毕业设计：游乐场“空中飞椅”控制电路电子课程设计.pdf

游乐场“空中飞椅”控制电路一、设计任务与要求本设计内容仅考虑如何实现对“空中飞椅”的控制，其电动装置不在设计之 列。综合要求，设计任务如下：控制飞椅在空中飞行时间仅为五分钟（即300秒）；1.0100秒飞椅正方向旋转；100200秒，飞椅反方向旋转；200300秒飞椅再 次正方向旋转；在竖直方向上，实现有纵向位移，即：020秒，无纵向位移；20秒40秒,有纵向位移；40秒60秒，无纵向位移，60秒80秒，有纵向位移，以此类推;在五分钟里的最后10秒有灯光提示游客，游戏即将结束；游戏结束，封锁电路，飞椅停止旋转。二、总体框图脉冲模块计时模块正反方2.1模块说明（1）脉冲模块：脉冲模块是由定时器555组成多谐振荡器而构成的，可以产生 一定频率的脉冲。（2）计时模块：计时模块是由三个74 LS160芯片组合而成的三百进制计数器。（3）正反方向旋转模块：此模块是进行水平位移的控制，其核心芯片是74 LS138O（4）纵向位移模块：主要是一个74 LS160芯片组合。3(5)10秒倒计时模块：由4个74 LS08芯片和2个74 LS04芯片组成。2.2设计思路计时模块：首先需要设计一个三百进制的计时电路。该电路在计数300时进 行封锁，使电路不再工作。而要使电路重新工作，必须设置清零端。时钟信号选 择50赫兹，所以此计时电路具有异步清零功能。正反方向旋转控制模块：该电路主要功能是进行选择，即选择正向旋转或是 反向旋转。所以其核心器件应该是74 LS138,即三线八线译码器。在选择时，正 向旋转我们用XI表示，反向旋转用灯X2表示，当电路不再工作时，灯XI、X2 均处于熄灭状态。纵向位移控制模块：该部分电路应从计时部分电路考虑，即20秒就会出现 一次变化，有纵向位移时，我们用灯X3来表示，每隔20秒，灯X3就会亮或灭 一次，持续时间为20秒。最后10倒计时控制模块：因为电路又与时间有关系，所以要看计时电路的 选择。提示游客的灯用X4来表示。脉冲模块：脉冲模块是由定时器555组成多谐振荡器而构成的，产生的频率 由公式：f=l/0.69(Rl+2R2)Cl计算而得。三、选择器件3.1实验所需原件表1实验所需元器件表器件型号数量十进制计数器74 LS1603三线八线译码器74 LS1381;输入与门74 LS084非门74 LS046与非门74 LS002信号发生器XFG11单刀双掷开关13.2器件说明(1)74 LS160的逻辑符号40 12 3Q Q Q Q C 0 12 3 PTP-D D D D D D EEC-L-RA图1 74 LS160的逻辑符号表2 74 LS160逻辑功能表160是十进制计数器，内部原理图如图2所示。清零预置使能时钟预置数据输入输出工作 模式CLRLOADENP ENTCPD3 D2 DI DOQ3 Q2 QI QO0XX XXX X X X0 0 0 0异步清零10X Xfd3 d2 dl dOd3 d2 dl dO同步清零110 XXX X X X保持数据保持11X 0XX X X X保持数据保持111 1fX X X X保持加法计数5图2 160是十进制计数器，内部原理74 LS160逻辑功能描述如下：同步可预置数4位十进制加法计数器74 LS160具有异步清零端，它具有 数据输入端A、B、C和D,同步置数端而通，异步清除端亘H和计数控制 端ENT和ENP,为方便级联，设置了进位输出端RC0。当异步清零端 时异步清零，当置数端CLR=i,CP脉冲上升沿时预置数。当=ENT=ENP=1时，电路工作在计数状态。当计数器计数值为9时,进位端RCO输出一个与以端高电平部分相同宽度的高电平。详细功能如表 2所示。(2)74 LS138逻辑符号(PDIP,SOIC)TOP VIEW AO Al A2 口 El(V7)Y7 GNDc ft ri*ri1 fl/I fl VCY0Y1Y2Y3XY5Y6 FlEl回回回回回3图3 74 LS138逻辑符号表3 74 LS138功能表6输入输出S豆+豆444%匕八aX匕%UXXXX11111111X1XXX111111111000001111111100011011111110010110111111001111101111101001111011110101111110111011011111101101111111111074 LS138内部原理图如图4所示。