《水池换水控制器设计.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水池换水控制器设计.（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、太原科技大学 电子课程设计 电子课程设计 水池换水控制器设计学 院：电子信息工程学院专 业：电气工程及其自动化班 级：#姓 名：#学 号：#指导教师：#时 间：2012年12月目录1、 设计任务与要求第02页2、 总体框图第02页1、 总体框图第02页2、 各模块功能第02页3、 具体设计思路第03页3、 器件选择第03页1、 设计所需的器件第03页2、 器件的逻辑框图第04页3、 器件的逻辑符号第05页4、 器件的逻辑功能表及内部原理图第07页4、 功能模块第14页1、 各模块的电路原理图、逻辑功能及器件的连接关系第14页2、 Multism 的仿真结果第17页3、 数字试验箱的验证结果第1
2、7页5、 总体设计电路图第18页1、 总体电路原理图第18页2、 电路的整体工作情况第18页3、 模块之间的连接关系第18页4、 硬件的实验结果第18页6、 课程设计心得第19页水池换水控制器一、设计任务与要求设计任务：设计一个水池换水控制器设计要求：设计一个控制电路，控制水池的换水阀门，水池有一个进水口和一个出水口。在按钮K1按下后，出水口的阀门J开启，水池开始排水，排水20s然后关闭出水口的阀门，使进水口的阀门F开启，水池开始进水20s后，出水口阀门再次开启，水池中的水进行循环；10s后两个阀门同时关闭。当按钮K2按下时，可以随时关闭两个阀门。2、 总体框图1、总体设计框图：七段数码管时间
3、显示器秒脉冲信号发生器五十进制计时器显示电路 与门 外部操作信号控制电路图1 总体设计框图 2、各模块功能：（1） 秒脉冲信号发生器：产生一个一定精度和幅度的秒脉冲信号。（2） 五十进制计时器：通过两个十进制计数器组成一个五十进制计数器，用来计数电路中阀门即灯的各个动作时间。（3） 控制电路：利用非门和与门的组合使之分别在19s、39s、49s输出一个高电平，然后再通过或门把信号传给JK触发器，使JK触发器实现保持和翻转功能，从而使指示灯出现亮或灭的状态，即阀门的开启与闭合。（4） 七段数码管时间显示器：显示时间，以确定阀门的开启与闭合时间。（5） 显示电路：仿真中用LED灯代替阀门，通过LE
4、D灯的亮灭来判断阀门是否开启。 3、设计思路：通过对设计题目的分析可知，阀门的开启时间是固定的。以出水口阀门为例：当按下K1启动电路后，出水阀门J开启20s，然后接下来的20s都是关闭的，最后再开启10s，然后关闭。进水阀门同理，先关闭20s，然后的30s都是开启的，最后关闭。由此可看出，整个换水系统的工作时间为50秒，所以选择用两个同步十进制加法计数器74LS160N设计一个五十进制计数器，由此来实现它的一次换水工作。另外分析它的工作状态，无论是出水阀还是进水阀，其工作状态只有两种，要么开启，要么关闭。因此在理论上选择T触发器(实际设计中，把JK触发器的J端和K端相连构成一个T触发器)，当给
5、它一个低电平时，它实现保持功能，给它一个高电平时，它实现翻转功能。正好和阀门的工作状态一致，要么保持开启，要么保持关闭，从开启到关闭只需要翻转就能实现。而如何在需要的时间给T触发器一个需要的电平。分析出水阀，按下K1启动后，水池开始排水，20s后停止，再过20s再次开始排水以此类推，即可发现A组需在第19s、39s、49s翻转，而要翻转则需要在19s、39s、49s这三个时间点给T触发器输入一个高电平，由此用或门来实现。再对进水阀进行分析，进水阀需在39s、49s时实现翻转，因此需要使用一个或门实现39s、49s时给T触发器一个高电平，使其发生翻转， 按以上思路即可实现对水池换水系统的控制。3
