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中文題目： 遙控機(jī)器人行走電路設(shè)計(jì) 英文題目： WALKING ROBOT CIRCUIT DESIGN 院 系： 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 開題時(shí)間： 一、課題背景及意義（包括課題現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及研究的意義等） 隨著社會(huì)的發(fā)展與科技水平的不斷提高，促使人們對(duì)于科技應(yīng)用于生活的要求不斷的增加。可以自行行走的機(jī)器人電路設(shè)計(jì)是基于目前學(xué)過的課程要求設(shè)計(jì)的，能過自行的前進(jìn)和后退，并且可以自行調(diào)節(jié)前進(jìn)與后退的時(shí)間，同時(shí)，機(jī)器人電路還可以改進(jìn)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(shí)，鍛煉自己的能力和思維方式。 機(jī)器人行走電路由驅(qū)動(dòng)電路和直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)電路兩個(gè)單元構(gòu)成。電路通過運(yùn)用555構(gòu)成的多諧振蕩電路，同步計(jì)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(jí)聯(lián)組合，構(gòu)成機(jī)器人行走電路。電路有效地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行走與后退，通過調(diào)節(jié)阻值的大小而控制行走的時(shí)間，時(shí)間在數(shù)碼顯示管顯示。利用三極管的導(dǎo)通和截止控制機(jī)器人的行走方向，從而滿足設(shè)計(jì)電路的要求。 二、研究內(nèi)容及目標(biāo) 本課題的訓(xùn)練內(nèi)容主要包含：了解機(jī)器人技術(shù)的基本知識(shí)，將所學(xué)的電子技術(shù)知識(shí)，以及自學(xué)的有關(guān)單片機(jī)知識(shí)運(yùn)用到設(shè)計(jì)中來。把理論與實(shí)際相結(jié)合，能夠更好的掌握單片機(jī)的應(yīng)用，同時(shí)提高自己的動(dòng)手能力。同時(shí)結(jié)合電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)設(shè)計(jì)電路，提高自己的運(yùn)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(shí)。 2.1設(shè)計(jì)原理分析 1、 方波信號(hào)發(fā)生器 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在沒有觸發(fā)信號(hào)輸入時(shí)，電路輸出Q=0，電路處于穩(wěn)態(tài)；當(dāng)輸入端輸入觸發(fā)信號(hào)時(shí)，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)，使輸出Q=1；待電路暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路又自動(dòng)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(fù)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(shí)，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(fù)到0，電路可以被輸入脈沖重復(fù)觸發(fā)，Q=1將繼續(xù)延長，直至重復(fù)觸發(fā)的最后一個(gè)觸發(fā)脈沖的到來后，再經(jīng)過一個(gè)tw（該電路定時(shí)的脈沖寬度）時(shí)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(gè)輸入端，A為下降沿觸發(fā)，B為上升沿觸發(fā)，只有AB=1時(shí)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(shí)，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(gè)矩形波信號(hào)發(fā)生器，利用開關(guān)S瞬時(shí)接地，使電路起振。 圖4：矩形波信號(hào)發(fā)生電路 三、初步研究方案 3、1 74LS192減計(jì)數(shù)器構(gòu)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(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。 LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。 CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。 TCU為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出， TCD為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。 3、原理說明 由兩片74LS123芯片組成的矩形方波信號(hào)接入到74LS192時(shí)鐘端，驅(qū)動(dòng)74LS192進(jìn)行減計(jì)數(shù)。圖9中74LS192計(jì)數(shù)從16減至零時(shí)TCD端產(chǎn)生負(fù)脈沖輸出信號(hào)接入觸發(fā)信號(hào)驅(qū)動(dòng)JK觸發(fā)器，JK觸發(fā)器觸發(fā)信號(hào)是驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)。數(shù)碼顯示電路通過7SEG—BCD數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 4、數(shù)碼顯示電路及JK觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生 圖7：數(shù)字顯示電路 3.2 直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路 原理說明： JK觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)為下降沿觸發(fā)，74LS192減計(jì)數(shù)到0時(shí)產(chǎn)生下降沿脈沖，通過信號(hào)的翻轉(zhuǎn)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，這樣就能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)和后退了。