74 LS138逻辑功能描述如下：当一个选通端(G1)为高电平，另两个选通端(/(G2A：(G2B)为 低电平时，可将地址端(A、B、C)的二进制编码在一个对应的输出端以低 电平译出。利用GK/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成24线译码器；若外接一个反 相器还可级联扩展成32线译码器。7若将选通端中的一个作为数据输入端时，74 LS138还可作数据分配器用与非门组成的3线-8线译码器74 LS138。(3)二输入与门74 LS08D最简单的与门可以用二极管和电阻组成。74 LS08是四组二输入端的与门。其内 部原理图如图5所示。74 LS08D逻辑辑符号如图5所示。1A1B-4 B4 A1Y4Y2A /4LS08 3B2B3A一3Y图5 74 LS08D逻辑辑符号图6 74 LS08内部原理74 LS08D逻辑功能表如表4所示。表3逻辑功能表1A1B1Y2A2B2Y3A3B3Y4A4B4Y00000000000001001001001010010010010011111111111174 LS08D逻辑功能描述如下：当两个输入端A=0,B=0时，输出端丫为低电平0,即丫二0；8当两个输入端A=0,B=1时，输出端Y为低电平0,即丫二0；当两个输入端A=l,B=0时，输出端Y为低电平0,即Y=0；当两个输入端A=l,B=1时，输出端Y为低电平1,即Y=l；1、即只要两个输入端A、B的输入电平有一个是低电平0,输出端Y即为低电平0；只有A、B的输入电平全为1,输出端Y才为高电平1。(4)非门 74 LS04非门74 LS04功能表如表5所示。非门74 LS04逻辑符号如图7所示。图7 74 LS04逻辑符号表4非门功能表输入输出LHHL逻辑函数式Y=A(5)与非门74 LS00 非门74 LS00逻辑符号图8非门74 LS00逻辑符号74 LS00是四2输入与非门,其逻辑功能表如表5所示。表5 74 LS00逻辑功能表9ABY00101110111074 LS00内部原理图如图8所示。74 LS00管脚图如图9所示。1A 1B 1Y 2A 28 2Y GND1 2 3 4 5 6 7 匚 UUUULJLJgpnDnn 4 3 2 10 9 8 11111图9 74 L00管脚74 LS00的逻辑功能表达式：Y=A B四、功能模块(1)脉冲模块，如图10所示B A Y B A Y4 4 4 3 3 33.OkQ10图10脉冲模块脉冲模块是由定时器555组成多谐振荡器而构成的，产生的频率由公式:fM/0.69(Rl+2R2)Cl 计算而得。当 R1=3K,R2=5K,Cl=luF 时，flllHZo(2)计时模块，如图11所示图11计时模块图示计时器是由三个74 LS160芯片组合而成，置数端均接接高电平，输入均 接地，呈低电平。第一个74 LS160芯片的进位输出端接第二个芯片的时钟端，第 二个芯片的仅为输出端接第二芯片的时钟端，这样就可以实现十进制的计数，因 为时间设计为300秒，所以在计数299秒时，要进行信号封锁，使游戏结束。在 第三个芯片的输出端QA QB刚好为高电平时，及时要封锁信号，所以引出信号 到74 LS00与非门，这样信号为0,呈低电平。降低电平信号输到各个74 LS160 芯片的EXT EXP使能端，进行信号封锁。为了使计时器能够进行第二次的工作计数，必须设置异步清零端，即单刀双掷 11开关J2,当开关搬向下时，电路清零端为高电平，可以正常计时，当开关搬向 上时，进行清零，使计时装置回到初始状态。（3）水平位移模块，如图12所示。图12 水平位移模块此模块是进行水平位移的控制。其核心芯片是74 LS138。因为水平唯一的控 制为整百控制，所以将74 LS138的输入端A、B接计时器百位的相应输出。用 74 LS138来选择输出，因为输出是低电平，所以需要接上非门变为高电平。（4）竖直位移及最后10秒亮灯提示模块图13竖直位移及最后10秒亮灯模块在竖直方向上有位移且动作时间为20秒，我们只需要从第二个74 LS160芯 片QB输出端接出引线即可。对于最后10秒亮灯电路，当第二个芯片出现1001 时，并且第三个芯片出现0010,这时灯才会亮，持续时间为10秒。所以我们需 12要用与门和非门进行连接，具体连接如上图。五、总体设计电路图图14总体电路原理整个电路由脉冲模块、计时模块、正反方向旋转控制模块、纵向位移控制模 块、最后10倒计时控制模块等五个模块组成，由脉冲模块产生100HZ至200HZ 左右的脉冲。