6、、 器件选择1、 器件列表：如下表1所示表1 器件列表序号器件功能器件型号器件个数1非门74ls043片2三输入与门74ls114片3四输入与门74ls213片4555定时器1片5同步十进制计数器74ls1602片6JK触发器74ls732片7七段数码显示管2件8单刀单掷控制开关1件9单刀双掷控制开关1件10LED显示灯2件11电阻、电容4件12三输入或门74ls271片13两输入或门74ls321片2、 部分逻辑框图：如下表2所示表2 器件的逻辑框图器件功能逻辑框图非门2输入与门3输入与门4输入与门十进制同步计数器74ls160JK触发器555定时器3、 逻辑符号：如下表3所示表3 器件的逻
7、辑符号器件功能逻辑符号非门2输入与门3输入与门4输入与门十进制同步计数器JK触发器七段数码显示管单刀单掷控制开关单刀双掷控制开关555定时器LED显示灯两输入或门4、 器件的逻辑功能表及内部原理图： （1）非门：非门又称为反相器，是实现逻辑非运算的逻辑电路，其逻辑表达式为： Y= A为输入端，Y为输出端 非门实现的逻辑如表4所示：表4 非门真值表输入输出AY0110(2)与门由于用到的与门比较多，但原理是相同的，所以这里以2输入与门为例： 与门是实现与运算的门电路与运算又称为与逻辑、逻辑乘。其逻辑表达式： Y=ABA、B为输入端，Y为输出端与门实现的逻辑如表5所示： 表5 2输入与门真值表 输
8、入输出 A B Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1（3）由于或门的基本原理是相同的，所以这里以2输入或门为例： 或门是实现或运算的门电路。其逻辑表达式： Y=A+BA、B为输入端，Y为输出端或门实现的逻辑如表6所示： 表6 2输入或门真值表 输入输出 A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1（4）74LS160：同步可预置数4位十进制加法计数器74LS160具有异步清零端，其逻辑框图及逻辑符号如表2、表3中所示：它具有数据输入端A、B、C、D，同步置数端,异步清零端和计数控制端ENTENP，为方便级联，设置了进位输出端RCO。当异步清零端=0时异步清零，当置数
9、端=0、=1，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输出一个与端高电平部分相同宽度的高电平。CLK为脉冲输入端。A、B、C、D为计数器输入端，、为数据输出端，其功能表如表7所示： 表7 74ls160的逻辑功能表输入输出CLKCLRLOADENPENTABCD00000异步清除10ABCDABCD同步预置1111 加法计数110保持 1 1 0 保持其内部原理图如图2所示，动作时序图如图3所示：图2 74ls160的内部原理图图3 74LS160动作时序图（5）JK触发器：JK触发器是数字电路触发器中的一种电路单元。JK触发器具
10、有置0、置1、保持和翻转功能，在各类集成触发器中，JK触发器的功能最为齐全。在实际应用中，它不仅有很强的通用性，而且能灵活地转换成其他类型的触发器。由JK触发器可以构成D触发器和T触发器。此次的设计中就利用JK触发器构成了T触发器。实验中所用到的为集成JK触发器74LS73，逻辑电路与逻辑符号如图4所示，该触发器就是边沿检测电路的下降沿触发JK触发器，其触发电路与动作波形如图5所示。 图4 利用传输延迟时间的JK边沿触发器 图5 边沿触发电路与动作波形由图可以看出，和组成SR锁存器，与非门和组成输入控制门，而且和门的传输延迟时间比SR锁存器的传输延迟时间长。触发器置1过程：设触发器初始状态Q=
11、0，=1，J=1，K=0。当CLK=0时，=0，=0，=1，=1；=1使=1，保证Q=0。Q=0使=0，保证=1，这是输出保持不变。当CLK=1时，与解除封锁，接替与门的工作，保持SR锁存器输出不变，经过一段延迟后门输出=0和门输出=1.当CLK下降沿到来时，门输出=CLK=0，门输出=CLK=0，门输出=Q=0，门输出=CLKQ=0；虽然CLK下降沿出现，但由于和门存在延迟时间，所以=0和=1的状态暂时不会改变，这时会出现暂短的=0和=0的状态，使Q=1。由于Q=1和=1使=1，=0，触发器置1。经过暂短的延迟之后，CLK=0使=1和=1，但是对RS锁存器的状态已无任何影响，同时由于CLK=0将和封锁
