機(jī)器人行走設(shè)計(jì)電路課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　機(jī)器人行走電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1 意義和要求</b></p><p>　　1.1 意義：了解機(jī)器人技術(shù)的基本知識(shí)，將所學(xué)的電子技術(shù)知識(shí)，以及自學(xué)的有關(guān)單片機(jī)知識(shí)運(yùn)用到設(shè)計(jì)中來(lái)。把理論與實(shí)際相結(jié)合，能夠更好的掌握單片機(jī)的應(yīng)用，同時(shí)提高自己的動(dòng)手能力。同時(shí)結(jié)合電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)設(shè)計(jì)電路，提高自己的

2、運(yùn)用，思考能力。讓電子科技更加接近我們的生活，挖掘我們的潛能和創(chuàng)新意識(shí)。</p><p>　　1.2 要求：設(shè)計(jì)一個(gè)能前進(jìn)、后退的機(jī)器人行走控制電路。</p><p>　　1.2.1 接通電源，機(jī)器人前進(jìn)，行走一段時(shí)間后，機(jī)器人自動(dòng)后退，退行一段時(shí)間后自動(dòng)前行，周而復(fù)始。</p><p>　　1.2.2 機(jī)器人行走動(dòng)力只能使用干電池，不能使用動(dòng)力電源。</

3、p><p>　　1.2.3 機(jī)器人前進(jìn)、后退時(shí)間可調(diào)。</p><p>　　1.2.4 對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真。</p><p>　　1.3 創(chuàng)新方面：可以控制機(jī)器人行走過(guò)程的暫停和行走，并且與時(shí)間控制同步。</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)總體方案</b></p><p><b>　　

4、2.1 設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)要求分析之后，知道要完成設(shè)計(jì)需要以下幾個(gè)部分：信號(hào)發(fā)生電路、時(shí)間控制電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。本設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器由兩片74LS123組成一個(gè)矩形波信號(hào)發(fā)生器，利用開關(guān)S瞬時(shí)接地，使電路起振驅(qū)動(dòng)74LS192減計(jì)數(shù)器進(jìn)行顯示，后接一個(gè)顯示器來(lái)顯示時(shí)間，計(jì)數(shù)滿后驅(qū)動(dòng)JK觸發(fā)器產(chǎn)生規(guī)則的、周期可調(diào)的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，再由雙JK觸發(fā)器接受觸發(fā)信號(hào)，JK觸發(fā)器為負(fù)沿觸

5、發(fā)， 改變電動(dòng)機(jī)的正傳于與反轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，而直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路則是由驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)三極管構(gòu)成的開關(guān)電路，通過(guò)三極管的導(dǎo)通與截止來(lái)控制直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)與后退。</p><p>　　2.2 原理結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　圖1：原理結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　　2.3 整體原理電路圖</p&

6、gt;<p>　　圖2：機(jī)器人行走電路圖</p><p>　　2.4 設(shè)計(jì)原理分析</p><p>　　2.4.1 方波信號(hào)發(fā)生器</p><p>　　集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)輸入時(shí)，電路輸出Q=0，電路處于穩(wěn)態(tài)；當(dāng)輸入端輸入觸發(fā)信號(hào)時(shí)，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)，使輸出Q=1；待電路暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路又自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)Q=0。集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有非重觸發(fā)和

7、可重觸發(fā)兩種，74LS123是一種雙可重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。</p><p>　　1、74LS123管腳圖</p><p>　　圖3：74LS123管腳圖</p><p>　　2、74LS123功能圖</p><p>　　圖4：74LS123功能圖</p><p><b>　　說(shuō)明：</b><

8、;/p><p>　　1.外接電容接在 Cext（正）和 Rext/Cext（正）之間</p><p>　　2.為了改善脈沖寬度的精度和重復(fù)性，可在 Rext/Cext 和</p><p>　　Vcc 之間接外接電阻。</p><p>　　3.為了得到可變脈沖寬度，可在 Rext/Cext 和 Vcc 之間接 接可變電阻。</p>&

9、lt;p>　　4.在Cext>1000pF時(shí)，輸出脈沖寬度tw≈0.45Rext Cext。</p><p>　　器件的可重觸發(fā)功能是指在電路一旦被觸發(fā)（即Q=1）后，只要Q還未恢復(fù)到0，電路可以被輸入脈沖重復(fù)觸發(fā)，Q=1將繼續(xù)延長(zhǎng)，直至重復(fù)觸發(fā)的最后一個(gè)觸發(fā)脈沖的到來(lái)后，再經(jīng)過(guò)一個(gè)tw（該電路定時(shí)的脈沖寬度）時(shí)間，Q才變?yōu)?，如圖5所示：</p><p>　　圖5：輸出脈沖周

