機器人行走設(shè)計電路課程設(shè)計

1、<p><b>　　機器人行走電路設(shè)計</b></p><p><b>　　1 意義和要求</b></p><p>　　1.1 意義：了解機器人技術(shù)的基本知識，將所學(xué)的電子技術(shù)知識，以及自學(xué)的有關(guān)單片機知識運用到設(shè)計中來。把理論與實際相結(jié)合，能夠更好的掌握單片機的應(yīng)用，同時提高自己的動手能力。同時結(jié)合電子技術(shù)基礎(chǔ)知識設(shè)計電路，提高自己的

2、運用，思考能力。讓電子科技更加接近我們的生活，挖掘我們的潛能和創(chuàng)新意識。</p><p>　　1.2 要求：設(shè)計一個能前進、后退的機器人行走控制電路。</p><p>　　1.2.1 接通電源，機器人前進，行走一段時間后，機器人自動后退，退行一段時間后自動前行，周而復(fù)始。</p><p>　　1.2.2 機器人行走動力只能使用干電池，不能使用動力電源。</

3、p><p>　　1.2.3 機器人前進、后退時間可調(diào)。</p><p>　　1.2.4 對設(shè)計電路進行仿真。</p><p>　　1.3 創(chuàng)新方面：可以控制機器人行走過程的暫停和行走，并且與時間控制同步。</p><p><b>　　2 設(shè)計總體方案</b></p><p><b>　　

4、2.1 設(shè)計思路</b></p><p>　　通過對設(shè)計要求分析之后，知道要完成設(shè)計需要以下幾個部分：信號發(fā)生電路、時間控制電路、電機驅(qū)動電路。本設(shè)計信號發(fā)生器由兩片74LS123組成一個矩形波信號發(fā)生器，利用開關(guān)S瞬時接地，使電路起振驅(qū)動74LS192減計數(shù)器進行顯示，后接一個顯示器來顯示時間，計數(shù)滿后驅(qū)動JK觸發(fā)器產(chǎn)生規(guī)則的、周期可調(diào)的方波驅(qū)動信號，再由雙JK觸發(fā)器接受觸發(fā)信號，JK觸發(fā)器為負(fù)沿觸

5、發(fā)， 改變電動機的正傳于與反轉(zhuǎn)經(jīng)過驅(qū)動電路驅(qū)動電機工作，而直流電機驅(qū)動電路則是由驅(qū)動信號驅(qū)動三極管構(gòu)成的開關(guān)電路，通過三極管的導(dǎo)通與截止來控制直流電動機的正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)機器人的前進與后退。</p><p>　　2.2 原理結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　圖1：原理結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　　2.3 整體原理電路圖</p&

6、gt;<p>　　圖2：機器人行走電路圖</p><p>　　2.4 設(shè)計原理分析</p><p>　　2.4.1 方波信號發(fā)生器</p><p>　　集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在沒有觸發(fā)信號輸入時，電路輸出Q=0，電路處于穩(wěn)態(tài)；當(dāng)輸入端輸入觸發(fā)信號時，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)，使輸出Q=1；待電路暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路又自動返回到穩(wěn)態(tài)Q=0。集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有非重觸發(fā)和

7、可重觸發(fā)兩種，74LS123是一種雙可重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。</p><p>　　1、74LS123管腳圖</p><p>　　圖3：74LS123管腳圖</p><p>　　2、74LS123功能圖</p><p>　　圖4：74LS123功能圖</p><p><b>　　說明：</b><

8、;/p><p>　　1.外接電容接在 Cext（正）和 Rext/Cext（正）之間</p><p>　　2.為了改善脈沖寬度的精度和重復(fù)性，可在 Rext/Cext 和</p><p>　　Vcc 之間接外接電阻。</p><p>　　3.為了得到可變脈沖寬度，可在 Rext/Cext 和 Vcc 之間接 接可變電阻。</p>&

9、lt;p>　　4.在Cext>1000pF時，輸出脈沖寬度tw≈0.45Rext Cext。</p><p>　　器件的可重觸發(fā)功能是指在電路一旦被觸發(fā)（即Q=1）后，只要Q還未恢復(fù)到0，電路可以被輸入脈沖重復(fù)觸發(fā)，Q=1將繼續(xù)延長，直至重復(fù)觸發(fā)的最后一個觸發(fā)脈沖的到來后，再經(jīng)過一個tw（該電路定時的脈沖寬度）時間，Q才變?yōu)?，如圖5所示：</p><p>　　圖5：輸出脈沖周

