数电消毒柜设计讲解

1、目录第 1 章绪论 1第 2 章设计内容及方案选择 22.1 设计内容 22.2 方案选择 22.2 总体设计思路 32.3 系统的总体框图 3第 3 章元器件的原理及使用方法 43.1 74LS160 芯片的介绍 43.2 74LS138 译码器的介绍 53.3 74LS192 芯片的介绍 63.4 74LS04 六非门 73.5 74LS32 四 2 输入或门 7第 4 章 单元电路的设计 84.1 计数显示电路 84.2 步骤显示电路 94.3 译码置数控制电路单元 10第 5 章 系统仿真电路图及结果 115.1 系统仿真图 115.2 系统总电路图 13第 6 章 电路实物连接与调试

2、 146.1 电路安装与调试 146.1.1 电路安装 146.1.2 电路调试方法 146.2 故障分析 156.2.1 常见的故障现象及原因 156.3 检查故障的一般方法 156.4 调试结果 16第 7 章 本设计的改进 177.1 改进要求 177.2 设计改进的实现 177.3 设计改进的总电路仿真图 187.4 设计改进的实物调试图 19第 8 章 总结与体会 20附录 21附录 1 元器件清单 21附录 2 参考文献 21第 1 章 绪论早些年， SARS、禽流感、手足口病等传染疫情犹如高悬人们头顶的一把利 剑，时刻威胁着人们的身体健康。这不得不使人们对流感疫情提高警惕，积极采

3、取预防措施。由于预防流感 关键是要注意卫生、隔离病菌，大家都把消毒放在预防的首位。随着越来越多的 人选择在家里就餐，平时容易被人们忽略的消毒柜便派上了大用场。消毒柜在人 们的健康生活中扮演着越来越重要角色，与人们的饮食安全息息相关。基于国内外对消毒柜的研究大体分为三个方向：首先是基于温度控制，通 过对温度的控制来达到消毒的目的分为高温型电子消毒柜杀和低温型消毒柜， 其次是市场上的一些通过臭氧消毒，最后就是通过紫外线消毒的消毒柜。早在 1999 年消毒柜也出现过行业的第一次真正意义上的整合。那时以 “杀 甲肝、杀乙肝 ”为两星标准，强制性淘汰了一些干燥柜产品及杂牌厂家。此达标运 动也在一定程度上

4、整肃了杂乱无章生产秩序和竞争状态，促进了消毒柜行业大转 型、大调整。与此同时的是，国家为了引领行业健康发展，规范竞争秩序，积极发挥政 策导向的职能。国家卫生部先后在消毒柜行业内采取中华预防医学会权威认证， 推出 “国家健康金桥重点工程 ”产品，希望通过品牌的塑造使行业走上健康发展之 路。国人心中，消毒柜并没有同冰箱、电饭煲等成为厨房中的必备产品，还没 有真正认识到消毒柜的消毒、储存、保洁的功能。目前我国大部分家庭普遍采用 砖砌或木制的厨柜存放餐具，这传统的方法根本抵御不了各种细菌的侵袭，极容 易造成病从口入而危害身体健康。消毒柜的诞生使这传统的厨柜得以替代，消毒 柜采用全封闭的贮藏室，并具有消

5、毒功能，效果显著，有效地把好病从口入关， 彻底宣布了传统厨柜的过去。经过十五多年的发展，消毒柜行业在工艺方面已经 日渐成熟。产品从当初笨拙、单调的设计到目前市场上流行的数码温控、数码平 面等，并朝着简约化、数码化、时尚化方向发展。可以说，消毒柜行业已基本成 熟。本设计内容就是一个消毒柜的基本设计。第 2 章 设计内容及方案选择2.1 设计内容设计消毒碗柜控制电路 ,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18分钟, 喷水雾 12分钟, 烘干20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

