简易顺序控制器设计报告.doc

湖南工程学院应用技术学院

课 程 设 计

课程名称 数字电子技术
课题名称 简易顺序控制器

专 业 电气工程及其自动化
班 级
学 号
姓 名
指导教师

2015 年 11 月 16
湖南工程学院应用技术学院
课程设计任务书
课题名称
简易顺序控制器（自选参数）
姓 名

专业
电气工程
班级

学号

指导老师

课程设计时间
2015年11月13日-2015年11月27日（11、12周）
教研室意见
意见： 审核人：

一、任务及要求
任务：设计并制作一个简易顺序控制器，使执行机构按一定的程序工作，要求如下：
1）执行机构的加工程序步骤为五步，第一步 5 秒，第二步 10 秒，第三步 15 为 秒，第四步为 25 秒，第五步为 30 秒，按顺序依次动作；
2）用显示器显示顺序控制器的各步加工时间（用倒计时方式）；
3）用发光二极管显示控制器的各道工序；
4）用显示器显示加工步数；
5）功能扩展（自选）：总循环次数控制/总循环时间控制
6）可根据实际情况，设计其它功能。

要求：
1） 设计思路清晰，给出整体设计框图和总电路图；
2） 单元电路设计，给出具体设计思路和电路；
3） 安装 、调试电路；
4） 写出设计报告。

二、进度安排
第一周：
周一：课题内容介绍和查找资料；
周二～周三：方案设计，电路仿真，周三下午检查设计方案及仿真结果；
周四～周日：周四上午领元器件；安装、调试电路；
第二周：
周一～周三：安装、调试电路；
周四：验收电路，收元器件，整理实验室，撰写设计报告，打印相关图纸；
周五：答辩，收设计报告。

三、参考资料
1、贾立新，王涌.电子系统设计与实践(第2版).清华大学出版社.2011.2
2、谢自美. 电子线路设计、实验、测试(第3版).华中科技大学出版社.2013.8
《数字电子技术基础》 阎石主编 高等教育出版社
《电子技术基础实验与仿真》 孙胜麟 郭照南 主编 中南大学出版社
《电子线路设计、实验、测试》（第二版） 华中理工大学出版社 谢自美 主编

《新型集成电路的应用》---------电子技术基础课程设计 华中理工大学出版社 梁宗善 主编

目录
第一章: 设计总体思路基本原理和框图 …………
第二章: （1）单元电路设计（各单元电路图）………
（2）主要元件结构与功能………
1.74ls192………………
2 .74ls161 ………………
3.74ls138………………
………………
………………
………………
………………
………………
第三章 : 总电路设计（总电路图）………………
第四章 ：第四章: 安装、调试步骤…………………………
第五章: 故障分析…………………………………
第六章: 元件清单……………………
第七章: 总结………………………………………

第一章 设计总体思路，基本原理和框图
1.1 设计总体思路
根据设计要求，设计一个简易顺序控制器，使执行机构按一定的程序工作，要求如下：
1、 执行机构的加工程序步骤为五步，第一步 5 秒，第二步 10 秒，第三步为 15 秒，第四步为 25 秒，第五步为 30 秒，按顺序依次动作；
2、 用显示器显示顺序控制器的各步加工时间（用倒计时方式）；
3、 用发光二极管显示控制器的各道工序；
4、 用显示器显示加工步数；
5、 功能扩展（自选）

其中秒信号发生器由555定时器及电容、电阻、电感组成，减法计数器所用芯片为同步十进制计数器74192，状态译码器为74138，状态控制器为同步十进制计数器74192，顺序控制器161，显示器为四段共阴极显示器，所有的器件功能都可以在《电子技术基础实验》查找。

