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1、1.3.2计数电路及数码显示电路 61.3.3电机正反转驱动电路 71.3.4整机工作原理1.4 仿真结果与分析 81.4.1 仿真效果1.4.2 仿真过程1.4.3 结果分析 91.4.4 特点及改进1.5所用主要芯片说明 101.5.1 555定时器1.5.2 74LS160加计数器1.5.3 L298电机驱动芯片 11附录 12小结与体会 13参考文献 141 机器人行走电路设计1.1 任务与要求1.1.1设计任务设计一个能前进、后退的机器人行走控制电路。1.1.2设计要求（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

2、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。（4）对电路进行仿真通过。1.2 设计方案1.2.1设计总体思路通过对设计要求的仔细分析考虑后，得出以下设计思路：电路分为三部分电路，分别为周期脉冲信号发生电路、计数及数码显示电路、直流电机正反转驱动电路。信号发生器是用555定时器组成的多谐振荡器，其中的一个电阻用滑线变阻器，方便调节电阻大小，进而调节振荡频率。计数电路是用十进制加法计数器74LS160和相应的门电路组成，用强制清零法设计电路，可以调节计数周期，后接数码管显示计数状态。直流电机正反转电路是由D触发器74LS74和芯片L298组成，L298接受触发器的信号，其两个输

3、入端分别接两个相反的信号，触发器信号翻转的同时，电机也随着反向转动。1.2.2设计原理框图555定时器组成多谐振荡器数码管74LS160组成进制可调的计数器D触发器组成信号翻转电路L298组成直流电机驱动电路直流电机图1.1 原理框图1.2.3 系统流程图否是图1.2 系统流程图1.2.4整体原理电路图图1.3 设计原理图1.3各部分电路原理分析1.3.1方波信号发生电路（1）原理说明用555定时器构成的多谐振荡器如下图3所示。接通电源后，电容C1被充电，当Vc1上升到2/3Vcc时，触发器复位，同时放电，BJT 导通，此时输出电平为低电平，电容C1通过R2和T放电，使Vc1下降。当Vc1下降

4、到1/3Vcc时，触发器又被置位，输出电平翻转为高电平。C1放电结束时，T截止，Vcc将通过R1和R2向电容器C1充电，Vc1由1/3Vcc上升到2/3Vcc时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到了一个周期方波，其频率为：f=1.43/（R1+2R2）C1。（2）参数设计根据方波的频率公式，可以设计不同参数，使得脉冲时间间隔不同，进而与计数器共同控制机器人前进和后退的时间。为方便计算和基于常见的电容，取电容C1为47uF。R2固定为10K。为了方便调节振荡频率，R1用滑动变阻器代替，其最大阻值为100K。电容C2取0.01uF,目的是为了减小干扰信号使振荡器更稳定。根据公式，可以方

5、便地调节滑动变阻器来调节频率。比如说，想要1HZ的振荡频率，把47uF和10K带入公式中的C和R2，解得R1约为10K，则把滑动变阻器调到10，就可以实现频率为1HZ即周期为1S。同样的方法可以解得，当滑动变阻器调到41时，振荡频率为0.5HZ，即周期为2S。图1.4 多谐振荡电路1.3.2计数电路及数码显示电路如图4，计数电路由十进制计数器74LS160、四个单刀双掷开关SW-SPDT、四个异或门74LS86和一个四输入端的或门4072组成。用强制清零法设计计数电路，使得计数器计到某一数值时，清零端电平变为0，电路又重新开始计数。为了使计数周期可调，用了四个单刀双掷开关，可用来设置计数周期，

6、从左到右为高位到低位。每个开关的一端接异或门74LS86的一端，四个异或门的另外一端分别接74LS160的四个输出端，高低位分别对应。异或门处理信号出来后接四输入端或门，然后接回到计数器的清零端。由此，就构成了反馈清零电路。为了清晰地讲明工作原理，假设想要计数周期为7秒，在555振荡电路为1HZ的情况下，设计计数器为7进制，把开关拨为0111。计数器从0000开始计数，通过异或门及与或门，未计数到0111时，异或所得结果总有一个为1，使通过或门之后信号总为1，即清零端为1，不执行清零功能。当计数到0111时，异或后都为1，通过或门后为0，即清零端为0，计数器异步清零，又重新开始计数。这样就得到