6、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、哄干工作、指示灯亮报警； 3要求用发光二极管显示每个运行步骤。2.2 方案选择方案一： 基于 AT89C51单片机的智能控制， 用其内部定时器定时中断实现 时序的控制，数码管显示。方案二：用 74LS192 进行递减计数， 74LS138直接译码显示及各种组合逻 辑电路控制。方案三：用74LS192进行计数， 74LS138进行译码选择， 373锁存器储存各 种计数初值。由于方案一所用到的 AT89C51价格较贵，而且此设计要求是基于各种组合 逻辑电路所实现的，从经济效益方面不宜考虑此方案。由于方案三比方案二多用了锁

7、存器，从电路结构及设计的经济效益考虑， 本设计选择方案二。2.2 总体设计思路本设计由一片十进制计数器 74LS160构成模 4 用来进行步骤显示，其脉冲 信号由两片同步十进制计数器 74LS192的借位信号控制，而两片 192 用来做减 数计数及显示，而置数则由 160 的输出信号经过 74LS138 译码，然后通过组合 逻辑电路的控制，输入到 192 的输入端实现的。步骤的状态显示则通过四个发 光二极管显示的。此设计还有一个启动开关，要闭合此开关才能实现系统的运 转。2.3 系统的总体框图显示电路图 2.1 系统总体框图先给 160 设初值，其消毒、消毒 ,加喷水雾、消毒关 , 喷水雾关，

8、烘干、 烘干关,指示灯亮报警四个状态用 1，2，3，0 来显示，其输出信号经过 138译码 及组合逻辑控制电路，输送到 192 的输入端，让它分别对应四种不同的置数初 值分别为 17，11，19，03，（在此说明一点，因为 192 做递减时，要减到 0，才 有借位信号的出现，所以数值 18，12，20，04 的初值分别为 17，11，19，03。） 而 192 的借位信号当作 160 的脉冲信号，让在不同的计数状态显示不同的步骤。 如此循环，只有断开启动开关，才终止系统的运作。第 3 章 元器件的原理及使用方法3.1 74LS160 芯片的介绍74LS160 ，是一个十进制的计数器，它具有异步

9、清零端与同步置数端。1.异步清零功能：只要（CR 的非）有效电平到来，无论有无 CP脉冲，输出为“0。”清零端是低电平有效。其引脚图如图 3.1 ，其功能表图如图 3.2 。2. 同步设置功能：当（ LD 的非）为有效电平时，计数功能被禁止，在 CP 脉冲上升沿作用下 D0D3 的数据被置入计数器并呈现在 Q0 Q3 端。图 3.1 74LS160 引脚图图 3.2 74LS160 功能表图设计中所需四个步骤，因此可以将 74ls160 连接成 4 进制的加法计数器 实现，输出信号给 74ls138 经译码及组合逻辑控制，从而置出需要的数值。而 160的 cp信号又由 192来控制，实现循环。

10、3.2 74LS138 译码器的介绍 实现译码功能的电路称为译码器。 74LS138 的输入是二进制的代码，输出 是一组高低电平信号，每输入一组不同的代码，只有一个输出端呈现有效信号， 故通常称为多一译码器。其引脚图如图 3.3，其功能表图如图 3.4。图 3.3 74LS138 的引脚图图 3.4 74LS138 的功能表图由 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，和门组合逻辑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。3.3 74LS192 芯片的介绍74LS192 是一个同步十进制可逆计数器，同步计数是在同一时刻（ CP的

11、 上升沿）发生的，该计数器是可逆的，可以作加法计数，也可以作减法计数器， 它有进位与借位输出，可进行多位串接计数。其引脚图如图 3.5 ，其功能表图如 3.6 。图 3.5 74LS192 的引脚图图 3.6 74LS192 的功能表图由 192 的功能表得知，该元件有置数和清零功能，它有进位与借位输出， 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3.4 74LS04 六非门1、74lLS04 的引脚图如图 3.7 ：图 3.7 74LS04 的引脚图2、74LS04 的功能：74ls04是 6非门（反相器）他的工作电压 5V，他的内部含有 6个 coms,