当秒脉冲进入秒个位的CPD时（CPu =1），根据其功能开始由9倒计时，当由9走到0时，秒个位的 端输出个0，两块74LS192进行集联，将秒个位的 作为秒十位CPD（CPu =1）的脉冲输入，秒个位每进行一次循环就向高位秒十位输入一个脉冲，高位就减1（如果秒十位大于等于1），如果秒十位是0，当秒个位每循环一次，两块级联的74LS192就向74LS161送入一个脉冲，这时显示步数的数码管显示的数值就加1，进行下一步的计数，直到进行第5步，如此循环往复。对于两块74LS192的预置数问题则用1个74LS138八选一数据选择器来实现初始置数。每个数据选择器的输出连到相应的74LS192的输入端以获得每一步所需置的数，同时数据选择器的数据输入端A、B、C与74LS161的输出端QA、QB、QC对应相连以实现两块级联的74LS192的初始置数与74LS161显示的步数保持一致。然后再通过一些门电路的控制即可实现74LS192的初始置数走到00时向74LS161输入一个脉冲而进行下一步的倒计时计数，从而完成任务设计要求。
1.2 基本原理
通过加计数器和减计数器实现课题所要求实现的内容。接通电源，脉冲出来的信号给两片74LS192级联的十进制减计数器来实现两位数的倒计时功能。由于要求从1记步骤，所以我通过开关把步骤置1，并开始通过一片74LS161实现各个步骤的加计数，从而实现步骤的计数和显示。扩展功能是选择的总循环次数的控制，用一片74LS161设置成减计数器来计数，通过手动开关来设计想要循环的次数和置数。倒计时的秒数是通过步骤的逻辑电路把数置入级联的两块芯片中实现的。

1.3系统设计框图

秒
脉冲

与门
减法计数器 总次数
二位十进制倒计时
（可变进制）
D7~D4 D3~D0

步骤
1—>2—>3—>4—>5—>1
预置数产生逻辑

真值表
Q2 Q1 Q0
B0借位

出现6
（0110）

结构图一

第二章 单元电路设计
2.1步骤控制器设计
根据设计要求，显示分为五个步骤。用一块74161即可实现每一步的显示和控制。该片161采用加计数。从1显示到5，出现6立即置数到1。
单元件图二
74LS00组合逻辑当74161输出为5时1Y=QA'QB QC 'QD ,对161异步置0。

74HC138管脚图:74LS138 为3 线－8 线译码器，共有 54/74S138和 54/74LS138两种线路结构型式，其工作原理如下：
当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(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 G1、/(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。 
    若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器

元件图一

2.2二位十进制倒计时控制电路
由两片192级联而成。采用减计数。低位192的B0借位作为高位的触发脉冲。高位的B0借位作为步骤控制器的触发脉冲。

元件图二

单元件电路二

2.3预置数产生逻辑电路
采用步骤控制器的Q0 Q1 Q2三个引脚的逻辑关系分别给.二位十进制倒计时控制电路的ABCD置数。当二位十进制倒计时控制电路的输出为0 0时，预置数产生逻辑电路立即对二位十进制倒计时控制电路的两片192进行异步置数。真值表如下：

步骤
D5
D4
D2
D1
D0
Y5
Y4
Y3
Y2
Y1
秒数
1
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
5
2
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
10
3
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
15
4
1
0
1
0
1
1
1
0
0
0
25
5
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
30
74ls161
十
位
个
74ls192
位

74ls 138

表二
D0=(Y3'Y1'Y0'Y4 ')’
D1=0 D6==0 D7=0 D3 =0
D2=( Y3'Y1'Y0'Y4 ')’=D0
D4=(Y3'Y2'Y7'Y5')’ D5=(Y5’Y4’)’

表三 192功能对照表

单元件电路三

2.4扩展功能——总循环次数控制
扩展可以通过步骤的循环来控制。步骤从1到5为一个循环，于是可以用一个74LS161作为一个加法计数器来控制总循环次数，步骤循环一次给加法计数器一个脉冲，即计数一次。可以用计数器与脉冲的逻辑实现在设定总的循环次数后停止加工过程。
可以通过Q3,Q2,Q1,Q0来改变总循环的额次数。

表四

单元件电路五

单元件电路六

第三章 总电路设计
总电路图如下：

总电路 图七
总电路是我组员 讨论 细心排版所得的 为了更方便的观看直观的表现出我们课题的内涵所排版的出的图形！首先 左边两个显示器 是192的预置数十位与个位 右边的161的步骤计数器 右下角的 是161总循环的计数器 右边的一排的 blue灯 是步骤的五个步骤显示灯。