10、期圖</p><p>　　3、74LS123的使用方法：</p><p>　?。?）有A和B兩個輸入端，A為下降沿觸發(fā)，B為上升沿觸發(fā)，只有AB=1時電路才被觸發(fā)。</p><p>　?。?）連接Q和A或Q與B，可使器件變?yōu)榉侵赜|發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。</p><p>　　（3）CLR=0時，使輸出Q立即變?yōu)?，可用來控制脈沖寬度。</p&g

11、t;<p>　　（4）按圖6連接電路，可組成一個矩形波信號發(fā)生器，利用開關(guān)S瞬時接地，使電路起振。</p><p>　　圖6：矩形波信號發(fā)生電路</p><p>　　2.4.2 74LS192減計數(shù)器構(gòu)成數(shù)碼顯示電路</p><p>　　1、74LS192管腳圖</p><p>　　圖7：74LS192管腳圖</p>

12、<p>　　2、74LS192功能表：</p><p>　　圖8：74LS192功能圖</p><p><b>　　說明：</b></p><p>　　CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。</p><p>　　LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。</p><p>　　C

13、R為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。</p><p>　　TCU為進位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出，</p><p>　　TCD為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。</p><p><b>　　3、原理說明</b></p><p>　　由兩片74LS123芯片組成的矩形方波信號接入到74LS192時鐘端，驅(qū)動74L

14、S192進行減計數(shù)。圖9中74LS192計數(shù)從16減至零時TCD端產(chǎn)生負(fù)脈沖輸出信號接入觸發(fā)信號驅(qū)動JK觸發(fā)器，JK觸發(fā)器觸發(fā)信號是驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動的信號。數(shù)碼顯示電路通過7SEG—BCD數(shù)碼管進行顯示。</p><p>　　4、數(shù)碼顯示電路及JK觸發(fā)信號產(chǎn)生</p><p><b>　　圖9：數(shù)字顯示電路</b></p><p>　　2.4.3

15、直流電機正反轉(zhuǎn)驅(qū)動電路</p><p><b>　　原理說明：</b></p><p>　　JK觸發(fā)器的時鐘信號為下降沿觸發(fā)，74LS192減計數(shù)到0時產(chǎn)生下降沿脈沖，通過信號的翻轉(zhuǎn)控制電機的正反轉(zhuǎn)，這樣就能實現(xiàn)機器人的前進和后退了。如圖10所示。</p><p>　　1）當(dāng)輸入為高電平時，Q1,Q4導(dǎo)通，Q2,Q3截止，A點為低電平，B點為高

16、電平，通過仿真U(AB)=-4.93v,直流電機反轉(zhuǎn)，機器人后退。</p><p>　　2）當(dāng)輸入為底電平時，Q1,Q4截止，Q2,Q3導(dǎo)通，A點為高電平，B點為低電平，通過仿真U(AB)=4.95v，直流電機正轉(zhuǎn)，機器人前進。</p><p>　　圖10：電機驅(qū)動電路</p><p>　　2.4.4 整體工作原理說明</p><p>　　本

17、設(shè)計從設(shè)計中通過兩個74LS123組成的矩形波信號發(fā)生器，通過開關(guān)K控制信號的發(fā)生，信號輸出到74LS192計數(shù)器的減計數(shù)端，通過改變電容和電阻的值改變信號的輸出脈沖寬度，即控制頻率。減計數(shù)器從16減到0時TCD端產(chǎn)生下降沿脈沖，JK觸發(fā)器的時鐘新號端接TCD端當(dāng)下降沿脈沖到來時，輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時正好控制電機驅(qū)動電路反生反轉(zhuǎn)。我在設(shè)計過程中在JK觸發(fā)器的輸出端添加了一個單刀雙擲開關(guān)，分別連接在輸出的兩端，這樣的設(shè)計有助于對電機的正反轉(zhuǎn)

18、得到控制，同時在電機驅(qū)動電路中，對于驅(qū)動電機的電源端添加了一個可關(guān)斷晶閘器和一個繼電器，繼電器的控制信號跟晶閘器的關(guān)斷信號正好互補，這樣能夠做到對機器人行走的暫停和行走，而且這個過程跟時間的暫停和啟動是同時的。</p><p>　　JK觸發(fā)器工作特性表 </p><p>　　圖11：JK觸發(fā)器功能圖</p><p>　　本設(shè)計中用到一個JK觸發(fā)器，由于，</p