如圖10所示。 1）當(dāng)輸入為高電平時(shí)，Q1,Q4導(dǎo)通，Q2,Q3截止，A點(diǎn)為低電平，B點(diǎn)為高電平，通過仿真U(AB)=-4.93v,直流電機(jī)反轉(zhuǎn)，機(jī)器人后退。 2）當(dāng)輸入為底電平時(shí)，Q1,Q4截止，Q2,Q3導(dǎo)通，A點(diǎn)為高電平，B點(diǎn)為低電平，通過仿真U(AB)=4.95v，直流電機(jī)正轉(zhuǎn)，機(jī)器人前進(jìn)。 圖8：電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 3.3 整體工作原理說明 本設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)中通過兩個(gè)74LS123組成的矩形波信號(hào)發(fā)生器，通過開關(guān)K控制信號(hào)的發(fā)生，信號(hào)輸出到74LS192計(jì)數(shù)器的減計(jì)數(shù)端，通過改變電容和電阻的值改變信號(hào)的輸出脈沖寬度，即控制頻率。減計(jì)數(shù)器從16減到0時(shí)TCD端產(chǎn)生下降沿脈沖，JK觸發(fā)器的時(shí)鐘新號(hào)端接TCD端當(dāng)下降沿脈沖到來時(shí)，輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時(shí)正好控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路反生反轉(zhuǎn)。我在設(shè)計(jì)過程中在JK觸發(fā)器的輸出端添加了一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，分別連接在輸出的兩端，這樣的設(shè)計(jì)有助于對(duì)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)得到控制，同時(shí)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源端添加了一個(gè)可關(guān)斷晶閘器和一個(gè)繼電器，繼電器的控制信號(hào)跟晶閘器的關(guān)斷信號(hào)正好互補(bǔ)，這樣能夠做到對(duì)機(jī)器人行走的暫停和行走，而且這個(gè)過程跟時(shí)間的暫停和啟動(dòng)是同時(shí)的。 3.4.1 電路圖 3.4.2機(jī)器人行走電路工作原理 555構(gòu)成的多諧振蕩電路產(chǎn)生方波信號(hào)接到74LS196時(shí)鐘端觸發(fā)74LS196加計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并通過74LS248驅(qū)動(dòng)七段共陰極數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)。加計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)滿十，通過74HC20與非門產(chǎn)生下降沿信號(hào)驅(qū)動(dòng)雙JK觸發(fā)器使JK觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器輸出取非，從而驅(qū)動(dòng)三極管構(gòu)成的開關(guān)電路，通過各個(gè)三極管的導(dǎo)通與截止來實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)兩端的壓差的正負(fù)跳變，驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)與后退。其中，通過調(diào)節(jié)四個(gè)單刀五擲開關(guān)可以改變多諧電路輸出方波周期，來調(diào)節(jié)小車的前進(jìn)與后退的時(shí)間. 3.5 555定時(shí)器 555定時(shí)器引腳圖 555定時(shí)器電路圖及波形圖 555 定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V~16V 工作，它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3。555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)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(dāng) 5 腳懸空時(shí)，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(shí) 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(shè)計(jì)中用到一個(gè)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(hào)出現(xiàn)下降沿JK觸發(fā)器的輸出會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，達(dá)到對(duì)機(jī)器人前進(jìn)和后退的智能化控制。 四、進(jìn)度安排 我們?cè)诶蠋熼_動(dòng)員大會(huì)時(shí)，老師告知我們各自的指導(dǎo)老師及畢業(yè)設(shè)計(jì)論文及開題報(bào)告，在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，我們進(jìn)行各自的論文研究。第一步在各大信息網(wǎng)和書本進(jìn)行查找有關(guān)重要的信息，即確定研究內(nèi)容方向;第二步選擇初步的研究方案；第三步按照方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn);第四步得到相關(guān)的結(jié)果。最后再請(qǐng)教自己的指導(dǎo)老師，進(jìn)行修改。 五、參考文獻(xiàn) [1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)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(shù)基礎(chǔ).武漢：清華大學(xué)出版社，2009 [3]鄭大鐘.電路基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，2006 [4]周潤景.proteus入門實(shí)用教程.南京：機(jī)械工業(yè)出版社2008 六、指導(dǎo)老師意見 1、對(duì)“開題報(bào)告”的評(píng)語 2、對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè) 七、所在專業(yè)審查意見 負(fù)責(zé)人： 年 月 日