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1、湖南工程學浣 課程設計 課程名稱 數(shù)電課程設計 課題名稱 簡易電梯控制系統(tǒng) 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學 號 姓 名 指導教師 2013年12月16日 湖南工程學院 課程設計任務書 課程名稱：數(shù)字電子技術(shù) 題 目：簡易電梯控制系統(tǒng) 專業(yè)班級： 學生姓名： 學號： 指導老師： 審 批： 任務書下達日期2013年12月16日 星期一 設計完成日期2013年12月27日星期五 設計內(nèi)容與設計要求 一. 設計內(nèi)容： 1、顯示方式：以LED數(shù)碼管形式顯示0-3； 2、主要功能：一共有四層樓，樓層標記用0-3表示， 假設每次只有有一層樓

2、有呼叫，按下呼叫按鈕后， 呼叫樓層指示燈亮，電梯將從當前樓層運行到呼叫 樓層，指示燈熄滅； 3、超重報警：當電梯超重時，報警燈鳧，電梯拒絕運 行； 4、系統(tǒng)復位：系統(tǒng)能手動復位，復位后，電梯停在第 O層； 5、其他功能（任選） 二、設計要求： 1、思路清晰，給出整體設計框圖和總電路圖; 2、單元電路設計，給出具體設計思路和電路; 3、寫出設計報告 主要設計條件 1. 提供調(diào)試用實驗室； 2. 提供調(diào)試用實驗箱和電路所需元件及芯片?； 3. 所用設備及元件需在設計后歸還。 說明書格式 1. 課程設計封面； 2. 任務書； 3. 說明書目錄； 4. 設計總體思路，基

3、本原理和框圖（總電路圖）; 5. 單元電路設計（各單元電路圖）； 6. 安裝、調(diào)試步驟； 7. 故障分析與電路改進； 8. 總結(jié)與體會； 9. 附錄（元器件清單）； 10. 參考文獻； 11. 課程設計成績評分表； 12. 設計報告采用16k紙打印; 進度安排 第三周： 星期一:課題內(nèi)容介紹和查找資料； 星期二?星期五：總體電路設計和分電路設計，電路仿 真，修改方案； 第四周： 星期一?星期二：電路設計，電路仿真，修改方案 星期三：安裝、調(diào)試電路； 星期四：驗收電路，整理實驗室及其它事情，寫設計報 告，打印相關(guān)圖紙； 星期五:答辯； 參考文獻 1、《電子系

4、統(tǒng)設計》 高等教育出版社 2、《電子線路設計、實驗、 華中理工大學出版社 3、《新型集成電路的應用》 計 華中理工大學出版社 4、《現(xiàn)代電子設計技術(shù)》 機械工業(yè)出版社 5、《數(shù)字電路設計與制作》 科學出版社 馬建國主編 測試》（第二版） 謝自美主編 電子技術(shù)基礎課程設 梁宗善主編 李榮良主編 湯山俊夫著 目錄 一、設計整體思路 2 1.1 課題設計要求 2 1.2 設計目的 2 1 . 3設計整體思路 3 二、基本原理及框圖 4 2.1基本原理 4 2. 2設計整體框圖 5 三、單元電路設計及單元電路圖 6 3.1實現(xiàn)功能 6 3. 2實現(xiàn)

5、電路 6 3. 2. 1樓層的輸入電路 6 3. 2. 2低頻信號發(fā)生器 7 3. 2. 3 樓層顯示電路 8 3.2.5主要元器件介紹 9 四、總電路設計 11 五、安裝與調(diào)試步驟 12 六、故障分析與電路改進 13 七、實際接線圖 14 八、總結(jié)與設計調(diào)試體會 15 附錄： 17 1、元件清單 17 2、參考文獻 17 一、設計整體思路 1.1 課題設計要求 本次數(shù)字電子技術(shù)課程設計課題：是簡易電梯控制系統(tǒng)，一共有四層樓， 樓層標記用0-3表示，假設每次只有有一層樓有呼叫，按下呼叫按鈕 后，呼叫樓層指示燈亮，電梯將從當前樓層運行到呼叫樓層，指示燈 熄滅；當電梯

6、超重時，報警燈亮，電梯拒絕運行；系統(tǒng)能手動復位， 復位后，電梯停在第。層。 1.2 設計目的 a.進一步熟悉和掌握常用數(shù)字電路元器件的應用。 b.鞏固加深理解數(shù)字電路的基本理論知識，學習基本理論在實踐中綜合運用的 初步經(jīng)驗，掌握數(shù)字電路系統(tǒng)設計的基本方法及在面板上接線的方法、技術(shù)、 要注意的問題。 c.培養(yǎng)數(shù)字電路實物制作、調(diào)試、測試、故障和排除的方法。 d.培養(yǎng)細致、認真做實驗的習慣。 e.培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。 1.3 設計整體思路 系統(tǒng)的時鐘脈沖信號是由函數(shù)發(fā)生器發(fā)生。時鐘信號通過一定與門和與非 門輸入同步加減計數(shù)器74LS192N,控制其加減計數(shù)。

