電梯樓層顯示控制器課程設計報告

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上目錄一、前言.2二、總體方案設計.3三、單元模塊設計.4四、系統(tǒng)接線調試 .10五、實踐過程中遇到的問題.14六、實踐總結及心得體會.16七、元件清單及參考文獻.17附件、電路原理圖一、 前言 電子技術綜合設計是綜合應用模擬電子技術、數(shù)字電子技術、電子設計自動化（EDA）技術進行電子系統(tǒng)的綜合設計。而這次的電子技術課程設計正是我們利用已學過的數(shù)電模電知識，設計八層電梯顯示控制器，在實踐中重溫自己學過的知識。也使自己掌握各種芯片的使用方法，提高自己利用圖書資源和網(wǎng)絡資源的能力。電梯是隨著高層建筑的興建而發(fā)展起來的一種垂直運輸工具。多層廠房和多層倉庫需要有貨梯；高層住宅需

2、要有住宅梯；百貨大樓和賓館需要有客梯，自動扶梯等。在現(xiàn)代社會，電梯已像汽車、輪船一樣，成為人類不可缺少的交通運輸工具。該課題是電梯樓層顯示控制器的設計，采用實驗室常見集成芯片（74LS161、74LS190、74LS194等芯片），進行中規(guī)模集成電路設計。二、總體方案設計2.1設計目標基本功能：1）用一位數(shù)碼顯示管顯示電梯行進樓層位置（八層樓1-8）；2）電梯停車時，能響應每層樓電梯按鈕的呼喚；電梯行進時不響應不記憶呼喚；3）能控制電梯行進（假定行進一層樓所需時間2S），給出電梯停止、上行、下行指示。 附加功能：1） 用數(shù)碼管顯示乘客要去的目標樓層 ；2） 電梯超重等報警電路，一旦報警電梯緊急

3、制動不行進；3） 步進電機正反轉模擬電路。當目標樓層>實時樓層時，系統(tǒng)能輸出使電機正轉的時序信號，使電梯上升；當目標樓層<實時樓層時，系統(tǒng)能輸出使電機反轉的時序信號，使電梯下降；當目標樓層=實時樓層時，系統(tǒng)停機信號，使電機停止運行并開門。 2.2整體設計流程圖寄存電路樓層編碼電路比較電路計數(shù)電路顯示電路顯示電路單限比較電路多諧振蕩電路分頻電路移位電路三、單元模塊設計3.1樓層輸入電路 使用二-十進制編碼器74LS147實現(xiàn)對電梯樓層輸入的編碼。初始狀態(tài)為高電平，當開關按下時為低電平。1樓對應I1直到8樓對應I8，I9無效接高電平。例如按下一樓對應編碼為1110。由于二-十進制編碼器

4、的優(yōu)先性，所以兩個樓層同時按下只響應高樓層不響應低樓層，具體的電路如圖3-1：圖3-13.2樓層保存電路 利用74LS160十進制計數(shù)器預置數(shù)和保持功能實現(xiàn)對樓層的保存，由于74LS147的輸出是反碼，所以在74LS147和74LS160之間需要添加反相器。例如按下一樓時保存0001， 具體電路如圖3-2：圖3-23.3多諧振蕩電路 利用555定時器組成多諧振蕩器，多諧振蛋器在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號，便能自動輸出一定頻率的矩形脈沖（自激振蕩）。利用555定時器產生頻率為128Hz的矩形脈沖波，R2采用可變電阻器，方便頻率的調節(jié)。具體的電路如圖3-3：圖3-3 3.4分頻電路采用兩片同步

5、十六進制74LS161異步級聯(lián)組成256進制的計數(shù)器，由于74LS161是下降沿觸發(fā)的，所以在低位片的輸出端CO端需要加反相器。具體的電路如圖3-4：圖3-43.5樓層比較電路 使用4位數(shù)據(jù)比較器74LS85反復比較乘客輸入的目標樓層號（記為A）與電梯實時樓層號（記為B）的大小。若A>B則上行指示燈亮并且電機模擬上行，若A=B 則停止指示燈亮并且電機停止，若A<B 則下行指示燈亮并且電機模擬下行。當電梯在運行時，樓層呼叫無效，該功能是利用模擬傳輸門TG門實現(xiàn)的。具體電路如圖3-5：圖3-53.6樓層變化計數(shù)電路使用同步十進制加減法計數(shù)器74LS190實現(xiàn)電梯上下行的計數(shù)，加減法的判

