輯圖，在該電路的功能為：通過74LS192傳遞的電平信號，經過74LS138的A,B,C的輸入端控制其輸出的高低電平變化。 圖3-8 74LS138邏輯圖如表3-9所示為74LS138功能表，其中G1與s1、G2A與s2、G3B與s3

10、、A0與A、A1與B、A3與C一一對應。 表3-9 74LS138功能表如圖3-10與3-11所示分別為非門和或非門，其功能非門：輸入端信號取反。 或非門：在此電路中或非門起到了構成SR鎖存器作用，將74LS138輸出端的信號保持，使電動機保持工作狀態。 圖3-10 非門 圖3-11 或非門中期器件邏輯框圖 如圖3-12所示為74LS164邏輯圖，其功能為：在每一個脈沖上升沿時刻都會在輸出端依次置入1或0.從而控制電動機的啟動與停止。 圖3-12 74LS164邏輯圖表3-13 74LS164功能表 如表3-13所示為74LS164的功能表。如圖3-14所示為異或門，其功能為：兩個輸入端信號相

11、同時輸出為0。若兩個輸入端信號不同時輸出端為1。 圖3-14 異或門 表3-15 異或門真值表如表3-15所示為異或門的真值表。最終設計器件框圖 如圖3-16所示為74LS194的器件圖，其功能為：可以通過控制S0、S1端口的輸入電平，控制74LS194的左移與右移功能，這樣就能控電動機順序啟動與逆序停止。圖3-16 74LS194邏輯圖 表3-17 74LS194功能表如表3-17所示為74LS194的功能表。如圖3-18所示為74LS148邏輯圖，在該電路中的功能為：將 8 條數據線（07）進行 3 線(4-2-1)二進制優先編碼，即對最高位數據線進行。通過優先編碼來控制LED數碼管的顯示

12、。圖3-18 74LS148邏輯圖 表3-19 74LS148功能表 在表3-19中 I0I7與 D0D7依次對應。 四功能模塊1.前期設計電路模塊圖4-1為前期設計的電路圖。該電路僅僅可以完成課程設計的第一個要求：沒按動開關k1（A）時電動機順序啟動。 圖4-1 前期電路圖各模塊功能說明：計數模塊計數模塊如圖4-2所示。圖4-2 計數模塊每按動開關k1（A）會在UP端產生脈沖，此時計數器會記下一個數，通過QA、QB、QC、QD輸出端輸出給下一個芯片，此時LED會顯示出相應的數字。傳輸模塊傳輸模塊如圖4-3所示。圖4-3 傳輸模塊74LS192輸出端輸出的信號送入74LS138的輸入端，經過3

13、8譯碼器的選擇編譯來控制輸出端的電平信號。鎖存模塊鎖存模塊如圖4-4所示。圖4-4 鎖存模塊利用SR鎖存器的保持功能實現電動機的持續啟動，這樣就可以實現電動機的順序啟動。通過前期的設計與思考中，我發現若要更好的實現電動機的啟停控制應該在電路中加入移位寄存功能的芯片，所以我在中期時完善了前期的想法。2.中期電路設計模塊 圖4-5為中期設計電路圖。 圖4-5 中期電路圖經過思路完善該電路可以實現5臺電動機的順序開啟與逆序停止，但滿足不了中間狀態的任意開啟與停止功能。各模塊功能說明移入模塊 圖4-6 移入模塊移入模塊如圖4-6所示，每按動啟動開關k1（A）與停止開關k2（B），74LS164依次移入

14、1，用來控制電動機的開斷。控制輸出模塊圖4-7 控制輸出模塊 控制輸出模塊如圖4-7所示。經過異或門對移入電平信號的處理，控制電動機的啟停，當異或門的輸入端電平相同時，電動機停止。輸入端電平不同時，電動機啟動。經過對前期電路的處理與完善電路可以完成設計要求的前兩項與最后一項，但對于中間時刻的啟停控制還需要進一步的思考。在單向移入時可以滿足順序啟動與逆序停止。如果是使用可以實現左移右移的移位寄存器是否可以實現設計要求呢？所以在最終的設計中以滿足第三個要求為主。3.最終設計電路圖 圖示4-8為最終電路圖。 圖4-8 最終電路圖 前兩次的設計實踐后，在最后的設計電路中可以基本的滿足課程設計的四個要求

15、。為了能更人性的顯示出電動機的啟動個數，我還加入了LED顯示計數功能，這樣就可以清楚地顯示啟動了幾臺電動機，用來滿足自己的工作需要。各模塊功能說明：保持模塊圖4-9 保持模塊 使用或非門構成SR鎖存器為74LS194的S0，S1端提供電平，用來控制芯片的左移與右移功能。保持模塊如圖4-9所示。雙向移位模塊圖4-10 雙向移位模塊通過控制S0，S1 端口的高低電平來控制74LS194的左移與右移功能，并且該三個芯片級聯構成可以循環右移與循環左移的功能。這樣在開始工作時只要在置數端置入恰當的初始數值就可以滿足課設要求。沒按動啟動按鈕k1（A）就會順序啟動一臺電動機，每按動停止按鈕k2（B）就會逆序

16、停止一臺電動機，這樣就可以實現在任意時刻的啟停控制功能。雙向移位模塊如圖4-10所示。急停模塊（清零模塊） 圖4-11 急停模塊只要清零端有效就會清零，這樣所有運轉的電動機都會停止，即只要k3（C）閉合就會清零，所有電動機都會停止工作。急停模塊（清零模塊）如圖4-11所示圖4-12為計數顯示模塊圖4-12 計數顯示模塊 通過對電動機的啟動個數來加以計數，能更清楚的反應電動機的工作狀態。五總體設計電路1.最終設計電路圖 如圖5-1為最終電路圖。 圖5-1 設計電路圖2.multisim仿真結果圖如圖5-2為開關K1按動一次或開關K1按動五次后又按動開關K2四次的仿真圖。圖5-2 仿真電路圖 如圖

17、5-3所示為開關K1按動兩次或開關K1按動五次后又按動K2三次的仿真結果。 圖5-3 仿真電路圖如圖5-4所示為開關K1按動5次的仿真結果。 圖5-4 仿真電路圖3.硬件實驗感想 通過硬件實驗，從軟件仿真到硬件的實現要比想象的難得多，在芯片的選擇和電路的連接時都需要耐心與細心，不可以有一點馬虎，只要有一接線與管腳端接錯就會影響到整個電路正常工作。 經過硬件試驗后，會讓自己對自己設計的電路有一個更深的了解，不僅僅停留在multisim軟件的仿真層次，而是對整個電路的工作狀態與電路功能有更直接的認識。所以硬件實驗對于設計到實現是十分重要的。六51單片機設計思路 由于用multisim最終仿真的電路

18、圖在硬件仿真時較為難實現，所以考慮到經濟節約與簡單方便等方面，下面我應用了51單片機進行了該課題設計。1.程序編譯設計#include #include #define uchar unsigned charsbit K1 = P14;sbit K2 = P15;sbit K3 = P16;sbit P27=P27;uchar num;unsigned char code s56=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92; 、/定義數組用來顯示電動機的啟動個數/void delay(unsigned int n) /定義一個延時函數/ unsigned char i,j; w

19、hile(n-) for(i=0;i20;i+)for(j=0;j30;j+); void main(void)unsigned char i; /LED數碼管顯示程序/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(num5) num=5; P0=s5num; if(!K1) /K1 K2 K3 控制啟停程序/delay(0x10);if(!K1)P0 = _iror_(P0,1);if(P00x07)P0=0x07;while(!K1);if(!K2)delay(