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中文題目： 遙控機器人行走電路設計 英文題目： WALKING ROBOT CIRCUIT DESIGN 院 系： 專 業(yè)： 姓 名： 學 號： 指導教師： 開題時間： 一、課題背景及意義（包括課題現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及研究的意義等） 隨著社會的發(fā)展與科技水平的不斷提高，促使人們對于科技應用于生活的要求不斷的增加?？梢宰孕行凶叩臋C器人電路設計是基于目前學過的課程要求設計的，能過自行的前進和后退，并且可以自行調節(jié)前進與后退的時間，同時，機器人電路還可以改進成其它的器件，滿足日常生活的輕便的事情，給平常的生活帶來方便，而且讓科技更加貼近人們的生活，也有利于發(fā)掘自己的潛能和創(chuàng)新意識，鍛煉自己的能力和思維方式。 機器人行走電路由驅動電路和直流電機的正反轉電路兩個單元構成。電路通過運用555構成的多諧振蕩電路，同步計數(shù)器74LS196，七段譯碼器74LS248，雙JK觸發(fā)器等基本單元電路，通過上述基本電路的級聯(lián)組合，構成機器人行走電路。電路有效地實現(xiàn)機器人的行走與后退，通過調節(jié)阻值的大小而控制行走的時間，時間在數(shù)碼顯示管顯示。利用三極管的導通和截止控制機器人的行走方向，從而滿足設計電路的要求。 二、研究內容及目標 本課題的訓練內容主要包含：了解機器人技術的基本知識，將所學的電子技術知識，以及自學的有關單片機知識運用到設計中來。把理論與實際相結合，能夠更好的掌握單片機的應用，同時提高自己的動手能力。同時結合電子技術基礎知識設計電路，提高自己的運用，思考能力。讓電子科技更加接近我們的生活，挖掘我們的潛能和創(chuàng)新意識。 2.1設計原理分析 1、 方波信號發(fā)生器 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在沒有觸發(fā)信號輸入時，電路輸出Q=0，電路處于穩(wěn)態(tài)；當輸入端輸入觸發(fā)信號時，電路由穩(wěn)態(tài)轉入暫穩(wěn)態(tài)，使輸出Q=1；待電路暫穩(wěn)態(tài)結束，電路又自動返回到穩(wěn)態(tài)Q=0。集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有非重觸發(fā)和可重觸發(fā)兩種，74LS123是一種雙可重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 1、74LS123管腳圖 圖1：74LS123管腳圖 2、74LS123功能圖 圖2：74LS123功能圖 說明： 1.外接電容接在 Cext（正）和 Rext/Cext（正）之間 2.為了改善脈沖寬度的精度和重復性，可在 Rext/Cext 和 Vcc 之間接外接電阻。 3.為了得到可變脈沖寬度，可在 Rext/Cext 和 Vcc 之間接 接可變電阻。 4.在Cext>1000pF時，輸出脈沖寬度tw≈0.45Rext Cext。 器件的可重觸發(fā)功能是指在電路一旦被觸發(fā)（即Q=1）后，只要Q還未恢復到0，電路可以被輸入脈沖重復觸發(fā)，Q=1將繼續(xù)延長，直至重復觸發(fā)的最后一個觸發(fā)脈沖的到來后，再經過一個tw（該電路定時的脈沖寬度）時間，Q才變?yōu)?，如圖3所示： 圖3：輸出脈沖周期圖 3、74LS123的使用方法： （1）有A和B兩個輸入端，A為下降沿觸發(fā)，B為上升沿觸發(fā)，只有AB=1時電 路才被觸發(fā)。 （2）連接Q和A或Q與B，可使器件變?yōu)榉侵赜|發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 （3）CLR=0時，使輸出Q立即變?yōu)?，可用來控制脈沖寬度。 （4）按圖6連接電路，可組成一個矩形波信號發(fā)生器，利用開關S瞬時接地，使電路起振。 圖4：矩形波信號發(fā)生電路 三、初步研究方案 3、1 74LS192減計數(shù)器構成數(shù)碼顯示電路 1、74LS192管腳圖 圖5：74LS192管腳圖 2、74LS192功能表： 圖6：74LS192功能圖 說明： CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。 LD為預置輸入控制端，異步預置。 CR為復位輸入端，高電平有效，異步清除。 TCU為進位輸出：1001狀態(tài)后負脈沖輸出， TCD為借位輸出：0000狀態(tài)后負脈沖輸出。 