6、斷是通過74LS190的輸出反饋到74LS85比較器實現(xiàn)的。同時通過7447數(shù)字顯示譯碼器顯示實時樓層。具體的電路圖如圖3-6：圖3-63.7樓層數(shù)碼顯示電路數(shù)碼顯示電路包括：乘客目標樓層顯示電路和電梯實時樓層顯示電路。它們的電路結構是一樣的。使用7 段數(shù)碼顯示譯碼器7447和共陽七段數(shù)碼管，顯示乘客輸入的樓層以及電梯實時的樓層。例如乘客按下1 號樓的按鈕，則目標樓層數(shù)碼顯示電路顯示1；電梯現(xiàn)在運行到了3 樓，則實時樓層數(shù)碼顯示電路顯示3。具體的電路如圖3-7：圖3-73.8電梯上下行指示及電機脈沖分配電路 指示燈采用發(fā)光二極管，在樓層比較電路部分已經(jīng)解釋了上下行及停止的只是原理。電機正反轉模

7、擬是采用移位寄存器74LS194實現(xiàn)當環(huán)形信號輸出為右移100->010->001->100時，電機正轉；當環(huán)形信號輸出為左移001->010->100->001時，電機反轉。0和1用發(fā)光二極管指示，0為發(fā)光二極管不亮，1為發(fā)光二極管亮。具體的電路如圖3-8：圖3-83.9超重報警電路該部分采用單限比較器，用可變電阻器模擬拉力傳感器輸出電壓的變化，一旦超重，指示燈將閃爍、蜂鳴器報警、同時電梯將停止，直到恢復正常荷載內才運行。具體的電路如圖3-9：圖3-9四、系統(tǒng)接線調試4.1仿真過程 1）電梯初始狀態(tài)：2）電梯上行狀態(tài)：4） 電梯停止狀態(tài)：5） 電梯下行狀態(tài)

8、：6）電梯報警狀態(tài)： 4.2實物接線圖1）電梯下行狀態(tài)（左上角的顯示數(shù)碼管為乘客的目標樓層，右上角的數(shù)碼顯示管為電梯實時樓層）2）電梯停止狀態(tài)（電梯上下行指示燈為中上方的綠黃綠三個指示燈，分別表示上行、停止、下行）3）電梯報警狀態(tài)（左上角的紅色發(fā)光二極管為報警指示燈，中下方的三個紅色發(fā)光二極管為電機模擬正反轉）五、實踐過程中遇到的問題1）最初的問題是該用什么芯片實現(xiàn)電梯的顯示控制功能，在通過對相關資料的查詢后，逐漸有了一些思路，但隨之而來的問題是該用什么軟件畫圖，電工軟件很多，例如ORCAD、Protel 2006 等等，最后我們還是用了學習過的multisim電工仿真軟件。在設計畫

9、圖的過程中也遇到了很多問題，仿真軟件的仿真不穩(wěn)定，時好時壞，后來通過查詢資料才知道仿真出錯不是電路錯誤而是仿真時間步長過長導致數(shù)據(jù)不收斂溢出。畫圖也遇到了問題，有些元件在multisim元件庫中沒有找到，例如8X8點陣屏。2）在編碼器的選擇上也遇到了問題，我們最初選擇二-十進制優(yōu)先編碼器74LS147對8個樓層進行編碼，但由于74LS147編碼輸出為反碼，所以還需要添加四個反相器來求反。如果采用74LS148將可以減少反相器數(shù)目，但是接線比較混亂，還需要引入一個或門。其接線如下圖5-2，綜合考慮我們最后還是采用了74LS147。圖5-23）樓層數(shù)據(jù)的寄存也困擾了我們很久，我們在仿真上采用鎖存器

10、74116，但是由于74116不是脈沖觸發(fā)，而樓層開關按下時同步的沒有延時，所以無法完成寄存，最終我們采用了一塊比較熟悉的十進制計數(shù)器74LS160來完成預置數(shù)和寄存功能。4）電梯初始狀態(tài)要求顯示為1樓，通過不斷的嘗試，我們利用的電容充放電延時來實現(xiàn)。其仿真圖如圖5-4-1，但在實際的接線中采用電容延時很不穩(wěn)定并且影響超重報警功能的實現(xiàn)，所以最終采用添加一個復位開關來實現(xiàn)，如圖5-4-2。電梯樓層改變計數(shù)器74LS190的輸出置1也出現(xiàn)了問題，我們最初采用對74LS190進行預置數(shù)，但由于比較器74LS85的比較又將實時數(shù)碼管置0，在實物接線上多次試驗發(fā)現(xiàn)還是不對74LS190進行預置數(shù)，而是

11、等CP上升沿到來進行加法計數(shù)然后置1，這種方法的不足就是可能最長需要等待一個周期即2秒才能完成實時數(shù)碼管的置1。 圖5-4-1 圖5-4-25）在時鐘脈沖的的產生上我們也遇到問題，我們最初的仿真是首先由555定時器連接成多諧振蕩器產生頻率為100Hz的矩形脈沖波，然后再通過由兩片74LS161異步級聯(lián)為200進制的計數(shù)器，從而產生頻率為0.5Hz的矩形脈沖波。但兩片74LS161異步級聯(lián)為200進制計數(shù)器需要引入一個8線輸入與非門電路，并且將8線輸入與非門的輸出端Y反饋到置數(shù)端，但在實際接線中，可能由于反饋的電壓不足無法將兩片74LS161同時置數(shù)，所以最終我們采用首先由555定時器連接成多諧

