多路可编程控制器.doc

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1、科技学院机电学院电子课程设计报告题目：多路可编程控制器 专业班级：应用电子技术教育091班姓名： 时 间：2011.12.05 2011.12.23 指导教师： 张 伟 邵 锋 徐 涛 完成日期：2011年12月 23日多路可编程控制器设计任务书1设计目的与要求：设计出一个用于控制灯的控制器。准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能：（1）每段灯的点亮与熄灭可以通过编程来实现（点阵是1616）。（2）每间隔一段时间，点亮灯的图样变化一次（自己设定或随机）。（3）图样变化的间隔时间可以调节。2设计内容：（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系；（2）确定元器件及元件参数；

2、（3）进行电路模拟仿真；（4）SCH文件生成与打印输出；（5）PCB文件生成与打印输出；3编写设计报告：写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。4答辩： 在规定时间内，完成叙述并回答问题。目 录1摘要12引言13 总体设计方案23.1 设计思路23.2 总体设计框图24 设计原理分析34.1地址计数器的功能44.2只读存储器的功能54.3移位寄存器的功能74.4控制门与定时器功能74.5长度计数器功能75 总结与体会96参考文献9附录110多路可编程控制器摘 要： 本文主要完成多路可编程用于控制灯的控制器的电路设计，主要使用74LS161，74LS374和只读存储器2764和555定

3、时器四种芯片，其中74LS374用来实现移位功能，来驱动灯的亮灭;74LS161用来构成地址计数器和长度计数器，地址计数器为只读存储器2764提供地址信息，长度计数器用来用来计数存储器对应地址的数据；地址计数器产生由低到高连续变化的只读存储器的地址，存储器2764内对应地址的数据被送至寄存器；两个555定时器，一个用来构成单稳态触发器来实现定时，控制图样的变化；另一个用来组成多谐振荡器产生1KHz1MHz的频率。该电路具有以下功能：（1）每段灯的点亮与熄灭可以通过编程来实现（点阵是1616）。（2）每间隔一段时间，点亮灯的图样变化一次（自己设定或随机）。（3）图样变化的间隔时间可以调节。关键词

4、：只读存储器2764；555定时器；计数器74LS161；移位寄存器74LS374；控制门1. 引言：电子技术的日新月异，是我们的生活更加方便，快捷。任何一个领域，技术总是在向前发展。而随着技术的发展，新的产品应用也会跟着出现，然后成熟和普及。可编程控制器：是以微处理器为基础，综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是将计算机技术应用与工业控制领域的新产品。随之技术的发展，现代可编程控制器以其极高的可靠性，丰富的编程语言，实用的编程方法，强大的功能，优良的性能，良好的耐恶劣环境能力而成为工业技术控制领域中增长速度最迅猛的工业控制设备。可编程控制器

5、简称PC（英文全称：Programmable Controller），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：Programmable Logic Controller）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序

6、运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：电源，中央处理单元(CPU)，存储器，输入输出接口电路（I/O模

7、块），底板或机架，功能模块，通信模块，编程设备，人机界面。2. 总体设计方案：2.1 设计思路：本电路主要采用74LS374移位寄存器来控制发光二级管的亮灭，对应 n 个发光二极管，移位寄存器有 n 位输出。移位寄存器的输入信号取自只读存储器2764输出的 8 位并行数据，只读存储器2764内部通过编程已写入控制霓虹灯显示方式的数据，控制器每间隔一段时间（显示定时）将 n 位数据送移位寄存器，所送的数据内容由存储器的地址信号确定。地址计数器产生由低到高连续变化的只读存储器的地址，存储器内对应地址的数据被送至寄存器。长度计数器与地址计数器对应同一个计数脉冲。长度计数器工作时，地址计数器也在工作。