第四章 安装、调试步骤
4.1安装步骤
1、首先要确定仿真图的结果是否符合课程设计要求，仿真图要尽可能的清晰，特别是线多的地方注意不要重叠，所以要仔细看清每条线的走向。并确定仿真图中的元器件是否在学校实验中心可以找到。若不能则要重新修改电路图。
2、按照仿真图，到实验中心领取所需的元器件，注意，领器件时记得多领一两个备用，
3、测验设备，领到器件和实验箱后，首先检查实验箱的各个部件是否完好，特别是显示管，因为显示管特别容易烧坏，再测验一下芯片插槽是否连结完好，第三，测线，用万能表或者显示灯测验每一根导线连接是否良好，第四，测验芯片，按照各芯片的功能测试芯片是否能正常工作，不能工作的要及时向老师调换。
4、排版、接线，首先，根据仿真图上各器件的位置，排好所要用的芯片，注意尽可能的排得合理，稀松，因为我们所用的芯片插板先对比较小的，且电路比较复杂。第二，接线时应该一个一个模块接，接好后依次检查，切忌接完所有电路时在检查，那样一旦接错检查就非常困难。
5、调试。
6、验收，当电路完全符合要求且正确时，可让指导老师验收并考虑做拓展功能。

4.2调试步骤
1.检查是否有导线接错或接触不良和相互影响。
2.检查芯片是否接触良好。
3.不断重复以上两步直到显示器和发光二极管正确显示。

调试图一 第一步 5秒

调试图二 第二步 10秒

调试图三 第三步 15秒

调试图四 第四步 25秒

调试图五 第五步 30秒

同上图顺序一样 再循环2次 总共循环 三次。

第五章 故障分析
个人觉得这是最花时间也是最能提升自己的地方，因为我花在这上面的时间是设计时间的好几倍。
5.1 常见的故障现象
在本次课程设计中我们遇到了常见的几个故障现象：（1）显示管显示不正确；（2）LED显示顺序错误；（3）不能正确置数。
5.2 产生故障的主要原因及解决方法
产生故障的原因很多，情况也很复杂，故障可以是由于一种原因产生的也可能是由于多方面的因素导致线路产生了故障。在这里我就我们小组所遇到的困难分析原因及提出解决方法：
（1）显示管显示不正确
原因及解决方法：1导线接触不好，这个原因在我们这个小组最明显，我们不得不反复检查线路，反复接线。2芯片损坏。在使用的时候由于短路造成芯片损坏，换了一个芯片就可以了。3接线错误。改成正确的接线。
（2）LED显示顺序错误
原因及解决方法：1发光二极管接线顺序错误。按照电路图重新接线
（3）不能正确置数
原因及解决方法：1置数模块线路接触不良。一个一个排查导线和插槽。2被置数的192芯片没有收到置数信号。重新接线，确保接触良好。

第六章
元器件清单如下表：
器件型号
用途介绍
数量
74LS00
四 2输入与非门
4
74LS04
六 反向器
3
74LS08
四 2输入正与门
1
74LS10
三 3输入正与非门
1
74LS32
两输入或门
1
74LS138
三线-8线译码器
2
74LS161
二进制同步计数器
2
74LS192
十进制同步加减计数器
2
74ls20
四输入与非门
3

第七章 总结与设计调试体会
经过了整整2周的课程设计，使我对数电这块的知识更加充实了。因为这次课程设计对逻辑组合电路还有一些数据选择器（比如74138），计数器（74192和74161）进行了综合的考察。
一开始当我们拿到这个简易顺序控制器设计的课题的时候束手无策，脑袋一片空白。经过周京广老师的一些讲解之后，做了些笔记，然后脑子里面有了一个大概的轮廓，就跑回宿舍拿起了数电书和数电实验书看各个器件的功能以及管脚的接法。查的差不多了，然后就开始设计初始的电路图了。
我首先想到了是步骤控制器，总共5个步骤，是加法的，那么我想用74161，把161画在纸上外加一个4管脚的显示器。然后能连线的连线，Q0-Q3加到显示器，D0-D3接地，五个步骤，那就是D0和D2经过与非门然后接到置数端就差不多了啊。
然后就是组合逻辑电路了，算啊。将74138的YO-Y7和2个74192的D0-D3的逻辑真值表列出来，然后得出逻辑表达式，然后把线连起来，虽然原理很简单，但是要算起来也不难啊。

