电动机的启停控制器

电子课程设计——电动机的启停控制器院系：电子信息工程学院专业：班级：姓名：学号：指导老师：2014年12月目录一．设计任务与要求-----------------------------------------------1二．总体框图--------------------------------------------------------11.前期思路------------------------------------------------------------------12.中期思路------------------------------------------------------------------23.最终思路------------------------------------------------------------------2三．选择器件--------------------------------------------------------31.器件种类------------------------------------------------------------------32.器件逻辑图与功能说明------------------------------------------------4四．功能模块-------------------------------------------------------111.前期设计电路各模块功能---------------------------------------------112.中期设计电路各模块功能---------------------------------------------133.最终设计电路各模块功能---------------------------------------------15五．总体设计电路-------------------------------------------------171.最终设计电路图---------------------------------------------------------172.Multisim仿真结果图---------------------------------------------------183.硬件实验感想------------------------------------------------------------19六．51单片机设计思路------------------------------------------201.程序编译设计------------------------------------------------------------202.硬件仿真照片------------------------------------------------------------22七．课程设计总结-------------------------------------------------24八．参考文献--------------------------------------------------------24-1-一．设计任务与要求课程设计——题目13设计5台电动机的启停控制器：控制器信号为：一个启动按钮k1，一个停止按钮k2，一个紧急停止按钮k3，5台电动机控制信号M1——M2.控制要求如下：（1）每按一次启动按钮k1，从第1台电动机开始，増序启动一台电动机。按下5次后，5台电动机全部启动运行。（2）每按一次停止按钮k2，从第5台电动机开始，逆序停止一台电动机。按下5次后，5台电动机全部停止运行。（3）在正常情况下，若按动停止按钮k2一次都对所有正在运行电动机的编号选最大的先停止运行，其他状态不变，若按启动按钮k1一次都对所有没有运行的电动机的编号选最小的先启动。（4）急停按钮k3按下时，所有电动机都停止运行。二．总体框图1．前期思路框图初期见到课题时第一反应就是用74LS192，74LS138与SR锁存器实现课程设计要求。如图2-1可以看出，经过计数、译码、保持三个状态后可以控制电动机的顺序启动。每按动按钮k1或k2时在器件74LS192实现加减计数，并通过74LS138将输出电平经SR锁存器送给电动机信号。此过程中SR锁存器可以保持电动机的初状态。经过multisim仿真后发现，该思路可以很容易实现五台电动机的依次启动，但是若想实现电动机的逆序停止是非常难实现的。因为若相同的模块级联后会发生冲突，并且会对电动机产生影响。而且由于电路中使用了SR锁存器，锁存器有保持初始状态的功能，若要依次改变电动机状态（开启或停止），必须对SR锁存器的S,R端口改变输入状态，这就增加了电路的按钮个数，与设计要求发生-2-冲突。图2-1前期思路框图所以为了更高的满足设计要求，应该改进思路与方法。2．中期思路框图在第一个条件可以满足的前提下，进一步考虑如何才能实现逆序停止电动机。中期思路设计中我考虑到信号（高低电平信号）可以在五台电动机中顺序或逆序移动，所以我想到应用移位寄存器具有移动高低信号的功能。如图2-2中可以看出通过移位控制器来控制电动机的一次启动，中期我使用了两个74LS164移位寄存器与异或门，k1按下时给第一个74LS164芯片触发脉冲，实现电动机的依次启动，k2按下时给第二个74LS164芯片触发脉冲，实现电动机的逆序停止，而在清零端设置一个k3就可以完成紧急停止按钮。这样在四项要求中就完成了三项。但是第三个要求还没有达到设计要求，所以此电路图应该进一步完善。图2-2中期思路框图3．最终思路框图设计思路框图如图2-3所示。时钟脉冲计数显示器译码控制器保持状态器时钟脉冲移位控制器（1）移位控制器（2）输出端控制器电动机电动机-3-图2-3最终思路框图经过前两次的设计思路，我对中期的电路进行较大改动。