消毒柜课程设计

湖南工程学院课 程 设 计课程名称 数字电子技术 课题名称 消毒碗柜控制电路 专 业 测控技术与仪器 班 级 学 号 姓 名 指导教师 任务书下达日期 2013年10月28 日 星期一 设 计 完成日期 2013年11月10 日 星期日 目 录一、设计任务 - 1二、设计思路与基本原理 -2三、总电路仿真图 - 5四、电路元件介绍 - 6 五、各单元电路介绍-10 六、电路接线与调试-13七、故障分析及调试 - 16八、总结与设计体会- 18九、附录 - 20 1 一、设计任务设计内容与设计要求一 设计内容：设计一个消毒柜控制电路,完成下列工作流程:开机消毒消毒,加喷水雾消毒关, 喷水雾关，烘干完成烘干关,指示灯亮报警1.时间要求: 消毒45分钟, 喷水雾12分钟, 烘干24分钟,指示灯亮4分钟报警；2.要求用七段显示器显示每个步骤时间（以分钟为单位）.并用发光二极管A、B、C和D分别表示消毒工作、喷水雾工作、烘干工作、指示灯亮报警；3要求用发光二极管显示每个运行步骤。4功能扩展（自选）二、设计要求：1、思路清晰，给出整体设计框图和总电路图；2、单元电路设计，给出具体设计思路和电路；3、写出设计报告；二、设计思路与基本原理 1、设计思路 消毒碗柜由秒脉冲产生器，计数器，译码显示电路，控制电路等四个部分组成。其中计数器和控制电路是系统的主要部分。74LS192计数器通过时钟信号的控制，完成33分钟、12分钟、 24分钟、4分钟的计时功能。分开计时，互相不干扰。译码显示电路利用显示器完成时间的显示功能。控制电路实现不同功能（消毒，喷水雾，烘干，报警）的转换同时实现循环控制。计数电路是用两块192十进制减法计数器做减法计数。开始计数时第一个CP到来时两个计数器将从00做减法，此时将产生两个借位信号，由这个借位信号和控制电路将两个计数器置数为33，然后做减法计数，同时控制电路给A灯信号，A灯亮，当减到12时，将高位信号0001和地位信号0101通过逻辑电路产生一个高电平作为D触发器的CP并将输出Q和控制电路中的信号一起控制B灯使得B等亮。当再次到00时又会产生借位信号，再由借位信号和控制电路将两个计数器置数成20，同时B灯亮。同理当再次为00是置数为04，同时C灯亮。再次为00是置数为33，这样循环下去控制电路由一块161和两块138组成。控制电路就是在两块192在做减法的时候每次减到00时将两个减法计数器置数成相应的数字，同时将相应的信号通过逻辑运算控制相应的灯的熄灭和亮。由161做借位的计数器，138将161的结果译码出来经过逻辑电路将两块192置数成相应的数字。同时将138的译码结果和逻辑电路结合一起控制灯的熄灭和亮。框图： 显示电路 译码显示电路组合逻辑电路步骤显示 步骤计数工作状态显示 2、基本原理161为借位信号计数器，计数结果经过138译码之后的两个结果Y0的非，Y1的非将有所变化。再将Y0信号通过反向器之后送给高位192芯片置数端的D0和低位192芯片的置数端的D3，Y1信号通过反向器之后送给高位192芯片置数端的D1。其他置数端为高位192的D3和D2接低电平，低位192的D2接高电平D0和D1接低电平，再Y0和Y2通过或门和与门输入到低位192芯片的置数端的D2。这样当开始时161计数结果为000，经过138译码之后Y0和Y1就将两块192芯片的置数端置数为0011和0011。当计数器由00减法时将产生两个借位信号，将这两个借位信号通过与门之后作为两个192的置数端。 这样就在第一次由00做减法的时候192被置数为33，然后开始做减法。同时两个借位信号通过与门之后作为161的CP，这样161的计数结果就为001，经过138译码，Y0和Y1就将192的置数端置为0010和0100。当再次由00做减法时产生的借位信号将192置数成0010和0100，通过译码显示器之后结果为2和4。同时161计数器计数结果为010，经过138译码，192的置数端为0000和0100。此时161的置数端开启，161自身被置数为00。当再次由00做减法时产生的借位信号将192置数成0000和0100，显示结果为0和4的同时，因为161置数端被置成000所以161的输出结果就变成000，即161的计数状态重新回到000，经过138译码，结果送给192的置数端，192的置数端变成0011和0011。当再次由00减法时，192再次被置数为0011和0011，译码显示为3和3，同时160计数结果为001，经过138译码，将192的置数端变成0010和0000。以此循环下去。在第一个计数减法时由138的Y1端口控制A灯亮，当译码显示为12的时候，通过逻辑电路使0001和0010产生一个高电平作为D触发器的CP端，使得D触发器在此时保存这个高电平信号并将这个信号和Y1信号通过逻辑电路控制B灯亮和熄灭。由Y2控制C灯的亮和熄灭。当计数为24减法是C灯亮。由Y0控制D灯的亮和熄灭。当计数为04减法是灯亮。 本实验要用发光二极管A、B、C和D分别表示消毒工作、喷水雾工作、烘干工作、指示灯亮报警。