我觉的最难的就是第三部分了，怎样实现每个步骤对置数的控制和反馈电路，想破头皮，这滋味真难受，实在不行，就到阳台上大叫几声，心里就舒服点，然后就是翻书，问同学，上网查资料，终于黄天不负有心人，终于让我把他搞出来了，然后就是兴奋啊，感觉很有成就感。

比起接实验电路，才觉得设计电路根本不算什么，尽管你知道了原理，但是事实就总是差强人意。首先就是要测线，测元件。然后一天就这样给折腾过去了。觉得终于没了问题，连线，接好了之后看着那显示器在胡乱的跳着数。 后来仔细的核对下线路 有没有错 后来是没有错误的 而且核对了几遍 一个组的的人 都核对了一遍 并且用逻辑笔去核对 没有错误 重新开启开关 居然对了 一直循环了三次 并且 除了 第一次循环的第一步 秒数不对（因为没有预置数 步骤161没有预置0 所以第一次循环 第一步秒数不对）后面2次循环 都是 按照 设置的参数 5 10 15 25 30 的秒数 进行循环的 所没问题 周
老师也看了 说不错。而且拓展也做得不错 有循环次数 发光二极管是直接 接的灯泡（没有发光二极管）。结果也不错 挺好的！ 还是要感谢 周老师 的细心指导！还有我组员的讨论 与互相帮助! 感谢你们。这次数电课程设计 让我学到了不少 在我们这组 虽然只有两人 感谢另一个组员提倡我当组长 让我这次实习 学到了很多东西 提高了很多方面的能力 谢谢！

环节
项目
评价
优
良
中
及格
不及格
实践环节（70%）
设计方案合理性与创造性

软件仿真完成情况

硬件调试完成情况

答辩情况

任务完成情况

独立工作能力

出勤情况

设计报告（30%）
设计报告内容完整、规范，图纸正确、清晰，设计步骤规范、正确，设计结果可行。

综合评价

课程设计成绩评定为：

□优 □良 □中 □及格 □不及格

指导老师签名：________________
日 期：________________

电子技术课程设计评分标准

目 录
第一章 总论 1
一、项目概况 1
二、项目提出的理由与过程 6
三、项目建设的必要性 8
四、项目的可行性 12
第二章 市场预测 15
一、市场分析 15
二、市场预测 16
三、产品市场竞争力分析 19
第三章 建设规模与产品方案 22
一、建设规模 22
二、产品方案 22
三、质量标准 22
第四章 项目建设地点 25
一、项目建设地点选择 25
二、项目建设地条件 25
第五章 技术方案、设备方案和工程方案 28
一、技术方案 28
二、产品特点 30
三、主要设备方案 32
四、工程方案 32
第六章 原材料与原料供应 35
一、原料来源及运输方式 35
二、燃料供应与运输方式 35
第七章 总图布置、运输、总体布局与公用辅助工程 37
一、总图布置 37
二、 运输 38
三、总体布局 38
四、公用辅助工程 39
第八章 节能、节水与安全措施 44
一、主要依据及标准 44
二、节能 44
三、节水 45
四、消防与安全 45
第九章 环境影响与评价 47
一、法规依据 47
二、项目建设对环境影响 48
三、环境保护措施 48
四、环境影响评价 49
第十章 项目组织管理与运行 50
一、项目建设期管理 50
二、项目运行期组织管理 52
第十一章 项目实施进度 55
第十二章 投资估算和资金筹措 56
一、投资估算 56
二、资金筹措 58
第十三章 财务评价与效益分析 61
一、项目财务评价 61
二、财务评价结论 65
三、社会效益 68
四、生态效益 68
第十四章 风险分析 70
一、主要风险分析识别 70
二、风险程度分析及防范风险的措施 70
第十五章 招标方案 72
一、招标范围 72
二、招标组织形式 72
三、招标方式 72
第十六章 结论与建议 74
一、可行性研究结论 74
二、建议 75
附 件 77
一、附表 77
二、附件 77
三、附图 77

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