武汉理工大学自动化暑期课设机器人行走电路设计Word文件下载.docx
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电工电子课程综合设计大纲
电工电子课程综合设计是根据教学计划和课程教学目标的要求，综合应用《电路原理》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《电工电子实习》、《传感器原理及接口技术》、《电力电子变流技术》等课程知识而开设的实践性课程。
以期对自动化、电气自动化专业学生进行电工电子类设计思想和设计方法的初步训练，使学生掌握基本电子线路的设计技能。
一、课程设计的目的
通过课程设计的实际训练，加深学生对相关课程基础知识与基本理论的理解，培养学生综合运用所学知识的应用能力，使其在理论分析、工程计算、制图标准与规范、查阅设计手册与资料以及计算机应用能力等方面得到综合训练，促进学生养成严谨求实的科学学风，激发学生自主创新的精神。
二、课程设计的运作过程
1、指导教师拟定题目难易适当的课程设计任务书，既保证大多数学生得到基本训练，通过查阅资料、手册、分析、计算能顺利完成设计任务，又能使学习优秀的学生充分发挥创新思维，激发探索科技知识的积极性。
2、设计开始前，指导教师讲解有关设计的目的、要求及注意事项，介绍设计原则、方法和范例，增补学生在过去的学习阶段尚未涉猎的相关知识。
3、设计期间，指导教师对学生遇到的问题及时解答，并对课程设计的内容组织质疑和答辩。
4、每个学生在设计结束时要提交一份按统一格式要求书写的课程设计说明书。
说明书中要求绘制方框图、电原理图，阐述电路工作原理，元器件参数计算、设计电路的性能指标等。
三、设计时间1周
四、其他
1、课程设计说明书封面由教务处统一规范的格式打印。
2、课程设计报告除教学管理部门要求必须用手写的内容外，一律打印上交。
3、课程设计成绩通过质疑和答辩，结合设计过程中的学习态度、设计思想、设计报告综合评定。
课程设计任务书
学生姓名：
专业班级：
指导教师：
周晓年工作单位：
自动化学院
题目:
小型智能控制系统设计
一、有害气体检测与抽排电路设计
任务：
设计一个当有害气体浓度超标时，能自动发出声光报警信号，同时启动有害气体抽排控制电路。
要求：
当检测到有害气体意外排放超标时，发出警笛报警声和灯光间歇闪烁的光报警信号，警笛声由5W/8Ω的喇叭发出，闪烁的光源采用220V/60W的灯泡，同时自行启动抽排系统，抽排选择220V/1.5KW大功率排风负压风机，确保有害气体及时排出，保障人们的生命财产安全。
抽排完毕后，系统自动回到实时检测状态。
二、机器人行走电路设计
设计一个能前进、后退的机器人行走控制电路。
1、接通电源，机器人前进，行走一段时间后，机器人自动后退，退行一段时间后自动前行，周而复始。
2、机器人行走动力只能使用干电池，不能使用动力电源。
3、机器人前进、后退时间可调。
初始条件：
1.实验室提供万用表、信号发生器、直流稳压电源、示波器等设备。
2.学生已学习了大学基础课程和《电路原理》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《电力电子变流技术》等专业基础课程。
3.学生已参加过电工电子实习，掌握了用PROTEL绘制电路图的方法。
4.主要参考文献
1）《新编电子电路大全》第1、2、3、4卷中国计量出版社组编
2）《传感器及其应用电路》何希才编著电子工业出版社
3）《电子线路综合设计》主编谢自美华中科技大学出版社
4）《集成电路速查手册》王新贤主编山东科学技术出版社
5）《电力电子电路设计》钟炎平主编华中科技大学出版社
6）《电子技术工艺基础》王天曦李鸿儒编著清华大学出版社
要求完成的主要任务：
（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
5、课程设计结束时每个学生要提交一份按统一格式要求撰写的课程设计报告，并装订成册。
6、课程设计报告中要求绘制方框图、电原理图，阐述电路工作原理、每个元器件的主要参数、设计电路的性能指标、课程设计感言等。
7、说明书中除个人签名外，其它文字、符号、图形或表格一律用计算机打印。
8、文字、符号、图形等必须符合国家标准。
9、独立完成设计任务，杜绝相互抄袭现象发生，避免剽窃。
时间安排：
一周（6月17日—6月24日）。
6月17日上午，指导教师讲授课程设计的有关基本知识，布置设计任务等；
6月17日下午——6月18日上午学生搜集、查阅资料；
6月18日下午——6月20日下午学生初步设计；
6月21日上午——6月21日上午教师检查设计进度；
6月21日下午——6月23上午学生深化设计；
