【正文】 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 10 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 10 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 10 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 16選1數(shù)據(jù)選擇器74150介紹 [5]當使能端 G39。為高電平時，輸出為高電平，當使能端 G39。為低電平時執(zhí)行選擇功能。圖 是數(shù)據(jù)選擇器 74150 的結構框圖。 圖 數(shù)據(jù)選擇器 74150 結構框圖表 3591 是數(shù)據(jù)選擇器 74150 功能表：表 3591 數(shù)據(jù)選擇器 74150 功能表輸 入D C B AG輸出端W 1 10 0 0 0 0 E00 0 0 1 0 E10 0 1 0 0 E20 0 1 1 0 E30 1 0 0 0 E40 1 0 1 0 E50 1 1 0 0 E60 1 1 1 0 E71 0 0 0 0 E81 0 0 1 0 E91 0 1 0 0 E101 0 1 1 0 E111 1 0 0 0 E121 1 0 1 0 E131 1 1 0 0 E141 1 1 1 0 E15 電平觸發(fā)的RS觸發(fā)器的介紹 [6]RS 鎖存器是各種觸發(fā)電路的基本構成部分。雖然它也有兩個能夠自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)，并且可以根據(jù)輸入信號的置成 1 或 0 狀態(tài)，但是由于它的置 0 或者置 1 操作是由輸入的置 1 或置 0 信號直接完成的，不需要出發(fā)信號的的觸發(fā)。在電平觸發(fā)的觸發(fā)器電路中，除了置 1 置 0 輸入端以外，又增加了一個觸發(fā)信號輸入端，只有觸發(fā)信號變?yōu)橛行щ娖胶?，觸發(fā)器才能按照輸入的的置 1 置 0 信號置成相應的狀態(tài)。通常將這個信號稱為時鐘信號（clock） ，記作 CLK。當系統(tǒng)中有多個觸發(fā)器需要同時動作時，就可以用一個 CLK 作為同步控制信號。圖 是電平觸發(fā)器的基本電路結構形式。習慣上也將這個電路稱為同步 SR 觸發(fā)器。這個電路由兩個部分組成：由與非門 G G2 組成的 SR 鎖存器和與非門 GG4組成的輸入控制電路。由圖可知當 CLK=0 時，門 GG4 的輸出始終停留在 1 狀態(tài)，S 、R 端信號無法通過 GG4 而影響輸出狀態(tài)，故輸出保持原來的狀態(tài)不變。只有當觸發(fā)信號 CLK 變成高電平以后 S、 R 信號才通過門 GG4 加到由門 GG2 組成的鎖存器上，觸發(fā)電路發(fā)生變化，使 Q 和 Q’根據(jù) SR 信號而改變狀態(tài)。因此將 CLK 這種控制方式稱為電平觸發(fā)方式。 圖 電平觸發(fā) SR 觸發(fā)器電路結構在圖 所示的圖形符號中，用框內(nèi)的 C1 表示 CLK 是編號為 1 的一個控制信號。1S 和 1R 表示 C1 控制的兩個輸入信號，只有在 C1 為有效電平（C1=1） ，1S 和 1R 信號才能起作用。框圖外部的輸入端處沒有小圓圈表示 CLK 為高電平有效。 （如果在 CLK 輸入端畫有小圓圈則表示 CLK 是以低電平為有效信號。 ）圖 電平觸發(fā) SR 觸發(fā)器圖形符號圖 電路的特性表如表 3591 所示，從表中可見，只有當 CLK=1 時，觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)才受輸入信號的控制，而且在 CLK=1 時這個特性表與 SR 鎖存器的特性表是一樣的。同時，電平觸發(fā) SR 觸發(fā)器的輸入信號同樣應當遵守 SR=0 的約束條件。否則當 S、R 同時由 1 變?yōu)?0 的時候，或者 S=R=1 時 CLK 回到 0，觸發(fā)器的次狀態(tài)將無法確知。表 3591 電平觸發(fā) SR 觸發(fā)器的特性表CLK S R Q Q*0 0 00 1 11 0 0 0 01 0 0 1 11 1 0 0 11 1 0 1 11 0 1 0 01 0 1 1 01 1 1 0 11 1 1 1 1在某些場合，有事需要在 CLK 的有效電平到達之前預先將觸發(fā)器置成指定狀態(tài)，為此，在實用的電路上往往還設置有異步置 1 輸入端 S39。D 和異步置 0 輸入端 R39。D 如圖 所示圖 帶異步置位、復位端的電平觸發(fā) SR 觸發(fā)器電路結構只要在 S39。D 或 R39。