简易电梯设计 - 图文

电子技术课程设计

学院：电气工程学院

班级：自动化102班

姓名： XXX

学号：XXXXXX

简易电梯控制器设计报告

【设计目的】 通过简单的逻辑电路的搭建以及简单数电模电知识的运用，考察电子技术方面知识的掌握程度以及拓宽知识面，在知识的实际运用方面也很有独特的意义。另外，通过这次设计，学会电路仿真原理图的绘制，电路的调试以及PCB板的绘制及焊接元器件等等。

—————分——————界————————线————————— 【功能及应用】 通过七个按顺序编排的开关，控制电梯的升降，没按下对应楼层的按键，该楼层对应的LED灯点亮，电梯从当前楼层每隔1.47移动一层，直到电梯到达所按楼层，LED灯灭，在此期间数码管数字对应着变动，最终停在所按下按钮对应的楼层数。以下为功能简图：

用途：

应用于单纯考虑升降功能的简易电梯的控制。

—————分——————界————————线————————— 【设计方案<原理及功能>】 以下为proteus仿真原理图：

以下说明各部分的原理及功能：

—————分——————界————————线————————— 首先是按钮开关部分：

如图：

网络标号P经过与非门反相（考虑到整个设计的节约性，采用与非门反相，不用另外买反相器）后成为高电平，在开关按下后，因为开关另一侧经过电容与地连接，可产生高电平脉冲信号，经过网络标号Cx（x为1到7，对应一楼七层）传达到下图所示的双D触发器。

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然后是D触发器部分：

如图：

网络标号Cx在上面的开关部分按下第七层按钮按下后会接受到高电平脉冲，通过3脚输入D触发器4013，D触发器Q输出端触发并锁存高电平直至4脚复位端接收到来自AB的高电平后才恢复到初始状态。在这段时间之间D7一直是高电平，D7有三个去处，分别在下列三图列出。

—————分——————界————————线————————— 74LS280九位奇偶校验部分：

如图，九位奇偶校验芯片74LS280在输入端全为低电平时，其5脚恒为低电平，在有一个输入端变成高电平时，其输出端5脚跳变为高，5叫所接网络标号P在上面的开关部分有提及，在其变高电平之后，经过反相，则变成低电平，实现对按键们的锁定，即只能按下一个按键，这也是74LS280的用处之一。P在后面还会有用处。

LED灯部分：

如图，在按下某一开关后其对应D触发器触发锁存高电平，则七个通过D1-D7网络标号跟D触发器项链的LED灯将对应地亮一个。如图为保护发光二极管，LED接地前需串联一个小电阻。在D触发器出发后到D触发器复位这段时间，对应的LED灯是一直亮着的。

4532优先编码器部分：

如图，D0输入脚接地，因为只有七层，用不到D0，D1-D7输入脚分别对应D触发器的输出端所接网络标号D1-D7，在有开关按下后，按所按开关对应的D触发器触发跳变高电平后进行编码，该编码对应所按楼层的开关。输出端A0、A1、A2将会输入到下图的74HC85比较器。网络标号P1后文会有作用。

—————分——————界————————线————————— 74HC85比较器部分：

如图A0、A1、A2为优先编码器4532的输出端，而B0、B1、B2为当前所在楼层所反馈回来的编码，两个编码经行比较，根据A、B输入大小的不同输出端也会不同，当A>B时，QA>B输出高电平，其余为低，以此类推。网络标号P2会在后文跟P1一起论述。网络标号W会在后文提及。

—————分——————界————————线————————— 555定时器部分：

如图，P为上面提及的奇偶校验芯片的输出端，在有开关按下后，P置高电平，5554脚使能端接高电平，555开始工作。根据电路参数用以下公式计算出定时时间为1.47秒。1.47秒进行一次高低跳变。输出端Q跟74HC85的5脚和7脚输出端通过与非门组合得到D和U两个随着计时周期按特定条件跳变的输信号。在A>B时是U跳变，反之D跳变。