3、原理說明 由兩片74LS123芯片組成的矩形方波信號接入到74LS192時鐘端，驅動74LS192進行減計數(shù)。圖9中74LS192計數(shù)從16減至零時TCD端產生負脈沖輸出信號接入觸發(fā)信號驅動JK觸發(fā)器，JK觸發(fā)器觸發(fā)信號是驅動電機轉動的信號。數(shù)碼顯示電路通過7SEG—BCD數(shù)碼管進行顯示。 4、數(shù)碼顯示電路及JK觸發(fā)信號產生 圖7：數(shù)字顯示電路 3.2 直流電機正反轉驅動電路 原理說明： JK觸發(fā)器的時鐘信號為下降沿觸發(fā)，74LS192減計數(shù)到0時產生下降沿脈沖，通過信號的翻轉控制電機的正反轉，這樣就能實現(xiàn)機器人的前進和后退了。如圖10所示。 1）當輸入為高電平時，Q1,Q4導通，Q2,Q3截止，A點為低電平，B點為高電平，通過仿真U(AB)=-4.93v,直流電機反轉，機器人后退。 2）當輸入為底電平時，Q1,Q4截止，Q2,Q3導通，A點為高電平，B點為低電平，通過仿真U(AB)=4.95v，直流電機正轉，機器人前進。 圖8：電機驅動電路 3.3 整體工作原理說明 本設計從設計中通過兩個74LS123組成的矩形波信號發(fā)生器，通過開關K控制信號的發(fā)生，信號輸出到74LS192計數(shù)器的減計數(shù)端，通過改變電容和電阻的值改變信號的輸出脈沖寬度，即控制頻率。減計數(shù)器從16減到0時TCD端產生下降沿脈沖，JK觸發(fā)器的時鐘新號端接TCD端當下降沿脈沖到來時，輸出發(fā)生翻轉，此時正好控制電機驅動電路反生反轉。我在設計過程中在JK觸發(fā)器的輸出端添加了一個單刀雙擲開關，分別連接在輸出的兩端，這樣的設計有助于對電機的正反轉得到控制，同時在電機驅動電路中，對于驅動電機的電源端添加了一個可關斷晶閘器和一個繼電器，繼電器的控制信號跟晶閘器的關斷信號正好互補，這樣能夠做到對機器人行走的暫停和行走，而且這個過程跟時間的暫停和啟動是同時的。 3.4.1 電路圖 3.4.2機器人行走電路工作原理 555構成的多諧振蕩電路產生方波信號接到74LS196時鐘端觸發(fā)74LS196加計數(shù)器計數(shù)，并通過74LS248驅動七段共陰極數(shù)碼管顯示計數(shù)。加計數(shù)器計數(shù)滿十，通過74HC20與非門產生下降沿信號驅動雙JK觸發(fā)器使JK觸發(fā)器構成的T觸發(fā)器輸出取非，從而驅動三極管構成的開關電路，通過各個三極管的導通與截止來實現(xiàn)直流電機兩端的壓差的正負跳變，驅動直流電動機的正反轉，實現(xiàn)小車的前進與后退。其中，通過調節(jié)四個單刀五擲開關可以改變多諧電路輸出方波周期，來調節(jié)小車的前進與后退的時間. 3.5 555定時器 555定時器引腳圖 555定時器電路圖及波形圖 555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V~16V 工作，它內部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3。555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 A1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，A2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。 本設計中用到一個JK觸發(fā)器，由于， 我們想將其接成T’觸發(fā)器，就要使J=K=1,即J,K端都接高電平。這樣之后再脈沖信號出現(xiàn)下降沿JK觸發(fā)器的輸出會發(fā)生翻轉，就可以實現(xiàn)對電機驅動電路的正轉和反轉的控制，實現(xiàn)自動控制，達到對機器人前進和后退的智能化控制。 四、進度安排 我們在老師開動員大會時，老師告知我們各自的指導老師及畢業(yè)設計論文及開題報告，在指導老師的指導下，我們進行各自的論文研究。第一步在各大信息網和書本進行查找有關重要的信息，即確定研究內容方向;第二步選擇初步的研究方案；第三步按照方案進行實驗;第四步得到相關的結果。最后再請教自己的指導老師，進行修改。 五、參考文獻 [1]康華光.電子技術基礎數(shù)字部分（第五版）.武漢：高等教育出版，2005 [2]吳友宇.模擬電子技術基礎.武漢：清華大學出版社，2009 [3]鄭大鐘.電路基礎.北京：清華大學出版社，2006 [4]周潤景.proteus入門實用教程.南京：機械工業(yè)出版社2008 六、指導老師意見 1、對“開題報告”的評語 2、對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測 七、所在專業(yè)審查意見 負責人： 年 月 日