7、 系統(tǒng)的開關(guān)控制電路是由D觸發(fā)器和與非門構(gòu)成，控制信號燈的工作狀 態(tài)。 系統(tǒng)的核心電路是由編碼器74LS148N,數(shù)據(jù)比較器74LS85,同步可加減計 數(shù)器74LS192N,與一定的門電路組成，實現(xiàn)對電梯的上升和下降的控制。 系統(tǒng)使用低頻信號發(fā)生器的定時功能來控制上一層樓或下一層樓所用的時 間，利用數(shù)碼管來顯示所到樓層數(shù)，并用四個發(fā)光二極管來表示四層樓。以此 來設計了一個四層電梯控制系統(tǒng)。 9 二、基本原理及框圖 2.1 基本原理 (1)系統(tǒng)的信號燈控制部分是由開關(guān)和D觸發(fā)器構(gòu)成，開關(guān)先接高電平， 按下開關(guān)時，給了一個高電平觸發(fā)信號輸入給D觸發(fā)器使其鎖存高電平信號， 從而使信

8、號燈一直亮直到信號結(jié)束。 (2)系統(tǒng)的核心部分是由編碼器74LS148,數(shù)據(jù)比較器74LS85,同步十進 制可逆計數(shù)器74LS192,四2輸入與非門74LS00.六反相器74LS04,以及雙D觸 發(fā)器74LS74組成。按下開關(guān)時，產(chǎn)生的高電平信號由74LS74雙D觸發(fā)器傳出 給優(yōu)先編碼器74LS148,產(chǎn)生后的編碼通過反相器74LS04,輸入給比較器74LS85, 74LS148產(chǎn)生的編碼與低頻信號發(fā)生器發(fā)出的信號通過與門電路，產(chǎn)生的信號通 過門電路74LS00輸入給計數(shù)器74LS192,控制計數(shù)器的加減，從而實現(xiàn)電梯的 上升與下降。 2. 2設計整體框 設計框圖如圖2-1所示: 到

9、達此樓層，所到樓層 的燈滅 圖2-1 設計框圖 三、單元電路設計及單元電路 3.1實現(xiàn)功能 用四個LED顯示電梯行進過程，并用數(shù)碼管顯示電梯當前所在樓層的位置, 每層電梯的入口處設有請求按鈕，按下按鈕，則相應樓層的LED亮。 電梯達到請求的樓層，該層的指示燈滅，電梯門打開；電梯自動關(guān)門，繼 續(xù)運行。電梯運行中，運用比較器選擇所到樓層的先后順序 3. 2實現(xiàn)電路 3. 2.1樓層的輸入電路 利用四個D觸發(fā)器實現(xiàn)樓層的輸入功能，即實現(xiàn)所在樓層的指示燈顯示。 3. 2. 2低頻信號發(fā)生器 本電路使用低頻信號發(fā)生器，通過改變頻率的高低來控制上一層樓或下一層 樓所用的時間。

10、 XFG1 Agilent ZLnilonf 0 -!— VDD *5 圖3-2 低頻信號發(fā)生器 3. 2. 3樓層顯示電路 本電路主要是利用十進制加減計數(shù)器74LS192,通過控制電路分配加1或減 1信號給CPD和CPU,實現(xiàn)對現(xiàn)行樓層號的加1和減1,由數(shù)碼管顯示所到 樓層。 3.2.4四層電梯控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 用D觸發(fā)器74LS74作為控制電梯按鈕（即觸發(fā)電平），經(jīng)過編碼器74LS148 及比較器74LS85、計數(shù)器74LS192來實現(xiàn)其電梯控制功能。低頻信號發(fā)生器控 制上一層樓或下一層樓所用的時間，利用數(shù)碼管來顯示所到樓層數(shù)，并用四個 發(fā)光二極管來作為四層樓

11、的指示燈。 3. 2.5主要元器件介紹 譯碼器：譯碼器是一個多輸入，多輸出的組合邏輯電路.它的作用是把給定 的代碼進行〃翻譯〃，成相應的狀態(tài)，使輸出通道中相應的一路有信號輸出。譯碼 器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換,終端的數(shù)字顯示,還用于 數(shù)據(jù)分配，存貯器尋址和組合控制信號等。不同的功能可選用不同種類的譯碼 器。 數(shù)碼管：一個LED數(shù)碼管可用來顯示一位0?9十進制數(shù)和一個小數(shù)點.小型 數(shù)碼管（0. 5寸和0. 36寸）每段發(fā)光二極管的正向壓降,隨顯示光（通常為紅,綠, 黃,橙色）的顏色不同略有差別，通常約為2?2. 5V,每個發(fā)光二極管的點鳧電流 在5?10mA. LED