T=0.7(R20?2R21)C9=0.7(10?103+2?100?103)?10?10?6=1.47s

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后面，大概就是元旦三天短假的时候，我们进行了PCB板的摸索及绘制，终于在元旦收假前顺利生成berger文件发往厂家生产。

不负众望，五天后板子如期而至，我们便着手了器件的焊接以及最终的调试。 虽然后面的实物由于芯片（网购的那一片74HC85）的总总原因，没能达到完整的预期目标，但是我们两个人都个字出力了，收获也是蛮大的，正如老师您所言，力求最好，但不必强求。

—————分——————界————————线————————— 【PCB板贴图】

这便是我们用proteus自带的ARES绘制的第一片PCB板，因为是第一次绘制，所以这块板子的缺陷还是有的，体现在三个地方：

1、 数码管没有经过限流电阻便直接接地，这在电子电路中是非常危险的错误，脆弱的数码管很可能会因为过流而烧掉，这也是在仿真时没有注意到的问题，后面我在焊接的时候，在数码管的另一个公共端串联一个电阻然后才接到板子的原焊盘上，实有惊无险地改正了这一错误。

2、 数码管的封装…有两根线对调了，是在封装的时候没弄对。粗心大意果然害人不浅，科学的的确确要抱着严谨的态度！下次必须杜绝这种低级错误。 3、 诚如老师所言，板子的布局真的满局促的，因为当时绘制的时候用的是DIP14/16的封装，再加上经验不足等等原因，导致在焊接实物时有两片芯片

堪堪下得去，果然如某一同学所言，宁愿预留大点的空间，也不要布局得太紧凑，一来不好焊接，二来器件放不下徒增麻烦，所幸这次的还能勉强放得下，不过着实捏了一把冷汗，下次说什么也好注意这些问题的了。

—————分——————界————————线————————— 【实物靓照】 板子特写：

在看到板子的瞬间，我觉得这一切都值了，至少这是人生中的第一块啊，也许以后还会有很多很多块，却断断没有一块敌得过这块的意义深刻的。

这是焊好后的板子，虽然功能上不能完全实现，但是板子毫无疑问是对的，因为调试的时候发现只有一块芯片（74HC85）出现问题，这是比较中心的一片芯片，所以导致了整个实物的功能大打折扣。 【实物操作】 实物操作很简单，在板子上有从下到上的七个按钮开关，假定在上电后，数码管所显示的为当前楼层，则若要去另外六个楼层，曾随便按下除当前楼层所对应的开关外的六个开关，按下后对应的LED灯点亮，数码管开始按1.47秒的间隔跳转，直到数码管显示楼层到达所按下的开关所对应的楼层，灯熄灭，此时方可再去下一个目标层，在LED灯亮着的时候，按任何按键都是无反应的，这就是前面所述的锁定。 通过这样的方法，实现简易的控制。

—————分——————界————————线————————— 【器件清单】 器件名称 数量/件 钱/元 CD74HC85 1 5 <包邮费在内> 555定时器 1 1.5 共阴极数码显示管 1 1 74LS280 1 5 <包邮费在内> CD40192 1 4 CD4511 1 2 CD4011 2 4 CD4013 4 8 CD4532 1 3 开关按钮 7 忽略不计 LED显示灯 7 忽略不计 100k?电阻 1 忽略不计 10k?电阻 16 忽略不计 100?电阻 1 忽略不计 300?电阻 1 忽略不计 8 忽略不计 0.1?f电容 10?f电容 1 忽略不计 电源排针 1 忽略不计 PCB板 1 112 <包邮费在内> 总价格： 150左右 总的来说，芯片等的消费不是很高，但是因为PCB板的制作比较烧钱，而我是很想学的，怎奈这个学期的课程考试真的太多，实验又堆得满满的，纵然学院有制板机了，但是还是抽不出时间来学习，只能花这个钱了。只要能做出来，能学到东西，是值得了的。