6月24日上午——6月24日上午答疑、质疑；
6月24日下午——6月24日下午进一步完善设计，形成设计报告电子文档并打印、装订、提交。
备注：
1、两个题目，任选其一；
2、设计电路须仿真通过。
指导老师签名：
2014年6月17日
系主任（或负责教师）签名：
2014年月日
摘要
此次可自行行走的机器人电路是基于目前学过的课程设计的，能够自行前进和后退，并且可以调节前进与后退的时间。
通过这次电路设计，可以发掘自己的潜能和创新意识，锻炼自己的能力和思维方式，加强理论知识运用于解决实际问题的能力。
机器人行走电路由驱动电路和直流电机的正反转电路两个单元构成。
电路通过运用555构成的多谐振荡电路，同步计数器74LS192，JK触发器等基本单元电路，通过上述基本电路的级联组合，构成机器人行走电路。
电路有效地实现机器人的行走与后退，通过调节阻值的大小而控制行走的时间，时间在数码显示管显示。
利用三极管的导通和截止控制机器人的行走方向，从而满足设计电路的要求。
[关键字]：
时间可调、数码显示、正反转、555定时器
1设计要求
2、机器人行走动力只能使用干电池，不能使用动力电源。
3、机器人前进、后退时间可调。
2设计总体方案
2.1设计原理系统框图
图2.2.1设计原理系统框图
2.2设计原理图
图2.2.2设计原理图
3设计方案分析
3.1多谐振荡电路分析
图2.3.1多谐振荡电路
接通电源后，电容C2被充电，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，电容C2通过R1和T放电，使Vc下降。
当Vc下降到1/3Vcc时，触发器又被置位，Vo翻转为高电平，如此周而复始，使3端输出方波信号，此方波信号的周期T=0.7*（R1+2RV1）*C2，通过对RV1的调节可以改变3端输出的方波信号的周期T。
3.274LS192计数器和计数器显示电路
由多谐振荡器3端输出的方波信号接到74LS192的“DN减计数”端，驱动74LS192进行减计数，然后将“TCD借位端”接到“PL置数端”。
这样，当芯片减到零时，置数端低有效，使其置数，又回到起点开始计数，如此周而复始。
图2.3.274LS192计数器和七段共阴极数码管构成的计数器显示电路
图2.3.3JK触发器及翻转电路
3.3JK触发器实现信号翻转
用74LS192的“TCD借位端”产生的信号作为JK触发器的触发信号，当计数完成一个周期时，JK触发器接受到一个触发信号，使得Q端输出翻转。
另外，图中在JK触发器的Q输出端接一个反相器和一个单刀双掷开关，在机器人前进或后退的过程中，若将开关打到另一端，则可以实现机器人实时转向的功能。
3.4直流电机正反转电路
当JK触发器输出为高电平时，Q1,Q4截止，Q2,Q3导通，直流电机两端电势差为-4.0v,直流电机反转，小车后退。
图2.3.4直流电机正反转电路
当JK触发器输出为底电平时，Q1,Q4导通，Q2,Q3截止，直流电机两端电势差为4.0v，直流电机正转，小车前进。
于是就实现了小车前进后退的要求。
且时间相等。
3.5整体工作原理说明
由前面的分析可知各部分的工作原理，当整体开始工作时，多谐振荡器产生的方波信号周期及计数周期均可由人为调节，故可以较精确地实现小车的前进后退且时间可调的功能。
例如，当希望小车先前进7秒，然后后退7秒，如此循环，则可以调节RV1使得3端输出的方波信号的周期T=1秒，74LS192置“7”
于是，小车前进及后退的时间均为1*7=7秒，便实现了以上要求的功能。
另外，我认真听取了老师的意见，在实验电路图添加了去耦滤波电路以及三极管保护电路，使电路能经受住实际运用中遇到的考验。
4所用芯片及其他器件说明
4.174LS192计数器
74LS192真值表：
图2.4.174LS192真值表
74LS192管脚图：
图2.4.274LS192管脚图
74LS192逻辑图：
图2.4.374LS192逻辑图
74LS192具体功能：
1．异步清零：
当MR=1时，计数器输出将直接清零，与其他输入端的状态无关，这就是异步清零。
2．加、减计数功能：
当MR=0,PL=1,CPD=1时，CPU端接脉冲信号，就实现了加计数功能；
相反，当MR=0,PL=1,CPU=1时，CPD端接脉冲信号，就实现了减计数功能。
3．置数功能：
当MR=0，PL=0时，计数器输出端与输入端相同，即实现置数功能。
4.2JK触发器
JK触发器真值表：
故当JK触发器的J、K端均接高电平时，每来一个触发信号便使得其发生一次翻转，于是就实现了小车前进与后退的功能要求。
图2.4.4JK触发器真值表
JK触发器逻辑图：
图2.4.5JK触发器逻辑图
JK触发器功能说明：
