电力拖动与运动控制系统》课程设计

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徐海学院07届电子技术综合设计报告第1页第一章绪论1.1电子技术综合设计性质*电子技术综合设计是在学完《模拟电子术》、《数字电子技术》课程之后，安排的实践教学环节。使学生能综合运用所学知识，进行实际电子线路的设计、装接、调试等。*通过完成一个课题的电路设计、理论计算及实验调试任务，巩固和加深电子技术课程中所学理论知识和实验技能。*在实践中提高分析问题、解决实际问题的能力，为今后的毕业设计、工程实践打下一定基础。1.2综合设计主要特点1、 不同于平时的习题作习题主要是为了加深对课堂上讲解知识的理解，题目内容涉及面较单一，在给定的理想化的条件下，经过抽象加工后，不难得出标准答案。而电子技术综合设计任务，多是实际的“模拟”或“数字”电路装置，它涉及的知识多而广，没有固定的答案，只能从实际出发，通过调查研究，查询资料，方案比较，设计计算得到比较好的设计方案后，再通过实验调试，使理论设计逐步完善，最后达到实际要求。2、 不同于一般的基础实验基础实验着重点是放在验证基本理论和电路性能上，通过实验只能初步了解电路实验的步骤和基本方法，熟悉常用电子仪器设备的使用方法。而电子技术综合设计，正是为学生创造一个动脑又动手，独立开展电路设计、调试的机会。可以运用实验手段检验理论设计中的问题所在，又可运用学过的知识，指导电路调试工作，使电路更加完善。3、 不同于毕业设计毕业设计是培养工科学生的最后一个教学环节，它要求学生综合运用公共基础课、专业基础课和专业课的知识，去解决工程实际问题；完成工程技术人员必须具有的基本能力的训练；从题目的广泛和深度上，毕业设计比电子技术综合设计要难。4、 电子技术综合设计围绕一门课程内容做综合性的训练，题目虽出自实际电路，但比较简单，比较定型，一般不是真实的生产、科研任务，基本上是有章可循。着眼点是让学生开始从理论学习轨道→引向实际方面。把过去熟悉的定性分析，定量计算方法与工程估算，实验调整等手段结合起来。逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施办法。使理论和实际有机结合，真正实现由知识向智能的转化。锻炼分析问题、解决电路实际问题的本领。 徐海学院07届电子技术综合设计报告第2页1.3综合设计主要内容根据题目要求：v独立进行查阅资料、理论设计、元器件选择。v电路仿真、验证设计原理。vPCB板设计。v印刷线路板组装、焊接、调试。v撰写科技总结报告1.4综合设计目的1、巩固和加深对电子线路基本知识的理解，提高学生综合运用电子技术课程所学知识的能力，使理论和实际有机结合，真正实现由知识向智能的转化。2、培养学生根据课题需要选学参考书，查阅手册和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析问题、解决问题的能力。3、通过实际电路的设计方案的分析比较、参数计算、元件选取，安装调试等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。4、掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。5、能按设计任务书的要求，编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。6、培养严肃认真的工作作风和科学态度，发扬团队精神。 徐海学院07届电子技术综合设计报告第3页第二章数字钟2.1数字钟的构成数字钟由主体电路和扩展电路构成，主体电路由脉冲信号发生器、分频电路、校准电路、秒（分、时）计数电路、秒（分、时）译码电路、秒（分、时）显示电路构成。扩展电路由触摸报时、整点报时、仿电台报时、定时控制构成。示意图如下：2.2数字钟电路设计 徐海学院07届电子技术综合设计报告第4页第三章数字钟的分步设计3.1秒脉冲发生器秒脉冲发生器是数字钟的核心。对于秒脉冲发生器的设计有两种方案。第一种：用555构成多谐振荡器产生秒脉冲，振荡频率为1Hz。第二种：用32768Hz晶振构成秒脉冲信号发生器，（32768Hz脉冲需经过CD4060的14级分频得到2Hz脉冲，再经过CD4040的2分频得到秒脉冲。3.1.1555构成多谐振荡器（f=1Hz）1.555定时器的组成555定时器主要由两个结构完全相同的高精度电压比较器C1和C2，基本RS触发器，泄放晶体管V1及三个5k电阻构成。2.555定时器构成多谐振动器的特点1）多谐振荡器是一种无稳态电路。2）接通电源以后，不需外加触发信号，就能自动地不断翻转，产生矩形波。3）产生的矩形波中含有谐波分量很多。3.555定时器构成多谐振动器的工作原理接通电源后，Vcc通过R1、R2给C充电，Vc逐渐上升。当Vc升到2/3Vcc时，比较器C1输出低电平VC1=0，555内RS触发器被复位，V1导通，输出V0=0。之后电容C通过R2和V1放电，使Vc下降。当Vc下降到1/3Vcc时，比较器C2输出低电平VC2=0，555内RS触发器又被置位，输出V0=1变为高电平。这时因V1截止，电容C再次充电。如此周而复始，在输出端得到一个周期性的矩形脉冲。