機器人行走電路課程設計

1、<p>　　電工電子課程綜合設計大綱</p><p>　　電工電子課程綜合設計是根據(jù)教學計劃和課程教學目標的要求，綜合應用《電路原理》、《模擬電子技術》、《數(shù)字電子技術》、《電工電子實習》、《傳 感器原理及接口技術》、《電力電子變流技術》等課程知識而開設的實踐性課程。以期對自動化、電氣自動化專業(yè)學生進行電工電子類設計思想和設計方法的初步訓練，使學生掌握基本電子線路的設計技能。</p>&l

2、t;p><b>　　課程設計的目的</b></p><p>　　通過課程設計的實際訓練，加深學生對相關課程基礎知識與基本理論的理解，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識的應用能力，使其在理論分析、工程計算、制圖標準與規(guī)范、查閱設計手冊與資料以及計算機應用能力等方面得到綜合訓練，促進學生養(yǎng)成嚴謹求實的科學學風，激發(fā)學生自主創(chuàng)新的精神。</p><p><b>　　課

3、程設計的運作過程</b></p><p>　　指導教師擬定題目難易適當?shù)恼n程設計任務書，既保證大多數(shù)學生得到基本訓練，通過查閱資料、手冊、分析、計算能順利完成設計任務，又能使學習優(yōu)秀的學生充分發(fā)揮創(chuàng)新思維，激發(fā)探索科技知識的積極性。</p><p>　　設計開始前，指導教師講解有關設計的目的、要求及注意事項，介紹設計原則、方法和范例，增補學生在過去的學習階段尚未涉獵的相關知識。

4、</p><p>　　設計期間，指導教師對學生遇到的問題及時解答，并對課程設計的內容組織質疑和答辯。</p><p>　　每個學生在設計結束時要提交一份按統(tǒng)一格式要求書寫的課程設計說明書。說明書中要求繪制方框圖、電原理圖，闡述電路工作原理，元器件參數(shù)計算、設計電路的性能指標等。</p><p><b>　　設計時間 1周</b></p&g

5、t;<p><b>　　其他</b></p><p>　　課程設計說明書封面由教務處統(tǒng)一規(guī)范的格式打印。</p><p>　　課程設計報告除教學管理部門要求必須用手寫的內容外，一律打印上交。</p><p>　　課程設計成績通過質疑和答辯，結合設計過程中的學習態(tài)度、設計思想、設計報告綜合評定。</p><p&g

6、t;<b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　學生姓名： 專業(yè)班級： </p><p>　　指導教師： 工作單位： </p><p>　　題 目: 小型智能控制系統(tǒng)設計 一、煙霧檢測與抽排電路設計</p>

7、<p>　　任務：設計一個當煙霧濃度超標時，能自動發(fā)出聲光報警信號，同時啟動煙霧抽排控制電路。</p><p>　　要求：當煙霧排放意外超標時，發(fā)出警笛報警聲和燈光間歇閃爍的光報警信號，警笛聲由5W/8Ω的喇叭發(fā)出，閃爍的光源采用220V/60W的燈泡，同時自行啟動抽排系統(tǒng)，抽排選擇220V/1.5KW大功率排風負壓風機，確保煙霧及時排出，保障人們的生命財產安全。抽排完畢后，系統(tǒng)自動回到實時檢測狀態(tài)。

8、</p><p>　　二、機器人行走電路設計</p><p>　　任務：設計一個能前進、后退的機器人行走控制電路。</p><p>　　要求：1、接通電源，機器人前進，行走一段時間后，機器人自動后退，退行一段時間后自動前行，周而復始。</p><p>　　2、機器人行走動力只能使用干電池，不能使用動力電源。</p><p&

9、gt;　　3、機器人前進、后退時間可調。</p><p>　　三、夜間照明節(jié)電控制電路設計</p><p>　　任務：設計一個光線暗淡有聲響時燈亮，延時照明后自動熄滅的節(jié)電控制電路。</p><p>　　要求：光線明亮，有無聲響，燈不亮；光線暗淡，有聲響，燈亮且延時10至60秒（延時時間可調）；光線暗淡，無聲響，燈不亮。</p><p>&l