本电路中，欲将JK触发器接成T’触发器，应使J、K均接高电平。
于是便能实现翻转功能。
附录
附表：
机器人行走电路所用器件
名称
规格型号
位号
数量
555定时器
NE555
U1
1
计数器
74LS192
U2
JK触发器
74LS76
U7A
七段数码显示管
7SEG-BCD-GRN
U3
直流电机
MOTOR
M1
非门
74HC04
U5、U6
2
电阻
100
R6
1K
R1、R2、R3、R4、R5
5
滑动电阻器
10K
RV1
开关
SW-SPDT
SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、
6
电容
10nF、100uF
C1、C2
二极管
DIODE
D1、D2、D3、D4、D5、D6
三极管
NPN
Q3、Q4
PNP
Q1、Q2
直流源
+5V
U
课程设计感言
为期一个星期的课程设计即将结束，经过一个星期的摸索、询问、查找资料、翻阅文献，由失败、沮丧、烦躁，渐渐转而兴奋、激动、狂喜。
虽然说只有短短的一周时间，但可以说是五味杂陈啊。
此刻面对自己的设计成果我很感动——为自己的努力感动，也为自己最后的成绩感动。
不管结果如何，至少自己尝试了，努力了，而且做到了。
由于是第一次做课程设计，再加上正逢考试周，所以刚听说要课程设计的时候是既担心又害怕。
在经过一上午的动员会后，听了老师细心地讲解，虽然对课程设计有了初步的了解，但脑子仍是一片迷茫，不知所措。
第一天的时候，就是盯着屏幕拼命地想啊想，虽然能想到大概分哪几步，知道要用到哪些方面的知识，但毕竟以前都是书面上的理论知识，真正要拿到实际中来，我一时不知道该怎么把学的知识串联起来。
于是前几天就是上网查，上图书馆查，看别人做的类似的设计，看别人是怎样通过不同的电路实现各种功能的，然后也查了一些常用的电工电子设计电路。
在有了一定的电路图形积累之后，我再回到这个题目上，就感觉明朗多了。
做机器人行走电路的设计时，我一开始用的是74192的加计数功能，因为这样能更清楚地看出前进后退了多长时间，但是在实际设计过程中发现，若使用加计数，则不易归零，因为每次要求机器人前进的时间不同，所以每次需要归零的条件不同，于是我改为了减计数，这样实施起来就方便多了。
还有，我还通过询问其他同学，增加了在任意时刻使机器人换向的功能。
另外，我积极听取了老师的意见，在实验电路图添加了去耦滤波电路以及三极管保护电路，使电路能经受住实际运用中遇到的考验。
要结合实际情况设计电路而不是单纯设计理论可行的电路是我学到的最重要的一点。
通过这两个星期的设计，使我对数电和模电的理论知识有了更深的理解，而且还学习了一些课外的知识，以前上课时自己实际掌握的很少，理解的不深刻，许多章节因为不是考试范围而没有看。
与此同时也接触了一些实际中经常用到的，而课本上没有讲到的元件，比如电动机就是以前没有接触过的，通过自己查资料来了解它，增强了自主学习的能力。
其次，我对proteus的画图和仿真功能有了更深的认识，熟悉了各常用元件在元件库中的位置，掌握了一些实用的操作方法。
总之，这次的课程设计为我以后做课程设计积累了经验，并锻炼了我的自主学习和独立思考、融汇各学科知识的能力，也让我体会到了将来走上工作岗位工作的不容易，所以我一定要更加努力地学习理论知识，以及增强我的动手能力，为将来工作打下基础。
致谢
为期一周的课程设计结束了，在此，我要衷心感谢周老师对我的指导和教诲以及同学们对我的热心帮助。
没有你们的帮助，我不会这么快理解和设计出电路，所以在此对大家表示衷心的感谢。
参考文献
3）《电子线路综合设计》主编谢自美华中科技大学出版社
6）《电子技术工艺基础》王天曦李鸿儒编著清华大学出版社
本科生课程设计成绩评定表
姓名
杨浩
性别
男
专业、班级
自动化1204
课程设计题目：
机器人行走电路设计
课程设计答辩或质疑记录：
33、三极管三个电极电流的分配关系是什么？
答：
发射极电流Ie=基极电流Ib+集电极电流Ic
三级管是电流放大器件，在放大状态下，Ib与Ic与成固定比例β。
即Ic=βIb，△Ic≈△Ib×
β
β值一般从几十到几百都有。
73、电阻器的误差指的是什么？
电阻器的实际阻值对于标称值的最大允许偏差范围称为允许误差.误差代码:
F、G、J、K…
成绩评定依据：
评分项目分值评分项目分值
质疑10计算机仿真10
方框图10性能指标（含参数计算）5
原理图35设计感言5
电路工作原理20格式的规范性5
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
2014年月日
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