遥控机器人行走电路设计开题报告.doc

中文题目： 遥控机器人行走电路设计 英文题目： WALKING ROBOT CIRCUIT DESIGN 院 系： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导教师： 开题时间： 一、课题背景及意义（包括课题现状、发展趋势以及研究的意义等）随着社会的发展与科技水平的不断提高，促使人们对于科技应用于生活的要求不断的增加。可以自行行走的机器人电路设计是基于目前学过的课程要求设计的，能过自行的前进和后退，并且可以自行调节前进与后退的时间，同时，机器人电路还可以改进成其它的器件，满足日常生活的轻便的事情，给平常的生活带来方便，而且让科技更加贴近人们的生活，也有利于发掘自己的潜能和创新意识，锻炼自己的能力和思维方式。机器人行走电路由驱动电路和直流电机的正反转电路两个单元构成。电路通过运用555构成的多谐振荡电路，同步计数器74LS196，七段译码器74LS248，双JK触发器等基本单元电路，通过上述基本电路的级联组合，构成机器人行走电路。电路有效地实现机器人的行走与后退，通过调节阻值的大小而控制行走的时间，时间在数码显示管显示。利用三极管的导通和截止控制机器人的行走方向，从而满足设计电路的要求。二、研究内容及目标本课题的训练内容主要包含：了解机器人技术的基本知识，将所学的电子技术知识，以及自学的有关单片机知识运用到设计中来。把理论与实际相结合，能够更好的掌握单片机的应用，同时提高自己的动手能力。同时结合电子技术基础知识设计电路，提高自己的运用，思考能力。让电子科技更加接近我们的生活，挖掘我们的潜能和创新意识。2.1设计原理分析1、 方波信号发生器集成单稳态触发器在没有触发信号输入时，电路输出Q=0，电路处于稳态；当输入端输入触发信号时，电路由稳态转入暂稳态，使输出Q=1；待电路暂稳态结束，电路又自动返回到稳态Q=0。集成单稳态触发器有非重触发和可重触发两种，74LS123是一种双可重触发的单稳态触发器。1、74LS123管脚图图1：74LS123管脚图2、74LS123功能图图2：74LS123功能图说明：1.外接电容接在 Cext（正）和 Rext/Cext（正）之间2.为了改善脉冲宽度的精度和重复性，可在 Rext/Cext 和Vcc 之间接外接电阻。3.为了得到可变脉冲宽度，可在 Rext/Cext 和 Vcc 之间接 接可变电阻。4.在Cext1000pF时，输出脉冲宽度tw0.45Rext Cext。器件的可重触发功能是指在电路一旦被触发（即Q=1）后，只要Q还未恢复到0，电路可以被输入脉冲重复触发，Q=1将继续延长，直至重复触发的最后一个触发脉冲的到来后，再经过一个tw（该电路定时的脉冲宽度）时间，Q才变为0，如图3所示：图3：输出脉冲周期图 3、74LS123的使用方法：（1）有A和B两个输入端，A为下降沿触发，B为上升沿触发，只有AB=1时电 路才被触发。（2）连接Q和A或Q与B，可使器件变为非重触发单稳态触发器。（3）CLR=0时，使输出Q立即变为0，可用来控制脉冲宽度。（4）按图6连接电路，可组成一个矩形波信号发生器，利用开关S瞬时接地，使电路起振。图4：矩形波信号发生电路三、初步研究方案 3、1 74LS192减计数器构成数码显示电路 1、74LS192管脚图图5：74LS192管脚图2、74LS192功能表：图6：74LS192功能图说明：CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。LD为预置输入控制端，异步预置。CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。TCU为进位输出：1001状态后负脉冲输出，TCD为借位输出：0000状态后负脉冲输出。 3、原理说明由两片74LS123芯片组成的矩形方波信号接入到74LS192时钟端，驱动74LS192进行减计数。图9中74LS192计数从16减至零时TCD端产生负脉冲输出信号接入触发信号驱动JK触发器，JK触发器触发信号是驱动电机转动的信号。数码显示电路通过7SEGBCD数码管进行显示。4、数码显示电路及JK触发信号产生 图7：数字显示电路 3.2 直流电机正反转驱动电路原理说明：JK触发器的时钟信号为下降沿触发，74LS192减计数到0时产生下降沿脉冲，通过信号的翻转控制电机的正反转，这样就能实现机器人的前进和后退了。如图10所示。1）当输入为高电平时，Q1,Q4导通，Q2,Q3截止，A点为低电平，B点为高电平，通过仿真U(AB)=-4.93v,直流电机反转，机器人后退。2）当输入为底电平时，Q1,Q4截止，Q2,Q3导通，A点为高电平，B点为低电平，通过仿真U(AB)=4.95v，直流电机正转，机器人前进。图8：电机驱动电路 3.3 整体工作原理说明 本设计从设计中通过两个74LS123组成的矩形波信号发生器，通过开关K控制信号的发生，信号输出到74LS192计数器的减计数端，通过改变电容和电阻的值改变信号的输出脉冲宽度，即控制频率。减计数器从16减到0时TCD端产生下降沿脉冲，JK触发器的时钟新号端接TCD端当下降沿脉冲到来时，输出发生翻转，此时正好控制电机驱动电路反生反转。我在设计过程中在JK触发器的输出端添加了一个单刀双掷开关，分别连接在输出的两端，这样的设计有助于对电机的正反转得到控制，同时在电机驱动电路中，对于驱动电机的电源端添加了一个可关断晶闸器和一个继电器，继电器的控制信号跟晶闸器的关断信号正好互补，这样能够做到对机器人行走的暂停和行走，而且这个过程跟时间的暂停和启动是同时的。3.4.1 电路图3.4.2机器人行走电路工作原理555构成的多谐振荡电路产生方波信号接到74LS196时钟端触发74LS196加计数器计数，并通过74LS248驱动七段共阴极数码管显示计数。加计数器计数满十，通过74HC20与非门产生下降沿信号驱动双JK触发器使JK触发器构成的T触发器输出取非，从而驱动三极管构成的开关电路，通过各个三极管的导通与截止来实现直流电机两端的压差的正负跳变，驱动直流电动机的正反转，实现小车的前进与后退。其中，通过调节四个单刀五掷开关可以改变多谐电路输出方波周期，来调节小车的前进与后退的时间.3.5 555定时器555定时器引脚图 555定时器电路图及波形图555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3。555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。本设计中用到一个JK触发器，由于，我们想将其接成T触发器，就要使J=K=1,即J,K端都接高电平。这样之后再脉冲信号出现下降沿JK触发器的输出会发生翻转，就可以实现对电机驱动电路的正转和反转的控制，实现自动控制，达到对机器人前进和后退的智能化控制。四、进度安排我们在老师开动员大会时，老师告知我们各自的指导老师及毕业设计论文及开题报告，在指导老师的指导下，我们进行各自的论文研究。第一步在各大信息网和书本进行查找有关重要的信息，即确定研究内容方向;第二步选择初步的研究方案；第三步按照方案进行实验;第四步得到相关的结果。最后再请教自己的指导老师，进行修改。五、参考文献1康华光.电子技术基础数字部分（第五版）.武汉：高等教育出版，20052吴友宇.模拟电子技术基础.武汉：清华大学出版社，20093郑大钟.电路基础.北京：清华大学出版社，20064周润景.proteus入门实用教程.南京：机械工业出版社2008六、指导老师意见1、对“开题报告”的评语2、对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测七、所在专业审查意见 负责人： 年 月 日