12、反相器的作用就是反相把 1 变成 0。3.5 74LS32 四 2 输入或门1、74ls32 的引脚图 ：图 3.8 74LS32 的引脚图2、74lLS32 的功能：74LS32是四 2 输入或门，常用在各种数字电路以及单片机系统中表达式为： Y=A+B第 4 章 单元电路的设计4.1 计数显示电路U6D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3D3UPTCUTCDDNPLMR74HC192541114A3 15151109D1D2D326715110CLK 4U7D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3UPTCUDNTCDPLMR74HC192326713274LS32U11:A图 4.1 计数显示电路原理图

13、该单元电路由两片 74ls192 和8段共阴数码管组成。其中 2片74ls192 级 联成 2位的计数器， 192的输出端对应接数码管的输入端。 可显示四种不同的计 数初值，分别为 17， 11，19， 03，而置数则是由 74ls138 译码及不同的组合逻 辑电路实现的。4.2 步骤显示电路VCCU87ENPQ0Q1Q2Q3 RCO14 A13 B121115102ENT CLK LOAD MRU1:A74LS00B1A274LS160状态计数及显示电路21A3A0D1LED-REDD2LED-REDD3LED-REDD4D4LED-RED图 4.2 步骤显示电路原理图该单元电路由一片 74

14、ls160 构成 4 进制来显示对应的四种步骤状态，与计 数值分别对应 1，2，3，0 四种不同的步骤显示，而四个发光二极管与四种步骤 一一对应， D1为消毒， D2为喷雾， D3为烘干， D4为报警。其实现原理：先给 160置数，其输出信号经 138译码及组合逻辑电路得到 192计数初值，而 192的 借位信号输入 160 的脉冲端，如此循环。4.3 译码置数控制电路单元U2AY0BY1CY2Y3Y4E1Y5E2Y6E3Y7674HC138A1B2B 23109A014 A13 A12 A15A2 13U126:CA0 574LS04D2U12:D12D3U13:A 译码电路74LS86U1

15、2:E74LS04A11374S0874LS04U3:AD1图 4.3 译码置数控制电路原理图该单元是步骤显示与计数初值的桥梁纽带，其不同步骤值与不同的计数初值如 4-1 表1101 （此为步骤 1 态的译码值）00010001 （此为计数值 11 的 BCD）1011 （此为步骤 2 态的译码值）00011001 （ 此为计数值 19 的 BCD）0111 （此为步骤 3 态的译码值）00000011 （ 此为计数值 03 的 BCD）1110 （ 此为步骤 4 态的译码值 ）00010111 （此为计数值 17的 BCD）表 4-1 步骤值与计数值的对应步骤显示为 1，2，3，0 与它对应

16、的计数值是 17，11，19，03，而本步骤状 态的置数值是下个步骤状态的计数初值，所以 1，2，3，0 与 11，19， 03，17 对应，而这种实现是通过不同的组合逻辑电路实现的， D2等于 A0的非， D3等 于A2的非，D1等于A1与A2的与，而电路图左起第一片 192的第 15脚与 A3连 接，以实现步骤显示值与计数初值的匹配。10第 5 章 系统仿真电路图及结果5.1 系统仿真图U6A3 15A31511095D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3UP DN PL MRTCUTCD1213U715D1 1D2 10D3 95CLK 4D0D1D2D3DNG14UPDNPLMRVCCU83

17、TCUTCDQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3ENP ENT CLK LOAD MR3状态计数及显示电路U11:A12 74LS32 3U2A115A01A23AB1AY015AA01B2BY114AA123BCYYY132111123AA3264E1YY541904E2Y695E3Y77U12:CA0 5U12:6C74LS04U12:D74HC138U13:A 译码电路A U13:AU12:EA23 11 10 B174LS8674LS04A1 1A2 274LS04U3:AD1B1A212Q0Q1Q2Q3 RCOLED-REDLED-REDU1:A74LS00D3D4图 5.1 消毒状态仿

18、真图VCCDDNGU11:AU2Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7U13:A 译码电路U12:E11U8D0D1D2D3LOADMRQ0Q1Q2Q3 RCOENPENTCLK状态计数及显示电路14 A(COM)图 5.2 消毒，喷雾状态仿真图11U6D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3UPTCUDNTCDPLMR514A3 151109267712D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3UPTCUDNTCDPLMRD2 10D3 9267VCCU83D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3ENP ENT CLK LOAD MRRCO5状态计数及显示电路U11:AU6A3 151101114D0D1D2D3UP DN