19、><p>　　我們想將其接成T’觸發(fā)器，就要使J=K=1,即J,K端都接高電平。這樣之后再脈沖信號出現(xiàn)下降沿JK觸發(fā)器的輸出會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，就可以實現(xiàn)對電機驅(qū)動電路的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的控制，實現(xiàn)自動控制，達到對機器人前進和后退的智能化控制。</p><p>　　2.4.5 附加功能</p><p>　　1）做到對電機驅(qū)動信號和時間脈沖信號的控制是同時的。</p>&

20、lt;p>　　2）通過一個單刀雙擲開關(guān)控制機器人的前進和后退。</p><p>　　2.5 機器人設(shè)計元器件清單</p><p><b>　　3 結(jié)束語</b></p><p>　　為期兩周的課程設(shè)計在考試之后豐富了我們的生活和學(xué)習(xí)，讓我受益匪淺。本次課程設(shè)計的選題給我們很大的興趣，對于機器人的行走設(shè)計一直以來都是同學(xué)們很感興趣的一個課題

21、，所以我們投入了大量的時間和精力去完成這個十分模糊的概念。因為之前基本上沒有接觸過相關(guān)的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)，所以在設(shè)計過程中阻力是很大的，全部都是要依賴于我們自學(xué)和創(chuàng)造性設(shè)計，聯(lián)系課本的知識發(fā)現(xiàn)很難去完成此次設(shè)計。在設(shè)計過程中經(jīng)歷了一段迷茫期，不知道從何處下手去做，而這些很多課堂上沒有接觸到的東西，卻是在創(chuàng)造性學(xué)習(xí)設(shè)計的過程中需要去現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用的。</p><p>　　經(jīng)過老師的指導(dǎo)和同學(xué)們的相互幫助，上網(wǎng)查閱一些資料，慢慢

22、的接觸相關(guān)的知識，從不太清楚到漸漸明確方向。學(xué)習(xí)了相關(guān)的一些仿真軟件，例如Multisim 和Proteus等能夠幫我們在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。通過它們可以進行設(shè)計仿真，檢驗設(shè)計的正確性。在設(shè)計的過程中，我遇到了一些難題，例如仿真軟件操作問題；電機正反轉(zhuǎn)電路設(shè)計，以及其驅(qū)動電路等等，但是都最后一一解決掉。</p><p>　　通過此次課程設(shè)計，讓我認(rèn)識到了自身存在很多的不足，需要在接下來的學(xué)習(xí)和生活中要改

23、正的。這次課程設(shè)計給我們一個過渡期，大二的結(jié)束，進入大三后對更多專業(yè)知識的學(xué)習(xí)需要我們仔細(xì)鉆研，在這個階段給了我們很好的提前了解的機會。雖然對單片機、自動控制原理沒有理解，但是這也是一個好的開始。對接下來的學(xué)習(xí)更加具有方向性和指導(dǎo)性。</p><p><b>　　4 致謝詞</b></p><p>　　初次接觸課程設(shè)計，拿到課題的茫然，設(shè)計過程中的不知所措，這個階段浪

24、費了大量的時間。突然發(fā)現(xiàn)自己學(xué)的知識太少，根本沒法滿足設(shè)計的要求，就快要作品的前兩天老師給了我們很大的幫助，為了讓我們都能在這次課設(shè)中獲得最大的提升，xx老師花了整整一個下午時間，從下午3點到晚上9點一直幫助我們解決問題，提出改進意見，她希望我們能夠做的更好，發(fā)掘我們的創(chuàng)新思維、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。</p><p>　　在此感謝xx老師不辭辛苦的悉心指導(dǎo)，在這個過程中我的收獲很大。從答疑那天之前的

25、迷茫，只是從網(wǎng)上找了很多相關(guān)的資料，基本上沒有任何自己的想法，全部都是根據(jù)一些網(wǎng)上的電路圖進行仿真，拿到老師那里之后基本上沒話可說，經(jīng)過老師的一些指導(dǎo)之后，回來好好查閱了一下資料，根據(jù)自己的一些想法對電路和控制電路進行了一下改進，自己 感覺收獲很大。</p><p>　　同時還要感謝班上的同學(xué)不厭其煩的給我解答問題，甚至有些問題都是很簡單的都會很有耐心的幫我解決，在排版，一些資料的共享等等，真正的做到了大家一起學(xué)

26、習(xí)一起進步。謝謝大家！</p><p><b>　　5 參考文獻</b></p><p>　　1）《新編電子電路大全》 第1、2、3、4卷 中國計量出版社 組編</p><p>　　2）《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》 伍時和 吳友宇 編著 清華大學(xué)出版社</p><p>　　3）《電子技術(shù)基礎(chǔ)·數(shù)字部分》 康華光