电子技术课程设计报告-循迹竞速电动车设计.docx

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课程设计说明书（论文）

部程名称：

电子技术基础课程设计

设计题目：

循迹竞速电动车设计

院系：

班级：

设计者：

学号：

指导教师：

设计时间：

哈尔滨工业大学课程设计任务书

姓名：

院（系）：

专业：

班号：

任务起至日期：

课程设计题目：

循迹竞速电动车设计

已知技术参数和设计要求：

1、小车从出发点开始，必须预定沿轨迹运动，到达终点线时小车自行后退。

2、完成时间按小车从出发点到到达终点线所用时间计。

3、每个小组的小车要按上述要求跑完全程，小车跑动期间不能人为干预小车运动，直至小车到达终点线并一直后退。

工作量：

三人一组，共同完成小车电源模块、轨道监测模块、控制模块、电机驱动模块的搭建

与调试，并接受验收和答辩；每人提交设计报告一份。

工作计划安排：

1、上网找资料，完成对各个模块电路的分析

2、根据真值表化简出逻辑式，并根据逻辑式完成设计电路部分的设计

3、搭建电路，并逐个模块进行调试

4、将面包板以及电源固定在小车上，进一步进行调试

5、完成调试，进行验收，撰写设计报告

同组设计者及分工：

指导教师签字

年月日

教研室主任意见：

教研室主任签字

年月日

世：

此任务书由课程设计指导教师填写。

LM7805

循迹竞速电动车设计

1、设计任务

设计一个可循迹的竞速电动车，要求如下：

1、小车从出发点开始，必须预定沿轨迹运动，到达终点线时小车自行后退。

2、完成时间按小车从出发点到到达终点线所用时间计。

3、每个小组的小车要按上述要求跑完全程，小车跑动期间不能人为干预小车运动,直至小车到达终点线并一直后退。

2、设计原理及过程

循迹竞速电动车由电源模块、轨道监测模块、控制模块、电机驱动模块组成。

2.1电源模块

电源模块由八伏电池，7805三端集成稳压电路构成。

其中稳压电路实现的功能是输出稳定的五伏电压。

数字电路需要用五伏电压供电，而电机驱动电路需要用八伏电压供电。

Figure5.DCParameters

图27805三端集成稳压电路图

1.12轨道检测模块

轨道检测模块由两个一路循迹传感器构成。

当某一个传感器检测到黑线时，模块上发光二极管熄灭，此传感器输入低电平。

图3一路循迹传感器

图4一路循迹传感器电路图

2.3电机驱动模块

电机驱动的原理是PWM控制电机转速，用到的芯片为L293B。

此驱动模块可同时驱动两个电机，其中2,7,10,15管脚为输入端，3,6,11,14管脚为输出端。

当2管脚输入高电平时，7管脚输入低电平。

此时3管脚输出高电平，6管脚输出低电平，3,6管脚所连接的电机正转，电机反转同理可得。

图5电机驱动模块引脚图

2.4控制模块

控制模块由几个小模块构成：

波形发生器模块，计数器模块，比较器模块，逻辑控

制模块。

其中波形发生器由555定时器构成的多谐振荡器电路，经过施密特触发器整形

后输出占空比为50%的时钟信号。

图6波形发生器模块电路

计数器模块由74LS163计数器构成。

图7波形发生器+计数器模块

比较器模块由74LS85构成。

由于本次设计实验选择的方案是通过电机正反转实现方向的控制，电机左右轮的转速始终相同。

而比较器模块是要给电机驱动模块输出一个特定脉宽调制信号来实现PWM调速，并不控制电机的转向，因此只需要一个74LS85芯片。

芯片的A0-A3输入口分别接计数器Q0-Q3输出口，而B0-B3输入口分别接高电平或低电平。

本次设计实验设定B3B2B1BO=1OOO。

而芯片的P（A

由74LS85功能表可得，当A3A2A1AO

图874LS85功能表

图974LS85管脚图

图10控制模块部分电路图

根据所要实现的功能列出真值表，画出卡诺图，由卡诺图化简出逻辑式。

然后，根据逻辑式设计出逻辑电路图。

此逻辑电路包含D触发器和或门非门组成，有两个输入端和两个输出端。

其中两个输入端为传感器的输出端，两个输出端接电机驱动的输入端，实现对电机转速的控制。

图11逻辑控制电路功能表

3、电路搭建

搭建完成的电路如下图所示

图12逻辑控制电路图

图13电路搭建实物图

4、检测与调试

（1）电路调试

首先检测面包板接触是否良好。

接通电源以后用万用表检测每个芯片的电源引脚的电压，检测发现每个芯片电源引脚电压为4.5V左右，证明芯片供电良好；

然后检测电路连接是否正确。

用示波器检测数码比较器输出端的波形，检测到数码比较器输出端波形为方波，改变数码比较器的比较值，方波的占空比随之改变，证明由555芯片、施密特触发器、计数器和数码比较器组成的方波发生器正常工作；