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【总结收获】

这是我第一次做课程设计，也是第一次做实物，虽然觉得整个过程有那么一点点辛苦，但是乐趣却是真的不少，还有事成之后的满足感，当然也发现了许多许多的不足。

撇开最基本的电子技术方面的收获不谈，我这次还学会了用proteus去仿真和设计电路，前段时间我也有自学过一段时间的单片机，也有用到过proteus，我只知道proteus是一款很强大的仿真、设计软件，却苦于一直无机会真正体验一番，借这次课程设计，我终于确确实实体会到了这款软件的许多细微之处，首先是网络标号，刚开始我拿到原方案原理图的时候，是看不懂的，因为那时候还不懂什么是网络标号，后面应用百度的强大搜索功能才恍然大悟，网络标号是很有用的玩意儿，不仅可以节省布线的时间，而且也使得原理图看起来没那么纷繁杂乱，我现在遇到过长布线基本上都喜欢用他了。还有proteus的仿真原理图符号的查找，这些都是不可多得的知识储备，总之在这款软件上收获到的东西是蛮多的。这次仿真，存在了一些问题，首先是数码管没有串联保护电阻，因为数码管是发光二极管，不嗟保护电阻，很可能会烧坏，后面在焊的时候我在把数码管的另外一个公共端串联一个电阻，再接到板子上的公共端焊盘，有惊无险地解决了这一问题。

再说画PCB板，刚开始是打算用protel99 SE来绘制的，用了一天时间对照着教程且行且看，才把原理图绘制出来。protel99 SE也真的是很强大的软件，不过那时候时间吃紧，我们便没有坚持用它来画，然后我们直接改用proteus自带的ARES软件绘制，因为proteus仿真原理图可以直接生成网络表然后导过去，很方便，不过我不会放下protel99 SE的学习的，目前最常用的画板工具是AD，不过听说学会了protel99 SE，也能直接上手AD，我对这个很感兴趣，不会放弃学习的。然后遇到了封装的问题，开关的封装是不合适的，然后就拿游标卡尺丈量了一下尺寸自己画了一个。都说一个画板高手，一般都会有自己的封装库，我是一个新手，但是常言道好的开头是成功的一半，学会了方法，我相信我总有一天也会有自己的封装库。这次画板因为欠缺经验在布局上面存在不足，搞得差点芯片放不下，实在是捏了一把冷汗。不过所幸上天还是没有跟我搞笑，芯片堪堪焊上去了，下次务必要注意这种问题。还有数码管的封装有两根线对调了（F和G），然后我就在板子上切断了那两根线，另外用线焊接过去…这实在是大囧，不严谨的后果果然很严重，下次怎么说也得弄得万无一失了，这种PCB板不同其他，改线困难，而且不好看。

然后是焊接上的收获，因为这次是直接用PCB板焊接，比较方便简单，只是把芯片什么的插到对应的位置，焊上就行了，虚焊的可能性不大，不像别的同学用线来焊，看着真的挺辛苦的，我虽然

很佩服他们的所作所为，也考虑过那样焊，但是机会难得，我是很想借此挑战一下自己，得之我辛失之我命，所幸最后还是成功了一大半了的，这在让人倍感欣慰的同时，也更加肯定了自我，只要有想法就该去做，这是这次的一大收获。

另外本次设计还让我学会了电子设计的流程和许多注意事项，从仿真设计到器件的购买，实物的制作，实物的调试，等等等等。比如这次的实物调试，我是拿着万用表，对照着仿真，一个个引脚去检测，最终发现因为一片比较重要的74HC85出问题，导致很多设计的功能没有实现，从另一方面也反映了我们的欠缺，没有考虑周全。另外，九位奇偶校验74LS280芯片，因为尾缀的不一样，两个输出端刚好对调了，所以我就把原来用到的引脚剪短，在板子上把另一个脚焊过去，这是在调试时候发现的一大问题，有个朋友和我说，仿真跟做实物的难度相差天差地别，起初我不信，现在我信了，现实总是比虚幻要残酷，这次受教了。

最后，感谢老师的悉心指导和帮助！！！

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参考文献： 百度文库<方案来源> 《protel99 SE基础教程》——老虎工作室 百度——百度真的很强大，许多问题都是找它解决的

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/xis8.html