4.555构成多谐振荡器电路图参数计算：f1=1Hz,R1=23KΩ,R2=60KΩ,C1=0.01uf,C2=10uf 徐海学院07届电子技术综合设计报告第5页vC0t0tvoVCC/32VCC/3t1t2t3 徐海学院07届电子技术综合设计报告第6页3.1.2石英晶体振荡器选用32768Hz的晶振构成振荡电路晶体振荡器工作原理：石英晶片所以能做振荡电路是基于它的电压效应。从物理学中知道，若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为电压效应。如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电压。一般来说，这中种机械振动的振幅是比较小的，其振动频率则是很稳定的。但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决定于晶片的尺寸）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此，石英晶体振荡器就是这样工作的。如图所示为电子手表集成电路（5C702）钟的晶体振荡器电路，常采用晶振频率为32768HZ，内部有15级2分频集成电路，所以输出端正好可以得到1Hz的标准脉冲。CMOS晶体振荡器由于振荡器的稳定度及频率的精度决定了数字钟计时的准确程度。实验设计中采用555构成多谐振荡器来产生秒脉冲。3.2秒、分、小时计数电路秒、分、时计数电路由秒个位和秒十位计数器，分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器为60进制计数器，时个位和时十位计数器为24进制计数器。各计数器输出均为两位8421BCD码形式。 徐海学院07届电子技术综合设计报告第7页秒分计数电路60进制时计数电路24进制3.3分频器的设计实验中采用CD4060来构成分频电路。CD4060在数字集成电路中可实现的分频次数最高，而且CD4060还包含振荡电路所需的非门，使用更为方便。CD4060计数为14级二进制计数器，可以将32768Hz的信号分频为2Hz，其内部框图如图所示，从图中可以看出，CD4060的时钟输入端两个串接的非门， 徐海学院07届电子技术综合设计报告第8页因此可以直接实现振荡和分频的功能。CD4060内部框图3.4译码、显示电路实验中选用CC4511实现译码电路；选用LG5011AH共阴数码管实现显示电路，将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑译码显示设计图3.5校时电路当数字钟出现计时误差时，需要校正时间，校时是数字钟应具备的基本功能。设计中采用的校时方式有“快校时”和“慢校时”两种，“快校时”是，通过开关控制，使计数器对1Hz的校时计数。“慢校时”是用手动产生单脉冲作校时脉冲。如下图为校时、校分电路。其中为校分用的控制开关，为校时用的控制开关，他们的控制功能如表所示。校时脉冲采用分频器输出的1Hz脉冲，当或分别为“0”时可以进行“快校时”。如果校时脉冲由单次脉冲产生器提供，则可以进行“慢校时”。同时，实验中，分、秒校时互不影响。 徐海学院07届电子技术综合设计报告第9页控制功能表3.6仿电台报时电路访广播电台整点报时电路的功能要求是：每当数字钟计时快要到整点报时发出声响，通常按照4低调1高音的顺序发出间断声响，以最后一声音响结束的时刻。设4声低音（约500Hz）分别发生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一声高音（约1000Hz）发生在59分59秒，它们的持续时间均为1秒。因此可得：只有当分十位的，分个位的，秒十位的及秒个位的时，音响电路才能工作。 徐海学院07届电子技术综合设计报告第10页仿电台报时电路3.7数字钟闹时功能设置特定的时间发出闹时信号和持续的时间。例如：上午7点59分发出闹时信号，持续1分钟7时59分对应数字钟的计时状态为0111/0101/1001闹时控制信号时个位分十位分个位数字钟闹时电路 徐海学院07届电子技术综合设计报告第11页3.8定点报时功能设定好准确的时间，当计数到达时，产生报时信号。3.912归1电路 徐海学院07届电子技术综合设计报告第12页第四章芯片功能介绍4.1CC4518双BCD同步加法计数器（国外同类型号：CD4518、MC4518）实验中用CC4518构成60进制和24进制计数器，然后进行级联组成秒、分、小时计数管脚图：计数状态表CPQ4～Q100000100012001030011401005010160110701118100091001功能表CL(CP0)EN(CP1)R功能↑10加计数0↓0加计数↓×0不变×↑0不变↑00不变1↓0不变××1Q3～Q0=0 徐海学院07届电子技术综合设计报告第13页60进制计数电路（个位向十位的进位脉冲，需用Q4的下降沿,接EN端。）4.2CC45117段锁存/译码/驱动器（国外同类型号：CD4511、MC4511）管脚图： 徐海学院07届电子技术综合设计报告第14页功能表：显示输入输出LEBILTDCBAabcdefg001100001111110101100010110000201100101101101301100111111011401101000110011501101011011011601101100011111701101111110000801110001111111901110011110011消隐01110100000000↓1111消隐´01´´´´0000000锁存111´´´´锁存灯测试´´0´´´´1111111功能说明：（1）灯测试功能：LT可检查七段显示器各字段是否能正常发光。