检测逻辑电路是否正确。

将D触发器输出端连接示波器，D输入端接高电平，触发器清零（即将异步清零端置0再接到高电平）后时钟端输入一个上升沿，发现示波器波形由0V变为5V左右，证明D触发器工作正常；再将D触发器始终清零（即异步清零端始终接低电平），这时经或门输出的Ldir和Rdir只由SL和SR决定，将SL（或SR）接低电平或高电平，Ldir（或Rdir）状态随之变化并保持一致，证明逻辑电路部分连接正确且正常工作；

电机驱动芯片加上12V电源，用示波器检测连接电机的两端口，检测到的波形为方波，输入信号Ldir（或Rdir）逻辑电平改变，方波极性随之改变，证明电机驱动芯片正常工作；

搭建好稳压模块后，用万用表检测各芯片电源端口的电压，除电机驱动芯片电源端为12V夕卜，其他芯片电源端口的电压均为5V左右，证明稳压模块搭建正确，各芯片正常供电；

（2）小车调试

图14装车

小车拼好以后，接上电源，将电路与电机以及传感器连接，起初电机无法改变转向，分析其原因，是因为触发器被清零后立刻被触发；然后我们在清零触发器的同时，让传感器对着白纸，防止触发器刚被清零就又被触发，这样做以后又发现，任意一边的传感器检测到黑线输出低电平，触发器都会被触发，而理论上是只有两边传感器都输出低电平，触发器才会被触发，分析原因，我们认为是传感器信号经过或非门连接到D触发器时钟端，虽然一个传感器输出低电平不会改变或非门的输出逻辑电平，但输出电平会不稳定，会出现抖动，而触发器又是跳沿触发，我们推测是抖动触发了触发器。

我们的解决办法是，将或非门中的非门替换成施密特触发器（原来的或非门由或门和非门串联得到），由施密特触发器的滞回特性消除或门输出端的抖动。

改动以后，一边的传感器输出低电平不再改变触发器状态，问题得到了解决。

功能调试正常后，开始上赛道调试。

首先要将触发器清零，然后将传感器紧贴白纸面，使小车传感器贴着地面，此时小车两只轮子向前转。

松手后，小车可循迹，到终点后退。

改变比较器的比较值，并改变传感器之间的距离，不断尝试，若占空比太高，或者传感器之间的距离不合适，小车都无法正常循迹，最后确定当B3B2B1B0T000时小车速度最快同时不会冲出赛道。

5、设计总结与心得

本次课程设计中，我对于数字电路已相关芯片的应用有了更加直观的认识，也深刻体会到了理论与实际之间的差距。

尽管理论上正确，但实际调试时仍然存在很多问题，这就需要我们充分的理解电路运行原理，掌握各芯片的特性和特点，由问题看本质分析问题根源，并充分利用芯片功能来解决问题。

通过这次课程设计，我认识到了时序逻辑电路从设计到搭建到投入运行的完整过程，对比上课和作业内容，对数字电路的设计过程有了更好的掌握。

除了对理论知识有了更深理解之外，我也体会到了分工合作的重要性。

我们小组成员分工明确，两人搭电路的同时，一个人在剪导线，另一人在查芯片，设计逻辑电路，整个过程尽井然有序，效率较高，成功率也较高，打出来的电路没有大的错误，这让我们在调试过程中少走了很多弯路。

此外，我也意识到电路调试的艰辛，意识到耐心与恒心的重要性。

当电路无法正常运行时，寻找问题并解决问题是一个艰难的过程，要成功解决问题不仅需要灵活掌握理论知识，更要有耐心有决心，不气馁不急躁，一步一步不断尝试，直到达到最佳效果，这也是我们今后在科研过程中所必须具有的精神和品质。