脉冲信号持续不断地给了个位计数器（第一块74 LS160芯片）后，个位计数器开始计时。当个位计数器计数到9时，RC0输出端会输出一个高电平 给十位计数器，当下一个脉冲来时，个位计数器计数为0,而十位计数器则收到 一个上升沿脉冲所以开始计数为1。百位计数器的计数原理同理。当计数到前100 秒时，第三个74 LS160芯片的QA和QB输出端都输出0,将这个信息通过74 LS00.74 LS138和74 LS04后，把信号转换成为高电平使右上角的小灯亮，即代表前100 秒内飞椅正方向旋转。当计数到200秒到300秒之间时，同理，右上角的小灯亮 会持续亮100秒代表飞椅正方向旋转。第二个74 LS160芯片的QB输出端连着左 下角的小灯，而第二个160芯片是十位计数器，QB端输出高低电平的规律就是 前20秒为低电平，20到40秒输出高电平，40到60秒又输出低电平以此类推。所以左下角的小灯就是前20秒不亮，后20秒亮以此类推。最后右下角的小灯是 在最后10秒的时候开始亮10秒，即从290秒亮到300秒。实现这个功能即第二 个160芯片的输出为1001而第三个160芯片的输出为0010时即可实现，所以将 第二个和第三个160芯片的这两个信号通过4个与门和2个非门就可以使右下角 13的小灯从290秒开始亮到300秒。最后到300时，即第三个160芯片输出为0011 时，通过一个与非门把这个信号转换为低电平信号同时输入到三个160芯片的 ENP和ENT端，时三个160芯片都处在保持的功能，即整个计时模块停止计时。之后通过左上角的开关使三个160芯片的CLK端接地使三个芯片异步清零，即计 数器清零。5.2Multism的仿真结果(1)前100秒内，飞椅正方向旋转，即右上方的红色小灯持续亮100秒。且 0到20秒内没有竖直方向的纵向位移，即0到20秒内左下角的小灯不亮。(2)前.100秒内，飞椅正方向旋转，即右上方的红色小灯持续亮100秒，但20 到40秒内有竖直方向的纵向位移，即20到40秒内左下角的小灯持续亮20秒。14(3)100秒到200秒内，飞椅反方向旋转，即右上方的蓝色小灯持续亮100秒。且100秒到120秒内没有竖直方向的纵向位移，即100到120秒内左下角的小灯 不亮。15图17 仿真结果3(4)100秒到200秒内，飞椅又正方向旋转，即右上方的红色小灯持续亮100 秒。但120秒到140秒内有竖直方向的纵向位移，即120到140秒内左下角的小 灯持续亮20秒。图18 仿真结果4(5)200秒到300秒内的情况和前100秒内的情况相同,即飞椅正方向旋转，且右上方的红色小灯持续亮100秒。在竖直方向上，020秒，飞椅无纵向位移;20秒40秒，有纵向位移；40秒60秒，无纵向位移，60秒80秒，有纵向位移,以此类推。但最后的10秒钟，即290秒到300秒时有灯光提示游客，游戏即将 结束，即右下角的红色小灯持续亮10秒。16图19 仿真结果55.3硬件实验，如图20fl渝数字电乐会O-20V-*20VO741L电，次验中，冽纳字报警复位17图20 硬件的实验我计划所做的是实现300秒内用三个小灯表示飞椅正方向旋转、反向旋转和 有纵向位移的功能，所以我拿了 3个74 LS160,1个74 LS138,1个74 LS08,1 个74 LS04,和1个74 LS00。硬件连线图中，实现了个位和十位的显示还有555 脉冲的发出。一开始连好所有的芯片和导线后，能正常显示个位、十位和百位的 显示，但是用与非门的功能没有实现，即计时并不是在300秒以内及时，而是 1000秒以内及时，检查了几遍后无法实现就决定重新试一次。第二次做时，刚 把十位的计数器检验完后就马上要到12点了，所以就只拍下了最后的这张照片。六、课程设计心得通过这两个周也就是半个月的电子课程设计后，才发现自己学的东西到底都 可以做些什么和能在生活中的哪些方面派的上用场。整个电子课程设计的过程 中，不仅从自己的课题里学到了很多的东西，也从同学们做的课题中学到了很多 的东西，学到的这些东西中，即包括具体的知识也有各种设计方面的想法等等。所以通过这两周电子课程设计，自己学到了更多的知识，更大的收获是发散了自 己的思维，让自己能想到更多的东西，对一个小小的思路可以举一反三了，这能 使我以后的学习更有动力，学习到更多的知识也能让自己的想法更加的丰富起 来，以后能设计出更多更有实用价值和更有创意的东西，丰富我们的生活。18