当LT=0时，不论Q0－Q3状态如何，七段全部显示，以检查各字段的好坏。（2）消隐功能：当BI=0时，输出a－b都为低电平，各字段熄灭。（3）数码显示：当BI=1LT=1LE=0，译码器工作，当Ｑ3Ｑ2Ｑ1Ｑ0端输入8421BCD码时，译码器对应的输出端输出高电平1，数码显示相应的数字。（4）锁　　存：在LE从“0”转换到“1”时，输出显示由输入的BCD码决定。4.3LC5011-11LED/7段（共阴极）数码管译码/显示电路: 徐海学院07届电子技术综合设计报告第15页Q3Q2Q1Q01.数码管内部已将3端、8端连接在一起，所以使用时，3端接地，8端悬空)。2.限流电阻计算：数码管的工作电压为UＤ（手册数据），工作电流为I（手册数据），译码器输出的高电平Ua~g，则限流电阻上的电压应该为U－UＤ，限流电阻阻值：R　＝（Ua~g－UＤ）／I4.4CD4060分频器（国外同类型号：CD4060、MC4060）管脚图：分频原理：Q4：24=16↓Q14：214=32768/2 徐海学院07届电子技术综合设计报告第16页1.RC振荡2.晶体振荡4.5八D锁所存器管脚图： 徐海学院07届电子技术综合设计报告第17页内部结构图：4.6555定时器管脚图： 徐海学院07届电子技术综合设计报告第18页第五章设计总结5.1EWB仿真中的问题选用CC4518双BCD同步加法计数器与CC45117段锁存/译码/驱动器实现60秒、60分、24小时译码显示电路，实验前要认真阅读理解这两个CMOS管的管脚图与功能表，注意CMOS器件与TTL集成门之间的不同点与特殊性，否则难以实现相应功能。实验过程中，由于EWB软件的局限性，导致设想的电路设计不能在EWB软件中实现相应的功能，需加入D触发器、与门、或门通过互相级联（消去分十位一开始显示一的现象等）才能在EWB软件中看到应有的实验结果。选用两输入与门、电阻、电容实现校时电路（产生脉冲信号），刚开始不知道脉冲信号输出端接入60秒、60分、24小时设计电路的哪个输入管脚，经过团队讨论，解决了这个问题。555多谐振荡电路，提供数字钟设计电路的总脉冲信号，由于之前有所了解，所以设计时问题不大，但与数字钟电路整合后，发现数码管显示数码较快，我的解决办法是将C2电容由原来的0.01uf改为10uf。5.2PROTEL设计中的问题数字钟EWB仿真实验做好后，要将自己做好的设计电路反映到PROTEL中，实现两者思路一致，体现自己的设计方案和设计思路，而不是和老师给的PROTEL图一致，实验过程中，遇到问题相对较多，因为PROTEL学习较早，有些知识点和操作技巧已经遗忘，虽然老师课前给与复习，但感觉还是很生疏。比如：库文件的查找与添加，CMOS管的调用，TTL集成门的调用，器件的封装，以及数码管、开关等的制作等都不是非常熟悉。通过老师和同学的帮助，这些问题都已得到很好的解决。PROTEL设计好后，开始检查错误，出现了一些错误，最后回到PROTEL设计图，发现校时电路所调用 徐海学院07届电子技术综合设计报告第19页的原件不正确，导致检查错误时出现很多错误，修正后效果得以实现。5.3PCB板设计中的问题在PROTEL设计好并检查无误后，可以进行生成PCB板的操作，但是还是有些器件在PCB板中没有显示出来，经过了解是因为器件没有调用正确。除去这些问题后发现PCB板中还有一些显示的器件呈现出红色，检查PROTEL中的封装没有错误，经过老师帮助是因为没有添加库文件的缘故。添加后问题解决。我的PCB板图制作好后显得有些宽，是因为我把电阻名放在了电阻旁边，如果将名字放在上方或者下方图就可以缩小很多，这一点以后在实验中要好好改善，要做的更细致。5.4设计体会 徐海学院07届电子技术综合设计报告第20页第六章参考文献[1]曹国清.数字电路与逻辑设计.徐州：中国矿业大学出版社，1998[2]康华光.电子技术基础（模拟部分）.北京：高等教育出版社[3]何荣超.数字电子计数基础.北京：北京工业大学出版社 徐海学院07届电子技术综合设计报告第21页第七章附录7.1印刷电路板的元件分布图7.2EWB仿真图 徐海学院07届电子技术综合设计报告第22页7.3数字钟电路PROTEL设计图7.4PCB印刷电路板 徐海学院07届电子技术综合设计报告第23页7.5元件清单7.5.1主板元件清单序号名称型号参数数量(个)1集成芯片CC451832 CC451163 CC406014 CC404015芯片座16P116数码管LG5011AH67晶振3276818三极管PNP(1015)19发光二极管∮5410二极管IN4007411 4148612电解电容100uF／16V513电容独石1041214电阻1/4W1MΩ415 220KΩ516 470Ω4217 220Ω218微动开关6*6*6419稳压电源座∮3.5空心座120电路板   徐海学院07届电子技术综合设计报告第24页17.5.2扩展板元件清单序号名称型号参数数量(个)1集成芯片74LS2665274LS2733374LS2144三极管901325音乐芯片16开关17芯片座20-P3814-P9