10、t;b>　　初始條件： </b></p><p>　　實驗室提供萬用表、信號發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、示波器等設備。</p><p>　　學生已學習了大學基礎課程和《電路原理》、《模擬電子技術》、《數(shù)字電子技術》、《電力電子變流技術》等專業(yè)基礎課程。</p><p>　　學生已參加過電工電子實習，掌握了用PROTEL繪制電路圖的方法。</p>

11、;<p><b>　　主要參考文獻</b></p><p>　　《新編電子電路大全》 第1、2、3、4卷 中國計量出版社 組編</p><p>　　《傳感器及其應用電路》 何希才 編著 電子工業(yè)出版社</p><p>　　《電子線路綜合設計》 主編 謝自美 華中科技大學出版社</p><p&

12、gt;　　《集成電路速查手冊》 王新賢 主編 山東科學技術出版社</p><p>　　《電力電子電路設計》 鐘炎平 主編 華中科技大學出版社</p><p>　　《電子技術工藝基礎》 王天曦 李鴻儒 編著 清華大學出版社</p><p>　　要求完成的主要任務：（包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）</p>&

13、lt;p>　　課程設計結束時每個學生要提交一份按統(tǒng)一格式要求撰寫的課程設計報告，并裝訂成冊。</p><p>　　課程設計報告中要求繪制方框圖、電原理圖，闡述電路工作原理、每個元器件的主要參數(shù)、設計電路的性能指標、課程設計感言等。</p><p>　　說明書中除個人簽名外，其它文字、符號、圖形或表格一律用計算機打印。</p><p>　　文字、符號、圖形等必須

14、符合國家標準。</p><p>　　獨立完成設計任務，杜絕相互抄襲現(xiàn)象發(fā)生，避免剽竊。</p><p>　　時間安排：一周（7月2日—7月9日）。</p><p>　　7月2日上午，指導教師講授課程設計的有關基本知識，布置設計任務等；</p><p>　　7月2日下午——7月3日上午學生搜集、查閱資料；</p><p>

15、;　　7月3日下午——7月6日下午學生初步設計；</p><p>　　7月7日上午——7月7日上午教師檢查設計進度，矯正設計錯誤。</p><p>　　7月7日下午——7月8下午學生深化設計；</p><p>　　7月9日上午——7月9日上午答疑、質疑；</p><p>　　6月9日下午——7月9日下午進一步完善設計，形成設計報告電子文檔并打

16、印、裝訂、提交。</p><p>　　備注：1、三個題目，任選其一；2、設計電路須仿真通過。</p><p>　　指導老師簽名： 2015年7 月 2 日 </p><p>　　系主任（或負責教師）簽名： 2015年 月 日</p><p><b>　　

17、目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　機器人行走電路設計2</p><p><b>　　1設計要求2</b></p><p><b>　　2設計總體方案2</b></p><p>　　2.1設計

18、原理系統(tǒng)框圖2</p><p>　　2.2設計原理圖3</p><p><b>　　3設計方案分析4</b></p><p>　　3.1計數(shù)脈沖發(fā)生電路4</p><p><b>　　3.2計數(shù)電路5</b></p><p>　　3.3電機反轉控制電路6</

19、p><p>　　3.4電機驅動電路6</p><p>　　3.5整機工作原理說明7</p><p>　　4所用芯片及元器件說明7</p><p>　　4.1 555定時器功能表7</p><p>　　4.2 74LS192十進制可逆計數(shù)器8</p><p>　　4.3 L298電機驅動集成

20、芯片8</p><p>　　4.4 維持阻塞D觸發(fā)器10</p><p>　　5仿真效果及分析11</p><p>　　5.1仿真效果12</p><p>　　5.2仿真分析12</p><p><b>　　6小結和體會12</b></p><p><b&

21、gt;　　7參考文獻13</b></p><p>　　8附錄1機器人行走設計電路元件清單13</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　當代社會電子技術發(fā)展迅猛，美國、日本早就已經具備制造超大型實用機器人的能力。中國的機器人技術還是遠遠落后于其他國家，加強當代大學生機器人設計的能力也變得重要了起來。本文是一個