首先A单独工作33分钟，然后AB同时工作12分钟，C单独工作24分钟，D单独工作工作4分钟。可用74LS138 3线8线译码器表示控制电路，联合与非门，与门，异或门表示ABCD的工作状态。开始置数第一步运行完成之后计数器给信号74LS161的时钟输入端，让它运行第二步置数，置数由74LS138输入给计数器 74LS192进行加计数。总体过程两片74LS192可逆计数器的借位BO端接1个二输入或非门接 74LS161的CP端让其计一次数。其一端接非门给两片74LS192一次置数信号。74LS161计数输出端接74LS138译码器。通过74LS138与组合门电路给两片74LS192置数。开始置数第一步运行完后74LS192计数器给信号174LS161的时钟输入端，让它运行第二步置数，置数由74LS138输入通过组合门电路给计数器，进行加计数。各个灯和显示器显示个自的步骤和状态运行情况。第二，计数部分。课题参数要求实现两位十进制的倒计时，故用两个计时器芯片级联即可实现倒计时功能。该电路选用74LS192作为减计时器，级联为两位十进制计数器，驱动显示器显示时间倒计时。当倒计到零时，计数器发出一个借位信号给控制电路，进入下一个状态的同时给计数器置相应的数。如此往复进行。第三，步骤控制部分。主要由74161、74138和一些门电路构成。可将74161做成4进制加法计数器，控制s0、s1、s2、s3四个状态，任何一个计数显示单元的高位片发出的借位信号都能使之进入下一步骤。3、 总电路仿真图 消毒碗柜控制电路工作真值表步骤工作状态74LS192A74LS192B74LS138A74LS138B74LS161 1 A灯亮 0011 0011 1110 0110 0001 2 AB灯亮 0001 0010 1101 0100 0010 3 C灯亮 0010 0100 1011 0011 0100 4 D灯亮 0000 0100 0111 0010 1000四、各单元电路元件介绍 174LS192十进制加/减法计数器引脚图 功能表 由192的功能表得知，该元件有置数和清零功能，因此可以通过这2个端口来实现2片192之间的联级，从而计数输出2位数 2. 3线-8线74LS138译码器 管脚分布图 功能表 由74LS138的功能表看出每次输出只有一个低电平，则可以利用这个特性，和门电路组合可以给计数器置数。而且连接上发光二极管可以用来表示各步顺序运行情况。3. 74LS161四位二进制计数器 管脚分布图 功能表 74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他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。 4. 74LS00四2输入正与非门管脚分布及其功能表5. 74LS04的管脚分步图 五、各单元电路介绍 1.显示计数电路 该单元电路只要由74LS192和8段共阴数码管组成。其中2片74LS192联级成2位的计数器，还有一片161用来显示步骤数。显示由2片数码管组成。192的输出端对应接数码管的输入端，从而显示出数字。而161的CLK端口由192反馈回来的减数结束信号和B操作开始信号通过或门形成步骤计数。2. 译码置数控制电路 该部分电路由74LS138和74LS161及一些与或非门组成。其中如何将所需的数置给192是个难点，可以通过组合逻辑来实现。另外一个难点是如何相应的置数，可以通过161接成3进制来实现。通过3进制分别给138命令，令其置成33,24,04。而161的CP脉冲又由192的借位端控制，从而实现3个数的循环置数。 置数真值表从138的输出端输入输出给十位置数192输出个位置数192Y3 Y2 Y1 Y0D C B AD C B A1 1 1 00 0 1 10 0 1 11 1 0 10 0 0 1 0 0 1 01 0 1 1 0 0 1 00 1 0 00 1 1 10 0 0 00 1 0 0 3.各个步骤运行状况显示电路 该部分电路只要由138和门电路及触发器构成。其中A,C,D灯可以通过138低电平输出接反相器显示。B灯是在A灯亮的前提下，当数码管显示为12时亮。可以通过192输出端结来实现。六、电路接线与调试 接线步骤及注意要求： 接线前要先检查各芯片，这样有两个目的：一来熟悉芯片的功能，二来检查芯片的好坏。必须注意每个电路每个电路的接线，这样容易检查问题 ，然后再整体接，这样容易个人能更好地理解检查电路 测试时先确定各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否连好；前面的检查无问题后，再根据彩灯的变化情况，确定可能的原因，分析是哪个功能模块出了问题，用数字万用表检查各模块的功能，发现并改正错误，直到符合要求为止。 连接电路用到实验箱和面包板，主要是在面包板上连接电路。按照各个单元电路进行连接。顺序为：置数顺序控制电路 译码置数电 路 计数显示电路 步骤显示电路。