12、數(shù)碼管要顯示BCD碼所表示的十進制數(shù)字就需要有一個專門的 譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當?shù)尿?qū)動能力。此設計的數(shù)碼 管采用共陰型數(shù)碼管，主要用來顯示樓層號。 P1N1 / 口？目-三 ID.OD-o.ia 圖3-5 共陰數(shù)碼管 D觸發(fā)器：此電路D觸發(fā)器采用74LS74. 74LS74內(nèi)含兩個獨立的D上升沿雙 d觸發(fā)器，每個觸發(fā)器有數(shù)據(jù)輸入（D）、置位輸入（整）復位輸入（*）、 時鐘輸入（CP）和數(shù)據(jù)輸出（Q） o5、的低電平使輸出預置或清除，而與 其它輸入端的電平無關(guān)。當再、又均無效（高電平式）時，符合建立時間要 求的D數(shù)據(jù)在CP上升沿作用下傳送到輸出端。 741

13、s74功能表: 輸 入 輸出 Sd CP D Qn + 1 Qn +1 0 1 X X 1 0 1 0 X X 0 1 0 0 X X 6 1 1 t 1 1 0 I U6A hctwk[- -74塞罩耳 」耆 4N， ::WSQ4N:::= 總電路設計 10 74LS85N ?. 74LS1SN 11

14、 五、安裝與調(diào)試步驟 本次課程設計先是電路設計然后仿真，仿真成功后就開始在實驗室4樓進 行實物接線。我們每個組列出清單，上報清單芯片，經(jīng)班長拿下芯片?，進行接線 工作。安裝過程分兒個步驟，首先是檢查芯片是否有問題，檢查線路是否有問 題，對于導線的話可以邊連接邊檢查導線是否完好；然后進行各個模塊的安裝。 把各芯片安放到面板上，合理布局芯片。合理的布局會為以后的接線帶來 很大的方，這是最基本的一步?，F(xiàn)在就可以接線由于考慮到如果將所有銜接起 來在檢查的話可能比較麻煩，改路線也可能因為線多而乂要重接，所以我們要 按照各個模塊接好當場檢查，并且再接線路之前我們還需要檢查我們的各個元 器件和試驗價

15、是否可用。先觀察試驗臺等相關(guān)器件是否完善儀器的好壞直接決 定了實習的功拜垂成。然后再觀察他們的構(gòu)造，因為比較熟悉其構(gòu)造和功能， 才能使以后操作更加便捷。查測各個芯片和導線，只有好的芯片和導線才能實 現(xiàn)其功能。如果是壞的話，設計的再好的電路也實現(xiàn)不了，所以不要小看了這 個步驟。 按照已經(jīng)設計好了的電路圖接線，由于線路比較復雜，所以接線也要合理, 美觀。這樣對以后的線路檢查也會帶來方便。而對于接好了的，但不能正常工 作的部分需要進行調(diào)試處理。對不能正確工作的模塊進行檢查，檢查接觸是否 良好，有沒有短路，有沒有少接或多接了線。如果上述步驟沒用，則對該模塊 的上一模塊進行檢查。直到查出問題并解決出現(xiàn)

16、的問題為止。當然最后還是通 電看看所有功能是否能按照任務書上的顯示，如果一切都正確，則完成。 六、故障分析與電路改進 由于學校給的實驗臺是經(jīng)歷了有些年代，有些設備現(xiàn)的問題比較多。我們 這組還是比較幸運的，有一臺好的實驗臺，因而成功率也要高一些。 雖說實驗臺有了保障，但是接線工作都是相當有難度的。故障產(chǎn)生的原因 很多，情況也很復雜，本實驗產(chǎn)生故障的原因主要有以下幾種：（1）各種芯片 使用一段時間后出現(xiàn)故障，元器件損壞，連接線路是發(fā)生短路或者接插件接觸 不良；（2）實際電路、與設計的原理圖不符，實際電路沒有連接成功；元器件 使用不當或損壞，特別是芯片連接不當是實驗電路的大問題；連線發(fā)生短