10、期圖</p><p>　　3、74LS123的使用方法：</p><p>　?。?）有A和B兩個(gè)輸入端，A為下降沿觸發(fā)，B為上升沿觸發(fā)，只有AB=1時(shí)電路才被觸發(fā)。</p><p>　?。?）連接Q和A或Q與B，可使器件變?yōu)榉侵赜|發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。</p><p>　?。?）CLR=0時(shí)，使輸出Q立即變?yōu)?，可用來(lái)控制脈沖寬度。</p&g

11、t;<p>　?。?）按圖6連接電路，可組成一個(gè)矩形波信號(hào)發(fā)生器，利用開關(guān)S瞬時(shí)接地，使電路起振。</p><p>　　圖6：矩形波信號(hào)發(fā)生電路</p><p>　　2.4.2 74LS192減計(jì)數(shù)器構(gòu)成數(shù)碼顯示電路</p><p>　　1、74LS192管腳圖</p><p>　　圖7：74LS192管腳圖</p>

12、<p>　　2、74LS192功能表：</p><p>　　圖8：74LS192功能圖</p><p><b>　　說(shuō)明：</b></p><p>　　CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。</p><p>　　LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。</p><p>　　C

13、R為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。</p><p>　　TCU為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出，</p><p>　　TCD為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。</p><p><b>　　3、原理說(shuō)明</b></p><p>　　由兩片74LS123芯片組成的矩形方波信號(hào)接入到74LS192時(shí)鐘端，驅(qū)動(dòng)74L

14、S192進(jìn)行減計(jì)數(shù)。圖9中74LS192計(jì)數(shù)從16減至零時(shí)TCD端產(chǎn)生負(fù)脈沖輸出信號(hào)接入觸發(fā)信號(hào)驅(qū)動(dòng)JK觸發(fā)器，JK觸發(fā)器觸發(fā)信號(hào)是驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)。數(shù)碼顯示電路通過(guò)7SEG—BCD數(shù)碼管進(jìn)行顯示。</p><p>　　4、數(shù)碼顯示電路及JK觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生</p><p><b>　　圖9：數(shù)字顯示電路</b></p><p>　　2.4.3

15、直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路</p><p><b>　　原理說(shuō)明：</b></p><p>　　JK觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)為下降沿觸發(fā)，74LS192減計(jì)數(shù)到0時(shí)產(chǎn)生下降沿脈沖，通過(guò)信號(hào)的翻轉(zhuǎn)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，這樣就能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)和后退了。如圖10所示。</p><p>　　1）當(dāng)輸入為高電平時(shí)，Q1,Q4導(dǎo)通，Q2,Q3截止，A點(diǎn)為低電平，B點(diǎn)為高

16、電平，通過(guò)仿真U(AB)=-4.93v,直流電機(jī)反轉(zhuǎn)，機(jī)器人后退。</p><p>　　2）當(dāng)輸入為底電平時(shí)，Q1,Q4截止，Q2,Q3導(dǎo)通，A點(diǎn)為高電平，B點(diǎn)為低電平，通過(guò)仿真U(AB)=4.95v，直流電機(jī)正轉(zhuǎn)，機(jī)器人前進(jìn)。</p><p>　　圖10：電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　2.4.4 整體工作原理說(shuō)明</p><p>　　本

17、設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)中通過(guò)兩個(gè)74LS123組成的矩形波信號(hào)發(fā)生器，通過(guò)開關(guān)K控制信號(hào)的發(fā)生，信號(hào)輸出到74LS192計(jì)數(shù)器的減計(jì)數(shù)端，通過(guò)改變電容和電阻的值改變信號(hào)的輸出脈沖寬度，即控制頻率。減計(jì)數(shù)器從16減到0時(shí)TCD端產(chǎn)生下降沿脈沖，JK觸發(fā)器的時(shí)鐘新號(hào)端接TCD端當(dāng)下降沿脈沖到來(lái)時(shí)，輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時(shí)正好控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路反生反轉(zhuǎn)。我在設(shè)計(jì)過(guò)程中在JK觸發(fā)器的輸出端添加了一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，分別連接在輸出的兩端，這樣的設(shè)計(jì)有助于對(duì)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)

18、得到控制，同時(shí)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源端添加了一個(gè)可關(guān)斷晶閘器和一個(gè)繼電器，繼電器的控制信號(hào)跟晶閘器的關(guān)斷信號(hào)正好互補(bǔ)，這樣能夠做到對(duì)機(jī)器人行走的暫停和行走，而且這個(gè)過(guò)程跟時(shí)間的暫停和啟動(dòng)是同時(shí)的。</p><p>　　JK觸發(fā)器工作特性表 </p><p>　　圖11：JK觸發(fā)器功能圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)中用到一個(gè)JK觸發(fā)器，由于，</p

19、><p>　　我們想將其接成T’觸發(fā)器，就要使J=K=1,即J,K端都接高電平。這樣之后再脈沖信號(hào)出現(xiàn)下降沿JK觸發(fā)器的輸出會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，達(dá)到對(duì)機(jī)器人前進(jìn)和后退的智能化控制。</p><p>　　2.4.5 附加功能</p><p>　　1）做到對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)和時(shí)間脈沖信號(hào)的控制是同時(shí)的。</p>&