检验箱子的正负极，线路，显示器，指示灯是否完好，确保在连接过程中不必要的麻烦，方便检查。检查芯片：分别单独连接芯片，并将161 接好基本线路后，接到显示器，给予脉冲，通过检验显示器的数据是有正确，确定芯片的完好程度。 将完好的芯片根据总线路图集联，在接到显示器观察数据，再次检验芯片及其线路是否完好。通过这种方法，有效的检验出线路是否正确，尽快的更正错误。非门和与门 都需要根据其引脚图接线检验。 最后完成所有线路的完成，给予脉冲，观察结果，与仿真的结果进行对比。调试结果： 按照课程任务要求进行调试，对照仿真图，比对不同地方与总结经验，验证其正确可行性。七、故障分析和调试 显示正确无法计数：分析的原因有2个：1.控制192工作的CPC脉冲没接好，导致192不工作；2片192的置数端始终是低电平有效，又由于是异步置数，所以始终为一个数不变。检查电路后得知，是置数端出现问题，重新连接后正确。无法置成正确的数，显示为100进制减法计数器：此种情况是由于138置数端出现问题导致所需的数无法置进去。重新检查后运行正常。置数只有一部分正常，后面的无法置出：可能是因为161控制置数顺序出现错误，导致只能给138一部分的置数命令。3进制运行正常，却不能正常地给138输入信号。 故障分析：首先要注意是否每个芯片都可以正常工作，以及每根线是否能良好导通，否则很容易导致故障发生。然后，查看每块芯片是否都将其电源端和接地端接入信号，否则该芯片将不会工作。最后，每块芯片某些端口不接的最好选择其适宜的高低电平，以避免其影响芯片工作。1.检验试验台的正负极，线路，显示器，指示灯是否完好，确保在连接过程中不必要的麻烦，方便检查。2.检查芯片：分别单独连接芯片，并将160,192 接好基本线路后，接到显示器，给予脉冲，通过检验显示器的数据是有正确，确定芯片的完好程度。3.将完好的芯片根据总线路图集联，在接到显示器观察数据，再次检验芯片及其线路是否完好。通过这种方法，有效的检验出线路是否正确，尽快的更正错误。4.非门和与门 都需要根据其引脚图接线检验。5.最后完成所有线路的完成，给予脉冲，观察结果，与仿真的结果对比。6.调试。接好各单元之后看是否与理论值相同，如不相同则检查时候为线 路松动或者线路连接错误。将各个单元加好后的电路检测级连起来调试至成功。最后完成所有线路的完成，给予脉冲，观察结果，与仿真的结果进行对比。7.验收。当电路完全符合要求且正确时，请指导老师验收并考虑拓展功能。 在检查电路过程中遇到了了许多问题，之上只是一部分，我记忆特别深的是我们的计数部分的个位计数显示管每次都显示偶数，那时我和我的小伙伴怎么也没想出问题来，结果问了个大师，他说显示管跟不上脉冲跳跃次数，这是能看到的，我们也看到了这样的情况，就信以为真，认为其很有道理，在老师检查的时候就说了这个现象，结果老师很简单的在抄纸上画了四个二进制码，我们也立马明白了原来是个位的四位二进制最后一位代表的就是奇数偶数，我们豁然开朗，原来只是接在最后一位的导线坏了，我们长舒了一口气，大赞李老师啊，这样简单解决问题。此次的问题我分析了，还是自己没有多分析动脑筋，总觉得自己接线接的错误，没深处思考，从根本上思考。8、 总结与设计体会此次为期两周的数电课程设计过得既Happy又苦恼，高兴的事自己动手空间很自由，苦恼的是一开始毫无头绪，脑袋犯晕，因为是第一次有点茫然无措，后来经过老师的悉心教导与讲解开始进入状态，这时候才有点干劲，知道钻图书场馆查阅资料等等这两周的数电实习是我与我的小伙伴彭华山共同合作制作一个消毒碗柜的控制系统，在一开始的一周里我们设计了电路并仿真电路，这个过程感觉是比较费脑袋的，因为那些二进制码有时真的被搞晕，而且有时候一个简单的问题就是不知道为什么想不出来，那时候真是气愤，但是这个过程完成之后又觉得很开心，很充实，在一个个问题解决完之后，我们就开始仿真，这仿真的戒心也很麻烦，不过课题还是比较简单，我们可以应付过来，在这之前都是独自完成的，所以在仿真成功的情况后我和我的小伙伴开始交换思路，互相了解在其期间的各种难题，这些让我们获益匪浅，这样及拓宽了我们的思路，又增加了我们解决问题的能力与分析能力。一开始我们做了很多准备工作，我们分工合作，我的搭档负责检查导线，我负责检查芯片的好坏，一切准备工作完成之后我们开始接线了，我们接线的过程中比较有条理，按照一个一个模块来接线，接完一个模块便检测一下该模块的功能，这样出故障的可能性就会小很多，而且能够比较快速的找出出故障的地方，接完线，我们便开始调试，这个过程是最令人激动的，在我们充分的准备工作和科学的接线方式，我们的实物结果没有什么错误，非常完美的实现了各个模块的功能，然后我们便进行了整个过程的录像。终于在不停的改善中总算圆满把电路设计出来了，开始以为仿真成功了就可以接线成功的，但理论与实践还是有很大差距的，我跟我搭档按照电路图接了好多次可总是有问题，不能完整实现设计步骤，通过这么多失败经历我总结出最主要的因素，那就是在接电路前一定要把准备工作做好，每一