17、路或 斷路現(xiàn)象等；（3）儀器使用不正確引起的故障；（4）芯片布局不合理，引腳走 線不合理。（5）脈沖的影響程度，給的脈沖與設計的脈沖不符合。電路檢查：1、 直接觀察：檢查儀器的選用和使用是否正確；集成電路的引腳有無錯接和漏接， 互碰等情況；布線是否合理，電阻和電容有無燒焦和炸裂等。仔細觀察元，器 件有無發(fā)燙、冒煙，電子管是否亮。重點檢查的是芯片電源是否接好，反饋電 路是否完整，各個芯片的輸出端是否接正確。2、分部檢測：電路分四個單元塊， 分別測量各個單元連接點，輸入合適的數(shù)據(jù)看是否有相應的顯示結(jié)果。 在通電過程中還遇到了點故障，接線完成后，啟動電路，顯示器顯示數(shù)字 “0”，按個按鈕均無反應。

18、經(jīng)過對各個元器件進行排查，查到74LS148的輸出 端口在按各按鈕時均為低電平。改進：74LS148為優(yōu)先編碼器，低電平有效，輸 入端高位優(yōu)先權(quán)高地位優(yōu)先權(quán)低。信號從低位輸入時應將高位接高電平，否則 低位信號將被屏蔽。把輸入信號接到74LS148的高位端口 “5”，“4”，“3”，“2” 后，啟動電路后，按各個按鍵，顯示器顯示對應數(shù)字。 七、實際接線 八、總結(jié)與設計調(diào)試體會 我覺得做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識 太多，平時課間的學習并不能很好的理

19、解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi) 容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于 其在電路中的使用有了更多的認識。平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做 完課程設計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯 片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，通過動手實踐讓我們對各個 元件映象深刻。 了解到課程實習設計是開端，連接是關(guān)鍵，測試是必須。既鞏固了課堂上 學到的理論知識，乂掌握了常用集成電路芯片的使用。在此基礎上學習了數(shù)字 系統(tǒng)設計的基本思想和方法，學會了科學地分析實際問題，通過查資料、分析 資料及請教老師和同學等多種途徑，獨立解決問題。同時，也培養(yǎng)了

20、我認真嚴 謹?shù)膽B(tài)度。 同時.，我更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具 體的使用方法。也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決 問題的習慣。雖然這只是一次簡單的課程設計，但通過這次課程設計我們了解 了課程設計的一般步驟，和設計中應注意的問題。設計本身并不是有很重要的 意義，而是同學們對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。至于設計的成績無須 看的太過于重要，而是設計的過程，設計的思想和設計電路中的每一個環(huán)節(jié)， 電路中各個部分的功能是如何實現(xiàn)的。各個芯片能夠完成什么樣的功能，使用 芯片時應該注意那些要點。同一個電路可以用那些芯片實現(xiàn)，各個芯片實現(xiàn)同 一個功能的區(qū)別。另

21、外，我們設計要從市場需求出發(fā)，既要有強大的功能，乂 要在價格方面比同等檔次的便宜。雖然我們現(xiàn)在作的不可能到市場上去銷售， 但我們要為以后作設計培養(yǎng)出好的習慣。 通過這次課程設計，雖然接線和通電過程中遇到了困難，但我們不斷修改 電路，不斷地總結(jié)經(jīng)驗，最后還是提前完成了此次電路連接。結(jié)果非常滿意。 經(jīng)過孫老師的精心指導我受益匪淺，不但了解了各個芯片的功能與電路的設計, 而且還對自己的動手能力有很大的提高。我堅信自己的努力一定會得到回報的, 鍥而不舍。 附錄: 1、元件清單 四2輸入與非門74LS00 一片 四2輸入與門74LS08 一片 六反相器74LS04 一片 雙D觸發(fā)器

22、74LS74 兩片 四位數(shù)字比較器74LS85 一片 8線-3線優(yōu)先編碼器74LS148 一片 同步十進制計數(shù)器74LS192 一片 八段共陰顯示器 實驗桌 導線 2、參考文獻 1、《電子系統(tǒng)設計》 高等教育出版社 2、《電子線路設計、實驗、 華中理工大學出版社 一個 一個 若干 馬建國主編 測試》（第二版） 謝自美主編  3、《新型集成電路的應用》 電子技術(shù)基礎課程設 計 華中理工大學出版社 4、《現(xiàn)代電子設計技術(shù)》 機械工業(yè)出版社 5、《數(shù)字電路設計與制作》 梁宗善主編 李榮良主編 湯山俊夫著 科學出版社 電氣與信息工程系課程

23、設計評分表 項 目 評價 優(yōu) 良 中 及格 差 設計方案的合理性與創(chuàng)造性 軟件設計完成情況 硬件調(diào)試完成情況 設計說明書與設計圖紙質(zhì)量 答辯情況 獨立工作能力 完成任務情況 出勤情況 綜合評分 指導教師簽名： 日 期： 注：①表中標*號項目是硬件制作或軟件編程類課題必填內(nèi)容； ②此表裝訂在課程設計說明書的最后一頁。課程設計說明書裝訂順序：封面、任務書、目錄、正文、 評分表、附件（非16K大小的圖紙及程序清單）。