8、计数器工作期间，存储器对应地址的数据被逐级移位至对应的寄存器。长度计数器的计数长度为 n/8, 该长度恰好保证一帧图样（ n 位）的数据从存储器中读出送寄存器锁存。控制门用于控制计数脉冲是否到达地址计数器。控制门的控制信号来自定时器，定时器启动时，控制门被关闭，地址计数器停止计数，寄存器的数据被锁存。定时器采用 555 组成的单稳态触发器来实现，改变可变电阻的数值，可以改变定时器的时间，即每帧画面显示的时间，显示时间一般定在 0.1 1S 之间。 振荡电路采用 555 组成多谐振荡器来实现，其振荡频率可以在 1KHz 1MHz 之间取值。2.2 总体设计框图：根据设计要求，确定如图1 所示系统

9、框图。 1 系统方框图 框图中，右边的 D 0 -D n 为 n 个发光二极管，它们与 n 段霓虹灯相对应，二极管亮，则霓虹灯亮。3. 设计原理分析：设有一排 n 段水平排列的霓虹灯，某种显示方式为从左到右每间隔 0.2 秒逐个点亮。其控制过程如下： 若以“ 1 ”代表霓虹灯点亮，以“ 0 ”代表霓虹灯熄灭，则开始时刻， n 段霓虹灯的控制信号均为“ 0 ”，随后，控制器将一帧 n 个数据送至 n 段霓虹灯的控制端，其中，最左边的一段霓虹灯对应的控制数据为“ 1 ”，其余的数据均为零，即 1000 000 。当 n 个数据送完以后，控制器停止送数，保留这种状态（定时） 0.2 秒，此时，第 1

10、 段霓虹灯被点亮，其余霓虹灯熄灭。随后，控制器又在极短的时间内将数据 1100 000 送至霓虹灯的控制端，并定时 0.2 秒，这段时间，前两段霓虹灯被点亮。由于送数过程很快，我们观测到的效果是第一段霓虹灯被点亮 0.2 秒后，第 2 段霓虹灯接着被点亮，即每隔 0.2 秒显示一帧图样。如此下去，最后控制器将数据 1111 111 送至 n 段霓虹灯的控制端，则 n 段霓虹灯被全部点亮。只要改变送至每段霓虹灯的数据，即可改变霓虹灯的显示方式，显然，可以通过合理地组合数据（编程）来得到霓虹灯的不同显示方式。3.1地址计数器的功能：地址计数器产生由低到高连续变化的只读存储器的地址，存储器内对应地址

11、的数据被送至寄存器。地址计数器输出的位数由存储器的大小决定。 64Kbyt 容量的存储器对应的地址线为 16 根，因此要求 16 位计数器。其余可依次类推。地址计数器给出存储器的全部地址以后自动复位，重新从 0000H 开始计数。地址计数器可以采用一般的二进制计数器，如 74161 、 162 等。本电路采用74LS161。74LS161引脚图与管脚功能表资料74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，它可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能，管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端P0P3；清零/MR；使能CEP，CET；置数PE；数据输出端Q0Q3

12、；以及进位输出TC. (TC=Q0Q1Q2Q3CET)输 入 输 出 CR CPLD EPETD3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 状态码加1从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置

13、数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。3.2 只读存储器的功能： 只读存储器内部通过编程已写入控制霓虹灯显示方式的数据，控制器每间隔一段时间（显示定时）将 n 位数据送移位寄存器，所送的数据内容由存储器的地址信号确定。存储器的容量由霓虹灯的段数、显示方式及显示方式的种类确定。 n 段霓虹灯， m 种显示方式，要求存储器的容量为 n=n n m （ bit ）。2764是8K*8字

14、节的紫外线镲除、电可编程只读存储器，单一+5V供电，工作电流为75mA，维持电流为35mA，读出时间最大为250nS，28脚双列直插式封装。各引脚的含义为：A0-A12为13根地址线，可寻址8K字节；O0-O7为数据输出线；CE为片选线；OE为数据输出选通线；PGM为编程脉冲输入端；Vpp是编程电源；Vcc是主电源。正常工作（只读）时，Vpp=Vcc=+5V,PGM=+5V。编程时，Vpp+25V（高压），PGM端加入宽度为50ms的负脉冲。这是一块8K8bit的EPROM芯片，它的引线与SRAM芯片6264是兼容的。这给使用者带来很大方便。因为在软件调试过程中，程序经常需要修改，此时可将程序