12、振蕩器產生頻率為128Hz的矩形脈沖波，然后再通過由兩片74LS161異步級聯(lián)為256進制的計數(shù)器，從而產生頻率為0.5Hz的矩形脈沖波。這樣將可以少一個8線輸入與非門，置數(shù)端只需接高電平1即可。6）附加功能一直存在一個問題，至今未懂解決，在電梯超重報警時，如果電梯原來狀態(tài)時上行，一旦超重報警，電梯可以立即停止直到恢復正常荷載從原位置繼續(xù)上升到目標樓層。但對于原來狀態(tài)時下行時，原本設計的功能是電梯可以立即停止直到恢復正常荷載從原位置繼續(xù)下降到目標樓層，但在實際試驗運行中發(fā)現(xiàn)，電梯可以完成立即停止操作，但是恢復到正常荷載時無法從原來位置逐層下降到目標樓層，而是瞬間跳到目標樓層，有時甚至亂碼。六、

13、實踐總結及心得體會對于這次電子技術課程設計，應該學到了一些東西，了解了電子設備設計生產過程，在第一節(jié)的理論課上，老師就講解了這些知識，電子產品的設計采用頂真設計、模塊設計。首先需要知道這個產品的要實現(xiàn)的功能是什么，然后這些功能需要什么電路來實現(xiàn)，例如設計一個溫度檢測裝置，它的原理總框圖應該是鉑熱電阻采集電路、濾波電路、信號放大電路、顯示電路。在總功能的前提下，設計各個模塊的單元電路，分塊設計，分塊接線，分塊調試，然后整體調試組裝，這樣將有利于問題的最快發(fā)現(xiàn)和解決，在最壞的結果下也不至于拆整個電路，這個設計思想對我們以后的工作學習都可以運用，就像我們平時做事需要分步進行，有條理，而不是一哄上，主

14、次不分，導致效率低下。在電路的設計過程中，也了解了一些常用的電路繪圖軟件，例如ORCAD、Protel 2006 、Protel 99SE、AutoCAD Electrical、multisim等等，現(xiàn)在已經(jīng)學會multisim的一些常規(guī)操作。這也讓我認識了一個新的領域，原來以為AutoCAD只能畫畫機械制圖之類的二維圖，現(xiàn)在知道了還有電工版CAD；以前做實驗時總覺得multisim沒什么用，一堆東西看不懂，但真正自己設計然后再去上面仿真，這時才真正感覺到multisim的強大之處。但仿真畢竟還是仿真，跟實際還是有差距的，我們最初的電路在仿真上可以很好的運行，但到了實物接線就出問題了

15、，不出結果或者結果錯誤，這很有借鑒意義，對于工科，我們必須去實踐，不能紙上談兵，仿真之類的都是理想狀態(tài)，這世界有很多偶然性是人們所不可預測的。在實物接線中，講究規(guī)范，實際上隨意接線很快就可以接完，但能出結果的概率很小，就算去規(guī)范接線，有時還是會接錯的，但接錯不是問題，采用儀器一檢測就能發(fā)現(xiàn)其中問題，如果隨意布線，問題都難以找出，工程上的這些規(guī)定都有其合理性，所以我們應該耐得住性子，耐心接線，質量和效率的最大優(yōu)化。這對于我們日常生活同樣有啟示，無規(guī)矩不成方圓，做任何事都有規(guī)矩，規(guī)矩可能人們自己為了提高效率促進公平而設置的，自然規(guī)律應該也算規(guī)矩，科學就是去發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律，認識自然規(guī)律，然后遵守它利用

16、它。這次的電子課程設計已經(jīng)結束，我們得到了一次很好的動手實踐機會，學到了一些新知識，也溫習運用了學過的知識。在此同時也感謝老師們的辛勤指導和幫助，給我們的方案提出了很多改進意見，幫助我們順利完成課程設計。七、元件清單及參考文獻元件清單：序號元件名稱數(shù)量1電源（±VCC、GND）各1個274LS1471塊374LS1601塊474LS1901塊574LS851塊674LS1612塊774482塊874LS1941塊95551塊10電阻（10）18個11電阻（100）1個12電阻（1k）2個13電阻（2k）1個14電阻（10k）8個15電阻（300k）1個16可變電阻（20）1個17可變電阻（1M）1個18電容（10nF）2個19電容（30F1個20開關10個21C