D 加入低電平，既可立即將觸發(fā)器置 1 或置 0，而不受輸入信號和時鐘信號的控制。因此，將 S39。D 稱為異步置位（置 1）端，將 R39。D 稱為異步復位（置 0）端。觸發(fā)器在時鐘信號控制下正常工作時應使 S39。D 和 R39。D 處于高電平。此外，在圖 所示電路的具體情況下，用 S39。D 或 R39。D 將觸發(fā)器置位或復位應當在 CLK=0 的狀態(tài)下進行，否則在 S39。D 或 R39。D 返回高電平以后與之后預置的狀態(tài)不一定能保存下來。[7]電平觸發(fā)方式的動作特點有兩點：（1）只有當 CLK 變?yōu)橛行щ娖降臅r候，觸發(fā)器才能夠接受輸入信號，并按照輸入信號將觸發(fā)器的輸出置成相應的狀態(tài)。在 CLK=1 的全部時間里面 S 和 R 狀態(tài)的變化都可能引起輸出狀態(tài)的改變。在 CLK回到 0 以后，觸發(fā)器保存的是 CLK 回到 0 以前瞬間狀態(tài)。根據(jù)上訴的動作特點可以想象到，如果在 CLK=1 期間 S、R 的狀態(tài)多次發(fā)生變化，那么觸發(fā)器輸出的狀態(tài)也將發(fā)生多次翻轉，這就降低了觸發(fā)器的抗干擾能力。為了能適應單端輸入信號的需要，在一些集成電路產(chǎn)品中把圖 所示的電路改接成圖 的形式，得到電平觸發(fā)的 D 觸發(fā)器圖 電平 D 觸發(fā)器（D 鎖存器）由圖可見若 D=1，則 CLK 變?yōu)楦唠娖揭院笥|發(fā)器被置成 Q=1，CLK 回到低電平以后觸發(fā)器保持 1 狀態(tài)不變。若 D=0,則 CLK 變成高電平以后觸發(fā)器被置成 Q=0，CLK 回到低電平以后觸發(fā)器保持 0 狀態(tài)不變。因為它仍然工作在電平觸發(fā)方式下，所以同樣具有電平觸發(fā)的動作特點 [8]。它的特性表如表 35102 所示。表 35102 D 鎖存器的特性表CLK D Q Q*0 0 00 1 11 0 0 01 0 1 01 1 0 11 1 1 1 基于IC74191的自動進給控制系統(tǒng)的設計 基于IC74191自動進給系統(tǒng)的設計介紹基于 IC74191 的自動進給控制系統(tǒng)的設計要求與技術指標，與基于 IC74163 的自動進給控制系統(tǒng)基本一致，只是使用的核心元件不同。圖 是基于 IC74191 的自動進給驅動系統(tǒng)的電路圖圖 基于 IC74191 自動進給驅動系統(tǒng)集成計數(shù)器 74191,416 線譯碼器 74159,16 選 1 數(shù)據(jù)選擇器 74150，編程開關[D][C][B][A],譯碼顯示器組成狀態(tài)譯碼置零可編程計數(shù)器，如圖 所示。圖 狀態(tài)譯碼置零可編程計數(shù)器狀態(tài)譯碼置零可編程計數(shù)器要求 74191 的預置數(shù)端 D,C,B,A 置零，即DCBA= 的輸出端 QD,QC,QB,QA 接 74159 的數(shù)碼輸入端，并在輸出端翻譯出相應的 16 個狀態(tài)（數(shù)字） ，再由 74150 通過編程開關[D][C][B][A]選中其中的一個數(shù)字，在 741550 的 W 端輸出，經(jīng)過一個非門電路送至 74191 成為編程可變進制計數(shù)器。表 3611 是該計數(shù)器的編程狀態(tài)表 [9]。 表 3611 計數(shù)器編程狀態(tài)表編程開關 74191 最大值狀態(tài) 循環(huán)模數(shù)[D] [C] [B] [A] QD QC QB QA M0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 1 0 0 0 1 20 0 1 0 0 0 1 0 30 0 1 1 0 0 1 1 40 1 0 0 0 1 0 0 50 1 0 1 0 1 0 1 60 1 1 0 0 1 1 0 70 1 1 1 0 1 1 1 81 0 0 0 1 0 0 0 91 0 0 1 1 0 0 1 101 0 1 0 1 0 1 0 11當?shù)毒叩倪M給量設計為 5 個 CLK 脈沖時，如圖 所示，編程開關取值[D][C][B][A]=0101，計數(shù)器的狀態(tài)依次為 0000、0000010100、0101，譯碼顯示器顯示出相應的十進制數(shù)為 0、5，然后停止工作，等待下次進給啟動信號的到來。自動經(jīng)給控制電路由 33 輸入端與非門 7410（構成 RS 觸發(fā)器） 、與非門 G（自動進給控制門） ，時鐘脈沖信號源 Us 等組成，Us 是由定時器構成自激多諧振蕩器，振蕩頻率設定為2~5Hz，適于刀具進給速度為 2~5 次/s。S1 、S2 為常開延時打開定時開關，轉換開關[X]代替位置檢測裝置，發(fā)出位置檢測負脈沖信號。