19、 PLMRQ0Q1Q2Q3TCUTCD112374HC192125CLK 114U2Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774HC138U715DDD5CLK 474S08图 5.3 烘干状态仿真图VCCU8102917D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3RCOENPENTCLKLOADMR574LS160D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3UPTCUDNTCDPLMR1123326774HC192U20 123A AAA5 4321 01 1111 197U13:A 译码电路74LS86U12:E74LS04状态计数及显示电路A0 5A2 13A1A2U12:C6 D274LS04U12:D12 D374

20、LS04U3:A74S08图 5.4 报警状态仿真图1413121115CLK125.2 系统总电路图U69111454D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3UPTCUDNTCDPLMR74HC19211233267U79D2 10DD0Q0D1Q1D2Q2D3Q3UPTCUDNTCDPLMR121374HC1925CLK 41114VCCU8D0D1D2D3102917CLKLOADMRRCOENPENT74LS16012Q2Q3Q0Q114 A13 B状态计数及显示电路U1:A74LS0012U2A05U162:CD274LS04U12:D74LS0412 D3U3:AU13:A译码电路 U12

21、:EAA123 11 U121:0EB174LS0474LS86图 5.5 系统总电路图此系统在 PROTEU软S 件中实现的仿真，其结果与本设计所需的效果非常吻 合，开机消毒 18 分钟消毒 ,加喷水雾 12 分钟消毒关 , 喷水雾关，烘干 20 分钟完成烘干关 ,指示灯亮报警 4 分钟，且发光二极管 D1、D2、D3 和 D4分别 表示消毒工作、喷水雾工作、哄干工作、指示灯亮报警；而消毒代表步骤1，消毒，加喷水雾代表步骤 2，消毒、喷水雾关，烘干代表步骤 3，报警代表步骤 0。13第 6 章 电路实物连接与调试6.1 电路安装与调试6.1.1 电路安装 考虑到如果整体电路都安装好后在检查调

22、试电路会很麻烦， 而 且比 较难 找出问 题出在哪 ，所以我 们分 步安装调 试检 查。首 先 我们确认所有元器件都是完好的、芯片无引脚掉落并且工作正 常，所有导线无损坏。6.1.2 电路调试方法 通电观察 把经过准确测量的元件接好电路。 观察有无异常现象， 包括有无冒 烟，是否有异常气味，手摸器件是否发烫，电源是否有短路现象等。如 果出项异常，应急时切掉电源，彻底排除故障后才能通电。然后测量各 电路总电源电压和期间的引脚的点电压，以保证元器件的正常。 静态调试： 在没有外加信号的条件下进行调试。 本次课程设计主要是通过静态 测试数字电路的各输入端和输出端的高低电平及其逻辑关系，可以即时 发现

23、已经损坏的元器件，判断电路工作情况，并及时调整电路参数，是 电路工作状态符合设计要求。 动态调试 动态调试是在静态调试的基础上进行。 调试的方法是在电路的输入 端接入适当的频率和幅值的信号，查看电路工作情况。146.2 故障分析6.2.1 常见的故障现象及原因1）在本次设计中常见的故障现象：1、计数器不能正确计数；2、电路的延时现象使两个计数器不能同时工作；3、芯片与各接触点的接触不良问题；4、计数出现紊乱。2 ）产生原因：故障产生的原因很多， 情况也很复杂， 有的是一种原因引起的简单故障， 有的是多种原因相互作用引起的故障。本实验产生故障的原因主要有以下几种：1、芯片的安置位置不对，元器件损