22、關于機器人行走控制電路設計的說明報告。利用干電池提供電源，接通電源后，機器人前進，行走一段時間后，機器人自動后退，退行一段時間后自動前行，周而復始。機器人前進、后退時間可調。本文主要介紹了設計電路原理圖、各部分模塊工作原理、主要參數(shù)的選擇。涉及的芯片有555定時器、74LS192十進制可逆計數(shù)器、D觸發(fā)器、電機驅動芯片L298。</p><p>　　關鍵字：機器人 行走電路 555定時器 74LS192 L298

23、</p><p><b>　　機器人行走電路設計</b></p><p><b>　　1設計要求</b></p><p>　　1、接通電源，機器人前進，行走一段時間后，機器人自動后退，退行一段時間后自動前行，周而復始。</p><p>　　2、機器人行走動力只能使用干電池，不能使用動力電源。<

24、/p><p>　　3、機器人前進、后退時間可調。</p><p><b>　　2設計總體方案</b></p><p>　　2.1設計原理系統(tǒng)框圖</p><p>　　圖2.1設計原理系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　2.2設計原理圖</b></p><p&

25、gt;　　圖2.2 設計原理圖</p><p><b>　　3設計方案分析</b></p><p>　　3.1計數(shù)脈沖發(fā)生電路</p><p>　　3.1 計數(shù)脈沖發(fā)生電路</p><p><b>　?。?）原理說明：</b></p><p>　　接通電源后，電源往電容C1充

26、電，當Vc1上升到2/3Vcc時，觸發(fā)器被復位，使Vo為低電平，同時芯片內置三級管T導通，電容C1就通過R2、T放電，Vc1下降。當Vc1下降到1/3Vcc時，Vo翻轉為高電平。如此周而復始，使3腳輸出方波信號，此方波頻率為f=1.43/（（R1+2R2）C）。</p><p><b>　?。?）參數(shù)選擇</b></p><p>　　根據(jù)方波的頻率公式，可以通過改變R

27、1、R2、C1的值來改變方波頻率，為了方便制作實物，我選擇電容C1值為常見的47uF,電阻R2值為10K，電阻R1可采用阻值為100K的滑動變阻器，方便調節(jié)不同頻率的方波。電容C2值取0.01uF,C2的作用是為了減小干擾信號是振蕩器更加穩(wěn)定。若想得到頻率為1Hz的方波，由方波的頻率公式可算得R1約為10K，將滑動變阻器R1調到10%即可得到頻率為1Hz的方波。調不同頻率方波，方法是一樣的。</p><p>&l

28、t;b>　　3.2計數(shù)電路</b></p><p><b>　　圖3.2 計數(shù)電路</b></p><p><b>　　（1）原理說明：</b></p><p>　　計數(shù)電路有八個單刀雙擲開關SW-SPDT、兩個十進制計數(shù)芯片74LS192(U3是高位，U2是低位)、兩個數(shù)碼管和一個或門74LS32構成。

29、本電路是利用74LS192的異步置數(shù)功能實現(xiàn)范圍是0-100個計數(shù)脈沖時間的計數(shù)。兩個芯片的加計數(shù)時鐘輸入端UP均接高電平，異步清零端MR均接低電平，脈沖信號接到低位芯片U2的減計數(shù)時鐘輸入端DN，低位芯片U2的借位輸出端TCD接高位芯片U3的減計數(shù)時鐘輸入端DN，構成一個100進制的減法計數(shù)器。將兩個芯片的八個輸入端分別接上單刀雙擲開關(從上到下為低位到高位)，可通過開關來輸入高低電平，用來預置指定脈沖的個數(shù)。由于74LS192輸出的

30、是BCD二進制碼，可直接接數(shù)碼管來顯示計數(shù)狀態(tài)。兩個芯片的借位輸出端通過一個或門接到兩個芯片的異步置數(shù)端PL。當計數(shù)器沒有減到00000000時，兩個芯片的借位輸出的或運算恒為1，不進行異步置數(shù)；當計數(shù)器減到0000000時，兩個芯片都將借位，借位輸出的或運算就變成0，兩個芯片的置數(shù)端使能，將預置值置入計數(shù)器，計數(shù)器就重新開始減計數(shù)。</p><p>　?。?）舉例說明工作過程：</p><p