可編程計數(shù)器的編程狀態(tài)如表 3612 所示。圖 中的 4D 觸發(fā)器 74175 中的 3D 觸發(fā)器構成進給脈沖分配器，即環(huán)形分配器，進給脈沖分配器是將進給脈沖按照一定的順序輪流分配給步進電機各相繞組的電路，其電路的形式和步進電機的結構、型號及控制方式有關。該系統(tǒng)的步進電機采用三相六拍勵磁方式，三相繞組的導電次序為 U→UV→V→VW→W→WU→U→。進給脈沖 CLK 到來之前，進給脈沖分配器先修復，再通過定時開關 S2 將其置成 QUQVQW=100，即 Du=1 Dv=1 Dw=0，第一個 CLK 脈沖過后，環(huán)形分配器輸出 QUQVQW=110，由此可列出進給脈沖分配器各輸出端和驅動端狀態(tài)如表 3612 所示，各觸發(fā)器驅動裝端的驅動方式分別為[10]DU=D’V、DV=D’W 、DW=D’U表 3612 環(huán)形分配器各個輸出端和驅動端狀態(tài)輸出端狀態(tài) 驅動端狀態(tài)CLK序號導電繞組QU QV QW DU DV DW0 U 1 0 0 1 1 01 UV 1 1 0 0 1 02 V 0 1 0 0 1 13 VW 0 1 1 0 0 14 W 0 0 1 1 0 15 WU 1 0 1 1 0 06 U 1 0 0 1 1 0圖 是進給當量 CLK=5 時的工作時序圖。接通電源時，常開延時打開定時開關1 0 1 1 1 0 1 1 121 1 0 0 1 1 0 0 131 1 0 1 1 1 0 1 141 1 1 0 1 1 1 0 151 1 1 1 1 1 1 1 16S1， on time= 然后打開，其輸出接計數(shù)器清零端 RD，實現(xiàn)通電清零。同時定時開關 S2 將進給脈沖分配器置成 QUQVQW=110，當?shù)毒哌\動到預定位置時，位置檢測電路便會發(fā)出進給啟動負脈沖信號 Ust 該信號通過 7410 構成的 RS 觸發(fā)器在 7410 的 8 腳輸出高電平 Uo，將控制門 G 打開，使時鐘脈沖經(jīng)過進給脈沖分配器、功率放大電路，驅動自動進給執(zhí)行元件步進電機；當?shù)毒哌_到預置進給位置時，利用 74163 的 LOAD’端出現(xiàn)的下跳信號 Ustop，作用在 RS 觸發(fā)器上，并在 7410 的引腳 8 輸出低電平，關閉控制門 G，時鐘脈沖被禁止，步進電機停止運動，完成一個自動進給工作周期 [11]。圖 進給當量 CLK=5 時的工作時序圖 IC74191介紹 [12]單時鐘可逆 4 位 2 進制計數(shù)器。無清零端，異步可置數(shù)。邏輯符號如圖 所示。圖 IC74191 邏輯符號表 3621 是 IC74191 功能表。表 3621 IC74191 功能表CLK LOAD CTEN U/D 功能 MAX/MINφ 0 φ φ 異步置數(shù) 0φ 1 1 φ 保持 0↑ 1 0 0 加法計數(shù)器 計數(shù)最大時為1↑ 1 0 1 減法計數(shù)器 計數(shù)最小時為1 4D觸發(fā)器74175介紹 [13]圖 是 74175 的邏輯符號。圖 是 74175 的內(nèi)部結構圖。表 3631 是 74175 的功能表。圖 4D 觸發(fā)器 741755 的邏輯符號 圖 4D 觸發(fā)器 74175 內(nèi)部結構圖3631 4D 觸發(fā)器 74175 功能表 仿真和實驗結果 [14]對圖 所示的數(shù)控機床自動進給驅動系統(tǒng)，進行計算機仿真實驗，點擊虛擬邏輯分析儀圖標，打開 Clock setup 對話框，調(diào)節(jié)內(nèi)部時鐘設置，使 Internal clock rate =2Hz；通過編程開關設定進給量，接通電源后，按轉換開關[X]鍵，發(fā)出位置檢測負脈沖信號，自動進給驅動系統(tǒng)開始工作，虛擬數(shù)字邏輯分析儀得到的各點波形。進給脈沖的個數(shù)可由七段譯碼顯示器 LED 顯示見圖 [D][C][B][A]=1111 ，輸出15 個進給脈沖。仿真與實驗結果完全符合設計要求。圖 當編程開關取值[D][C][B][A]=1111 的 LED 顯示4 結論與展望 結論加工中心刀具進給控制系統(tǒng)是當今最主流的數(shù)控加工的核心部分，這次畢業(yè)設計中涉及到了基于兩種不同的 IC 的控制系統(tǒng)。一種是基于 IC74163 的進給控制系統(tǒng)，還一種是基于 IC74191 的進給控制系統(tǒng)。在這兩種進給控制系統(tǒng)的設計的過程中，去圖書館查找資料，去網(wǎng)上翻閱文獻。把以前學到的很多知識都重新溫習了一遍。在設計的過程中還遇到了很多陌生的芯片，通過老師的指導，還有自己查閱的資料，認識并學習了它們的作用，以及在這次設計中主要要用到的它們的什么功能。在電路設計方面，也查閱了資料文獻