15、先放在6264中，读写修改都很方便。调试成功后，将程序固化在2764中，由于它与6264的引脚兼容，所以可以把2764直接插在原6264的插座上。这样，程序就不会由于断电而丢失。下面介绍2764各引脚的含义: A0一A12：13根地址输入线。用于寻址片内的8K个存储单元。 D0D7：8根双向数据线，正常工作时为数据输出线。编程时为数据输线。OE：输出允许信号。低电平有效。当该信号为0时，芯片中的数据可由D0D7端输出。CE：选片信号。低电平有效。当该信号为0时表示选中此芯片。PGM:编程脉冲输入端。对EPROM编程时，在该端加上编程脉冲。读操作时该信号为1。VPP：编程电压输入端。编程时应在该

16、端加上编程高电压，不同的芯片对VPP的值要求的不一样，可以是+12.5V，+15V，+21V，+25V等。3.3 移位寄存器的功能： 移位寄存器用于寄存控制发光二极管亮、灭的数据，对应 n 个发光二极管，移位寄存器有 n 位输出。移位寄存器的输入信号取自存储器输出的 8 位并行数据，为使电路简单，可以采用 8 位并入并出的移位寄存器，也可以采用并入串出的移位寄存器。本电路采用74LS374， 74LS374中文资料:54/74374八上升沿 D 触发器(3S,时钟输入有回环特性)， 374 的输出端 O0O7 可直接与总线相连。当三态允许控制端 OE 为低电平时， O0O7 为正常逻辑状态，可

17、用来驱动负载或总线。当 OE 为高电平时，O0O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当时钟端 CP 脉冲上升沿的作用下，O 随数据 D 而变。由于 CP 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV。引出端符号： D0D7 数据输入端；OE 三态允许控制端（低电平有效）；CP 时钟输入端；O0O7 输出端。3.4控制门与定时器的功能： 控制门用于控制计数脉冲是否到达地址计数器。控制门的控制信号来自定时器，定时器启动时，控制门被关闭，地址计数器停止计数，寄存器的数据被锁存。此段时间发光二极管发光。达到定时值时，定时器反相，计数器重

18、新开始计数。控制门可以用一般的与门或或门，定时器可以采用单稳态电路来实现，也可以用计数器实现。控制门采用74LS32四2输入或门，它的功能及各管脚的作用如下：1A4A输入端；1B4B输入端；1Y4Y输出端。3.5长度计数器的功能： 长度计数器与地址计数器对应同一个计数脉冲。长度计数器工作时，地址计数器也在工作。计数器工作期间，存储器对应地址的数据被逐级移位至对应的寄存器。长度计数器的计数长度为 n/8, 该长度恰好保证一帧图样（ n 位）的数据从存储器中读出送寄存器锁存。长度计数器达到长度值时自动清零，同时启动定时器工作。定时器启动期间，长度计数器与地址计数器的计数脉冲均被封闭。长度计数器电路

19、可视计数的具体长度来确定。当计数长度较短时，可以采用移位寄存器来实现。长度计数器采用74LS161。3.6总体电路：4. 总结与体会：1、通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图，和芯片上的选择。这个方案总共使用了非门3个，74LS161，74LS32，74LS374，只读存储器2764，NE555定时器各一个。2、在制作PCB时，发现细心耐心，恒心一定要有才能做好事情，首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话。 3、在画好原理图后的做PCB版时，由于项目组

20、成员对单面板的不熟悉，导致布线后元件出现在另一边，增加了布线难度，也产生很多不曾注意的问题，今后要牢记这个教训，使以后布线更加顺利。 4、经过两个多星期的实习，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。 5、此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。 6、在此，感谢于老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助。参考文献：1叶挺秀.应用电子学.杭州：浙江大学出版社，19942康华光 电子技术基础数字部分M 第五版 北京 高等教育出版社 2006. 3林小峰.可编程控制器原理及应用.北京：高等教育出版社，19944崔建明.电工电子EDA仿真技术M.北京:高等教育出版社.2008.65李忠波，袁宏.电子设计与仿真技术M.北京:机械工业出版社.2004.7附录1：原理图：