20、lt;p>　　2）通過(guò)一個(gè)單刀雙擲開關(guān)控制機(jī)器人的前進(jìn)和后退。</p><p>　　2.5 機(jī)器人設(shè)計(jì)元器件清單</p><p><b>　　3 結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　為期兩周的課程設(shè)計(jì)在考試之后豐富了我們的生活和學(xué)習(xí)，讓我受益匪淺。本次課程設(shè)計(jì)的選題給我們很大的興趣，對(duì)于機(jī)器人的行走設(shè)計(jì)一直以來(lái)都是同學(xué)們很感興趣的一個(gè)課題

21、，所以我們投入了大量的時(shí)間和精力去完成這個(gè)十分模糊的概念。因?yàn)橹盎旧蠜](méi)有接觸過(guò)相關(guān)的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中阻力是很大的，全部都是要依賴于我們自學(xué)和創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，聯(lián)系課本的知識(shí)發(fā)現(xiàn)很難去完成此次設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)歷了一段迷茫期，不知道從何處下手去做，而這些很多課堂上沒(méi)有接觸到的東西，卻是在創(chuàng)造性學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要去現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用的。</p><p>　　經(jīng)過(guò)老師的指導(dǎo)和同學(xué)們的相互幫助，上網(wǎng)查閱一些資料，慢慢

22、的接觸相關(guān)的知識(shí)，從不太清楚到漸漸明確方向。學(xué)習(xí)了相關(guān)的一些仿真軟件，例如Multisim 和Proteus等能夠幫我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題。通過(guò)它們可以進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我遇到了一些難題，例如仿真軟件操作問(wèn)題；電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路設(shè)計(jì)，以及其驅(qū)動(dòng)電路等等，但是都最后一一解決掉。</p><p>　　通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，讓我認(rèn)識(shí)到了自身存在很多的不足，需要在接下來(lái)的學(xué)習(xí)和生活中要改

23、正的。這次課程設(shè)計(jì)給我們一個(gè)過(guò)渡期，大二的結(jié)束，進(jìn)入大三后對(duì)更多專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)需要我們仔細(xì)鉆研，在這個(gè)階段給了我們很好的提前了解的機(jī)會(huì)。雖然對(duì)單片機(jī)、自動(dòng)控制原理沒(méi)有理解，但是這也是一個(gè)好的開始。對(duì)接下來(lái)的學(xué)習(xí)更加具有方向性和指導(dǎo)性。</p><p><b>　　4 致謝詞</b></p><p>　　初次接觸課程設(shè)計(jì)，拿到課題的茫然，設(shè)計(jì)過(guò)程中的不知所措，這個(gè)階段浪

24、費(fèi)了大量的時(shí)間。突然發(fā)現(xiàn)自己學(xué)的知識(shí)太少，根本沒(méi)法滿足設(shè)計(jì)的要求，就快要作品的前兩天老師給了我們很大的幫助，為了讓我們都能在這次課設(shè)中獲得最大的提升，xx老師花了整整一個(gè)下午時(shí)間，從下午3點(diǎn)到晚上9點(diǎn)一直幫助我們解決問(wèn)題，提出改進(jìn)意見(jiàn)，她希望我們能夠做的更好，發(fā)掘我們的創(chuàng)新思維、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。</p><p>　　在此感謝xx老師不辭辛苦的悉心指導(dǎo)，在這個(gè)過(guò)程中我的收獲很大。從答疑那天之前的

25、迷茫，只是從網(wǎng)上找了很多相關(guān)的資料，基本上沒(méi)有任何自己的想法，全部都是根據(jù)一些網(wǎng)上的電路圖進(jìn)行仿真，拿到老師那里之后基本上沒(méi)話可說(shuō)，經(jīng)過(guò)老師的一些指導(dǎo)之后，回來(lái)好好查閱了一下資料，根據(jù)自己的一些想法對(duì)電路和控制電路進(jìn)行了一下改進(jìn)，自己 感覺(jué)收獲很大。</p><p>　　同時(shí)還要感謝班上的同學(xué)不厭其煩的給我解答問(wèn)題，甚至有些問(wèn)題都是很簡(jiǎn)單的都會(huì)很有耐心的幫我解決，在排版，一些資料的共享等等，真正的做到了大家一起學(xué)

26、習(xí)一起進(jìn)步。謝謝大家！</p><p><b>　　5 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1）《新編電子電路大全》 第1、2、3、4卷 中國(guó)計(jì)量出版社 組編</p><p>　　2）《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》 伍時(shí)和 吳友宇 編著 清華大學(xué)出版社</p><p>　　3）《電子技術(shù)基礎(chǔ)·數(shù)字部分》 康華光