31、>　　假設計數(shù)周期為16秒，設置方波頻率為1Hz，設置計數(shù)器為16進制。將開關撥為00010110，接通電源，計數(shù)器輸出剛開始為00000000，兩個芯片都將產生借位信號，或門輸出為0，兩個芯片同時置數(shù)，置入預置值00010110.計數(shù)器就從00010110開始減計數(shù)，當未計數(shù)到0000000時，或門輸出均為1，不進行異步置數(shù)；當計數(shù)到00000000時，或門輸出變?yōu)?，進行異步置數(shù)，計數(shù)器就開始重新計數(shù)，這樣就得到一個周期為16

32、秒的計數(shù)器。</p><p>　　3.3電機反轉控制電路</p><p>　　電機反轉的控制是采用D觸發(fā)器來實現(xiàn)的，將計數(shù)電路或門的輸出接到D觸發(fā)器的時鐘輸入端，當計數(shù)一個周期結束后，或門輸出將有0跳1，產生一個上升沿，用來產生觸發(fā)。將D觸發(fā)器S、R控制端接低電平，D輸入端接（Q非）輸出端，由其狀態(tài)方程Qn+1=D可知，當觸發(fā)時，會實現(xiàn)輸出Q值的翻轉。</p><p&g

33、t;　　圖3.3 電機反轉控制電路</p><p><b>　　3.4電機驅動電路</b></p><p>　　電機驅動電路是利用集成芯片L298來驅動電路。把觸發(fā)器的輸出端接L298的輸入端IN1，觸發(fā)器的輸出經過一個非門74LS04接到L298的輸入端IN2，L298的4、9、6腳接高電平，11、1、15管腳接低電平。最后把直流電機的兩端接在對應的輸出端OUT1和

34、OUT2上。當觸發(fā)器信號翻轉時，IN1和IN2反相跳變，隨之OUT1和OUT2也跳變，就會驅動直流電機往相反的方向轉動。</p><p>　　圖3.4 電機驅動電路</p><p>　　3.5整機工作原理說明</p><p>　　機器人行走控制電路共分成四個模塊，分別是555定時器產生脈沖方波電路，計數(shù)電路，電機反轉控制電路，電機驅動電路。</p>&

35、lt;p>　　555定時器產生頻率可調的方波，通過方波周期公式T=0.7 (R1+2R2)C調節(jié)滑動變阻器R1的值來得到想要的方波周期。通過控制單刀雙擲開關的通斷預置方波周期個數(shù)N，由于采用兩個74LS192十進制計數(shù)器，故周期個數(shù)可調范圍是0-100個。故機器人前進、后退時間等于NT，實現(xiàn)機器人前進后退時間可調的功能。</p><p>　　電路工作時，當計數(shù)減到0時，通過或門一方面控制芯片置數(shù)，重新開始計

36、數(shù)，另一方面提供一個上升沿個D觸發(fā)器，使D觸發(fā)器輸出值發(fā)生翻轉，控制L298芯片輸入值反向跳變，芯片輸出也反向跳變，驅動電機反轉。使機器人自動后退，當?shù)诙斡嫈?shù)到0時，計數(shù)器又自動置數(shù)，電機也發(fā)生反轉，機器人就自動前進……如此周而復始，實現(xiàn)機器人不斷前進、后退。</p><p>　　4所用芯片及元器件說明</p><p>　　4.1 555定時器功能表</p><p&g

37、t;　　4.2 74LS192十進制可逆計數(shù)器</p><p>　　74LS192功能表</p><p>　　74LS192是雙時鐘方式的十進制可逆計數(shù)器。(bcd,二進制)。</p><p>　　◆ CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。 </p><p>　　◆ LD為預置輸入控制端，異步預置。</p>

38、<p>　　◆ CR為復位輸入端，高電平有效，異步清除。 </p><p>　　◆ CO為進位輸出：1001狀態(tài)后負脈沖輸出， </p><p>　　◆ BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負脈沖輸出。</p><p>　　4.3 L298電機驅動集成芯片</p><p>　　L298N芯片的介紹 L298是ST公司生產的一種高

39、電壓、大電流電機驅動芯片。該芯片的主要特點是:工作電壓高，最高工作電壓可達46V;輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器、線圈等感性負載；采用標準TTL邏輯電平信號控制</p><p>　　L298的邏輯功能表</p><p>　　4.4 維持阻塞D觸發(fā)器</p><p&g