7、了一个计数周期为7秒的计数器。把74LS160的四个输出端接数码管显示，就可以实时观测计数状态了。图1.5 计数电路1.3.3电机正反转驱动电路如图5，正反转驱动电路由D触发器74LS74和L298组成。D触发器的脉冲信号来自计数器清零时的信号，由于清零时是有1变0，产生下降沿，而74LS74是上升沿触发，所以加了一个反相器74LS04，使信号为上升沿。由D触发器的状态方程为Qn+1=D可知，把触发器的D端接触发器的反相输出端时，当触发时，就会实现信号翻转。把触发器的两个输出端分别接L298的两个输入端IN1和IN2，L298的4、6、9、11脚接高电平，1、8、15管脚接低电平。最后把直流电

8、机的两端接在对应的输出端OUT1和OUT2上。当触发器信号翻转时，IN1和IN2反相跳变，随之OUT1和OUT2也跳变，就会驱动直流电机往相反的方向转动。图1.6 电机正反转电路1.3.4整机工作原理多谐振荡器和计数器都是可调的，根据要求的时间设计好相应的参数。如7秒，则设计振荡器滑动变阻器为10K，使周期为1秒；四个开关状态为0111，使计数器为7进制。整机工作时，直流电机先往一个方向转动。振荡器产生周期方波信号，每一个振荡周期计数器计一次数，当计数到设定的数值时，计数器清零，重新开始下一个周期。在清零的同时，给触发器一个脉冲信号，触发器被触发，信号翻转，通过L298驱动，直流电机往与原来相

9、反方向转动。从而实现了机器人的前进和后退周而复始的功能，且周期可调。1.4仿真结果与分析1.4.1仿真效果图1.7仿真图1.4.2仿真过程（1）把滑动变阻器的阻值调为10K欧，开关状态为0111，得到一个计数周期为7秒的计数器。把总开关断开，按下仿真开始按钮。此时计数器不工作，直流电机不转；停止仿真，把总开关闭合，再次按下开始按钮。此时计数器从0开始计时，每隔约1秒，计数器进一，电机正转。当计数到7秒时，计数器清零，又从零开始计时。同时出发器输出端发生跳变，电机反转。（2）把滑动变阻器阻值调为41K，即把振荡周期设为了2秒，把开关状态调为1001，即九进制，由此得到一个计数周期为18秒的计数器

10、。和（1）的仿真结果基本一样，只是，数码管每隔约2秒进一，计数到9秒时才清零。同时直流电机往与原来相反的方向转动。（3）把变阻器调为不同的值，开关也调到不同的状态，可得到得到不同的计数周期，直流电机也按照所调的周期实现正反转。1.4.3结果分析由以上仿真结果可得：（1）总开关可控制电路是否工作。（2）直流电机会根据计数周期，实现正转和反转，周而复始。（3）计数周期可以通过改变变阻器阻值和开关状态来改变，即时间可调。（4）整个电路只用到了逻辑电平电压约5V，没有用动力电源。综上，所设计电路符合设计要求。1.4.4特点及改进该电路的特点是结构思路简单，能够实现任务的要求。由仿真过程可以知道，该设计最大的不足之处是计数周期可调节的范围太小，可以通过多加一个计数芯片，使进制的调节范围更大。计数周期只能到达9，虽然74LS160是十进制计数器，但如果到十再清零，是计数器自己清零，不是反馈清零，所以不会给触发器触发信号，不能实现正反转功能。解决这个问题需要用置数法，或改换其他计数芯片。1.5所用主要芯片说明1.5.1 555定时器表1.1555定时器功能表输入输出阈值输入触发输入复位放电管TX导通不变