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1、1电 子 课 程 设 计游乐场“空中飞椅”控制电路学院：电子信息工程学院专业、班级：自动化班姓名：学号：指导老师：任青莲2014 年 12 月2目 录一、设计任务与要求.3二、总体框图.32.1、模块说明.32.2、设计思路.4三、选择器件.43.1、实验所需原件.43.2、器件说明.4四、功能模块.104.1、脉冲模块.104.2、计时模块.114.3、水平位移模块.124.4、竖直位移及最后 10 秒亮灯提示模块.12五、总体设计电路图.135.1、总体电路原理图.135.2、Multism 仿真结果 .145.3、硬件实验.17六、课程设计心得体会.183游乐场“空中飞椅”控制电路一、设
2、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
3、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 74LS160 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474LS138。 （4）纵向位移模块：主要是一个 74LS160 芯片组合。 （5）10 秒倒计时模块：由 4 个 74LS08 芯片和 2 个 74LS04 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
4、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 74LS138，即三线八线译码器。在选择时， 正向旋转我们用 X1 表示，反向旋转用灯 X2 表示，当电路不再工作时，灯 X1、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
5、=1/0.69(R1+2R2)C1 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74LS1603三线八线译码器74LS1381二输入与门74LS084非门74LS046与非门74LS002信号发生器XFG11单刀双掷开关13.2 器件说明（1） 74LS160 的逻辑符号5图 1 74LS160 的逻辑符号表 2 74LS160 逻辑功能表清零预置使能时钟预置数据输入输出CLRLOADENP ENTCPD3 D2 D1 D0Q3 Q2 Q1 Q0工作 模式0 0 0 0 0异步清零10 d3 d2 d1 d0d3 d2 d1 d0同步清零110
6、 保 持数据保持11 0 保 持数据保持111 1 保 持加法计数160 是十进制计数器，内部原理图如图 2 所示。6图 2 160 是十进制计数器，内部原理74LS160 逻辑功能描述如下：同步可预置数 4 位十进制加法计数器 74LS160 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，异步清除端和计数控制LOADCLR端 ENT 和 ENP，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，当置数端=0，=1，CP 脉冲上升沿时预置数。CLRLOADCLR当=ENT=ENP=1 时，电路工作在计数状态。当计数器计数值为LOADCLR9 时，进位端 RC
7、O 输出一个与端高电平部分相同宽度的高电平。详细 功AQ能如表 2 所示。（2） 74LS138 逻辑符号图 3 74LS138 逻辑符号表 3 74LS138 功能表774LS138 内部原理图如图 4 所示。图 4 74LS138 内部原理74LS138 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)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。 8若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS
8、138 还可作数据分配器 用与非门组成的 3 线-8 线译码器 74LS138。（3）二输入与门 74LS08D 最简单的与门可以用二极管和电阻组成。74LS08 是四组二输入端的与门。其内 部原理图如图 5 所示。74LS08D 逻辑辑符号如图 5 所示。图 5 74LS08D 逻辑辑符号图 6 74LS08 内部原理74LS08D 逻辑功能表如表 4 所示。 表 3 逻辑功能表 1A1B1Y2A2B2Y3A3B3Y4A4B4Y00000000000001001001001010010010010011111111111174LS08D 逻辑功能描述如下：当两个输入端 A=0，B=0 时，输
9、出端 Y 为低电平 0，即 Y=0；9当两个输入端 A=0，B=1 时，输出端 Y 为低电平 0，即 Y=0；当两个输入端 A=1，B=0 时，输出端 Y 为低电平 0，即 Y=0；当两个输入端 A=1，B=1 时，输出端 Y 为低电平 1，即 Y=1；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 74LS04 非门 74LS04 功能表如表 5 所示。非门 74LS04 逻辑符号如图 7 所示。图 7 74LS04 逻辑符号表 4 非门功能表逻辑函数式 Y=A（5）与非门 74
10、LS00非门 74LS00 逻辑符号图 8 非门 74LS00 逻辑符号74LS00 是四 2 输入与非门，其逻辑功能表如表 5 所示。 表 5 74LS00 逻辑功能表1074LS00 内部原理图如图 8 所示。74LS00 管脚图如图 9 所示。图 9 74L00 管脚_ _74LS00 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ABY00101110111011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： f=1/0.69(R1+2R2)C1 计算而得。当 R1=3K，R2=5K，C1=1uF 时，f=111H
11、Z。（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 74LS160 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 74LS160 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三芯片的时钟端，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 74LS00 与非门，这样信号为 0，呈低电平。降低电平信号输到各个 74LS160 芯片的 EXT EXP 使能端，进行信号封锁。为了使计时器能够
12、进行第二次的工作计数，必须设置异步清零端，即单刀双12掷开关 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 74LS138。因为水平唯一的 控制为整百控制，所以将 74LS138 的输入端 A、 B 接计时器百位的相应输出。 用 74LS138 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
13、需要从第二个 74LS160 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13需要用与门和非门进行连接，具体连接如上图。五、总体设计电路图五、总体设计电路图5.1 总体电路原理图 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 74LS160 芯 片）后，个位计数器开始计时。当个位计数器计
14、数到 9 时，RCO 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 74LS160 芯片的 QA 和 QB 输出端都输出 0，将这 个信息通过 74LS00、74LS138 和 74LS04 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 74LS160 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