40、t;<b>　　邏輯圖</b></p><p>　　工作原理：當SD、RD均為高電平時，維持阻塞D觸發(fā)器正常工作。在CP脈沖的上升沿產生狀態(tài)變化，觸發(fā)器的次態(tài)取決于CP脈沖上升沿前D端的信號，即Qn+1=D. </p><p><b>　　5仿真效果及分析</b></p><p><b>　　圖5 仿真效果<

41、;/b></p><p><b>　　5.1仿真效果</b></p><p>　　目的：控制機器人前進、后退時間均為16秒。仿真步驟：將滑動變阻器R1調到10%，使555定時器輸出周期為1秒的方波，預置單刀雙擲開關為00010110B(16D)，接通總開關SW9。</p><p>　　效果：數(shù)碼管顯示減計數(shù)15到0（16只出現(xiàn)極短的一段時

42、間），電機逆時針轉動；當計數(shù)到0后，數(shù)碼管又開始從15計數(shù)到0，電機順時針轉動（反轉）。當再次計數(shù)到0后，數(shù)碼管再次從15計數(shù)到0，電機逆時針轉動（反轉）……如此周而復始。</p><p><b>　　5.2仿真分析</b></p><p>　　電路基本實現(xiàn)了設計要求，本來74LS192置數(shù)端是接到高位芯片U3的借位端輸出，沒有使用或門。但是在仿真時發(fā)現(xiàn)預置入16，仿

43、真只會從6開始減計數(shù)。經過分析才理解到，在接通電源的那一瞬間，高位芯片先產生借位信號，使置數(shù)，然后低位芯片才產生借位信號，借走了高位芯片1個值，才出現(xiàn)了仿真比理論少10個周期的情況出現(xiàn)。改進方法是讓兩個芯片的借位信號通過一個或門接到置數(shù)端，在接通電源的那一瞬間，高低位芯片同時置數(shù)。</p><p><b>　　6小結和體會</b></p><p>　　通過本次的課程設

44、計，我真正的認識了數(shù)電及模電知識在實際設計中是如何應用的。深刻的了解了555定時器構成多諧振蕩器的原理，及555定時器構成其他器件的接法、復習了數(shù)電關于計數(shù)器設計的內容，深刻的了解74LS192十進制可逆計數(shù)器的邏輯功能，串聯(lián)方式、加、減計數(shù)連接方式。了解了觸發(fā)器的使用。</p><p>　　在設計過程中，通過對大量資料的查閱，對一些元器件有了新的認識。特別是對仿真軟件的認識和使用，從無到有的認識了仿真軟件pro

45、teus，基本掌握了proteus的操作，查閱了很多關于proteus的資料。也意識到仿真軟件對我們設計電路的幫助，可以比較快捷的繪制電路圖，非常方便的修改電路圖。對電路圖進行電氣規(guī)則檢查，實時觀測電路參數(shù)的變化。尋找最合適的元件參數(shù)等等，好多很好用的功能。</p><p>　　以前很少在Word上打字，對Word的使用也是一點不會，但是這次課程設計報告要求提交有嚴格規(guī)范的電子文檔，這就需要我自己摸索如何排版，不

46、懂的或上網查詢、或詢問同學，在排版格式上也沒少下功夫，這鍛煉了我對辦公軟件Word的使用，是很有幫助的。</p><p>　　這是第一次做課程設計，我承認有很多缺陷。我也認真學習過模電、數(shù)電、電路原理，但是第一次做課設還是毫無頭緒，完全不知道如何下手，只好上網查閱相關資料，查看其他人做的類似設計，對基本設計思路有一定認識后，我才不再那么擔心?？傊?，在這次課設中，我的很多個方面都得到了鍛煉，收獲是非常大的，設計出來

47、后也有很大的成就感，讓我意識到學好基礎是非常重要的，今后一定要認真學習，不敷衍應付。 </p><p><b>　　7參考文獻</b></p><p>　　《電子技術基礎》 康華光 主編 高等教育出版社 </p><p>　　《模擬電子電路》 吳友宇 主編 科學出版社</p><p>

48、　　《集成電路速查手冊》 王新賢 主編 山東科學技術出版社</p><p>　　《電力電子電路設計》 鐘炎平 主編 華中科技大學出版社

49、