在图2-3的设计框图中，我使用了三个74LS194双向移位寄存器，SR锁存器与非门组成了电动机启停控制电路。74LS194寄存器具有双向移位功能，正是利用这个功能可以满足在任意时刻控制电动机的启停。连接电路时我利用或非门组成了SR锁存器，从而控制74LS194的S0与S1端的电平，这样就可以控制电动机右移启动左移停止功能。并在清零端添加开关k3，来满足最后的设计要求。为了能更加清楚地显示电动机的启动个数，再设计的最后我加入了LED数码管显示功能。通过74LS148优先编码器对点电动启动个数进行计数，并用LED进行显示启动个数。这样能更加明了的控制电动的启停了。三．选择器件1.器件种类⑴前期使用器件如表3-1中包括VCC，时钟脉冲，74LS192,74LS138，非门，或非门，开关与LED数码管。移向控制器时钟脉冲移位控制器（1）电动机计数显示器移位控制器（2）移位控制器（3）-4-表3-1前期使用器件表器件参数个数VCC直流5V2个时钟脉冲5V1KHZ1个74LS192加减计数器1个LED数码管7段共阴极数码管1个74LS1383-8译码器1个74LS04非门5个74LS02或非门10个灯泡2.5V5个开关（A）单掷开关1个开关（E）单刀双掷1个⑵中期使用器件表3-2中期使用器件表器件参数个数VCC5V1个时钟脉冲5V1KHZ1个74LS164串入并处移位寄存器2个74LS136异或门5个灯泡（代替电动机）5V5个开关（PB-NO）复位开关1个如表3-2中包括VCC，时钟脉冲，74LS164，异或门与开关。⑶最终设计使用器件表3-3最终使用器件表器件参数个数VCC5V5个时钟脉冲5V1KHZ1个74LS194双向移位寄存器3个74LS04非门8个74LS148优先编码器1个LED数码管7段共阴极数码管1个74LS02或非门2个灯泡（代替电动机）5V5个PB-NC复位开关10个PB-NO复位开关3个如表3-3中包括VCC，时钟脉冲，74LS194,74LS148，非门，开关与LED数码管。-5-2.器件逻辑图与功能说明⑴.前期逻辑器件图①如图3-4所示为VCC：为电路提供直流电源，并且产生高电位。②如图3-5所示为时钟脉冲：脉冲信号是一个按一定电压幅度，一定时间间隔连续发出的脉冲信号。图3-4VCC图3-5时钟脉冲③如图3-6所示为74LS192逻辑图，其前期设计电路中的功能为：在前期设计中74LS192起到了加法计数的功能，记下按钮k1按下的次数，并将高低电平信号传递通过QA,QB,QC,QD传递给芯片74LS138。图3-674LS192逻辑图-6-表3-774LS192功能表如表3-7所示为74LS192的功能表。④如图3-8所示为74LS138逻辑图，在该电路的功能为：通过74LS192传递的电平信号，经过74LS138的A,B,C的输入端控制其输出的高低电平变化。图3-874LS138逻辑图如表3-9所示为74LS138功能表，其中G1与s1、G2A与s2、G3B与s3、A0与A、A1与B、A3与C一一对应。-7-表3-974LS138功能表⑤如图3-10与3-11所示分别为非门和或非门，其功能非门：输入端信号取反。或非门：在此电路中或非门起到了构成SR锁存器作用，将74LS138输出端的信号保持，使电动机保持工作状态。图3-10非门图3-11或非门⑵中期器件逻辑框图①如图3-12所示为74LS164逻辑图，其功能为：在每一个脉冲上升沿时刻都会在输出端依次置入1或0.从而控制电动机的启动与停止。-8-图3-1274LS164逻辑图表3-1374LS164功能表如表3-13所示为74LS164的功能表。②如图3-14所示为异或门，其功能为：两个输入端信号相同时输出为0。若两个输入端信号不同时输出端为1。图3-14异或门-9-表3-15异或门真值表如表3-15所示为异或门的真值表。⑶最终设计器件框图①如图3-16所示为74LS194的器件图，其功能为：可以通过控制S0、S1端口的输入电平，控制74LS194的左移与右移功能，这样就能控电动机顺序启动与逆序停止。图3-1674LS194逻辑图-10-表3-1774LS194功能表如表3-17所示为74LS194的功能表。②如图3-18所示为74LS148逻辑图，在该电路中的功能为：将8条数据线（0－7）进行3线(4-2-1)二进制优先编码，即对最高位数据线进行译码。通过优先编码来控制LED数码管的显示。图3-1874LS148逻辑图-11-表3-1974LS148功能表在表3-19中I0～I7与D0～D7依次对应。四．功能模块1.前期设计电路模块图4-1为前期设计的电路图。该电路仅仅可以完成课程设计的第一个要求：没按动开关k1（A）时电动机顺序启动。图4-1前期电路图各模块功能说明：-12-⑴计数模块计数模块如图4-2所示。图4-2计数模块每按动开关k1（A）会在UP端产生脉冲，此时计数器会记下一个数，通过QA、QB、QC、QD输出端输出给下一个芯片，此时LED会显示出相应的数字。⑵传输模块传输模块如图4-3所示。图4-3传输模块74LS192输出端输出的信号送入74LS138的输入端，经过3—8译码器的选择编译来控制输出端的电平信号。⑶锁存模块-13-锁存模块如图4-4所示。图4-4锁存模块利用SR锁存器的保持功能实现电动机的持续启动，这样就可以实现电动机的顺序启动。通过前期的设计与思考中，我发现若要更好的实现电动机的启停控制应该在电路中加入移位寄存功能的芯片，所以我在中期时完善了前期的想法。2.中期电路设计模块图4-5为中期设计电路图。图4-5中期电路图经过思路完善该电路可以实现5台电动机的顺序开启与逆序停止，但满足不了中间状态的任意开启与停止功能。-14-各模块功能说明⑴移入模块图4-6移入模块移入模块如图4-6所示，每按动启动开关k1（A）与停止开关k2（B），74LS164依次移入