24、坏，连接线路是发生短路或断路 （接 插件接触不良）；2、芯片的连线出现错误。3、实物连线与仿真图连线不吻合。4、线路受内在、外在干扰。6.3 检查故障的一般方法1 、直接观察法：直接观察法包括不通电检查和通电检查。检查芯片 的使用是否正确；电源电压是否符合要求；集成电路的引脚有无错接和漏 接，互碰等情况。2 、用万用表检查各芯片引脚的电平是否符合理想电平，当测量值与 正常值相差较大时，经过分析可以找到故障。3 、对比法：怀疑某一电路存在问题时，可将此电路与工作状态相同 的正常电路的参数进行一一对比，从中找到电路的不正常情况，进而分析 故障原因，判断故障点。15、部件替换法：有时故障比较隐蔽，不

25、能一眼看出，可以将仪器中的部件、元器件、等替换有故障的相应部件，以缩小故障范围。5 、短路法：用万用表测量管脚对地有无电压。6 、断路法：在断开状态用万用表测量管脚有无电压。6.4 调试结果经过重重检查，同学的帮助与老师的提示，此设计的实物调试结果最终符 合设计要求，其图如下：图 6.1 步骤三的调试状态图图 6.2 步骤四的调试状态图16第 7 章 本设计的改进7.1 改进要求在原设计的基础上，使消毒 18分钟，消毒、喷雾 12 分钟，烘干 20分钟， 报警 4 分钟与步骤值 1， 2， 3，4 一一对应（原来的设计是与 1，2，3，0 一一 对应）。7.2 设计改进的实现其不同步骤值与不同

26、的计数初值如 7-1 表11011 （此为步骤 1 态的译码值）00010001 （此为计数值 11 的 BCD）10111 （此为步骤 2 态的译码值）00011001 （ 此为计数值 19 的 BCD）01111 （此为步骤 3 态的译码值）00000011 （ 此为计数值 03 的 BCD）01111 （ 此为步骤 4态的译码值 ）00010111 （此为计数值 17的 BCD）表 7-1 步骤值与计数值的对应步骤显示为 1，2，3，4 与它对应的计数值是 17，11，19，03，而本步骤状 态的置数值是下个步骤状态的计数初值，所以 1，2，3，4 与 11，19， 03，17 对应，

27、而这种实现是通过不同的组合逻辑电路实现的， D2等于 A0和 A4的异或， D3等于 A2的非， D1等于 A1和A2的与，而电路图左起第一片 192的第 15脚与 A3连接，以实现步骤显示值与计数初值的匹配。此显示电路的连接与原来的一样，步骤显示电路则不同，要在 160 的第 12 脚接一非门， 然后接到第 9 脚，而报警显示的二级管则接标号 A4,这样就实现了 此设计改进的要求。177.3 设计改进的总电路仿真图GNDU6A3151109D0D1D2D3Q0Q1Q2Q35DN PL MRUPTCUTC74HC192U2VCCU83710291U7D0D1D2D3Q0 3Q1Q2Q3D0D1

28、D2D3Q0Q1Q214 A13 B12 C11RCO 15Q312135CLK 4111114UPTCU11:ADNPLMRTC74HC19274LS3211213ENP ENT CLK LOAD MR74LS160B1D1状态计数及显示电路LED-REDU1:A A274LS04D2LED-REDD3A3LED-REDD4A4LED-REDAY0BY1CY2Y3Y4E1Y5E2Y6E3Y7A1B2C311 A109715 A01231413123 D2CLK74HC138U13:A译码电路74LS86U12:E74LS0474LS8674S08图 7.1 改进后步骤 4 的仿真图此仿真电路

29、图在原设计的电路图上稍改实现的，在 160 第四次置数输出有 所变动，而 138 译码及组合逻辑控制电路方面也有变动。其实现的原理与原设 计差不多，只是在置数方面有所变动。187.4 设计改进的实物调试图图 7.2 改进后的步骤 2 调试状态图图 7.3 改进后的步骤 4 调试状态图经过改进电路图，然后进行仿真成功后，再是实物连接，此两图为设计改 进后调试的第二、四步骤的调试结果，左边一个数码管显示的是步骤值，右边 两个是分别对应的计数初值的显示。无论是电路的设计，还是实物的调试，都得细心，冷静沉着思考。19第 8 章 总结与体会两个星期的课程设计一眨眼就过去了 ，在这 短短的两个星期 里，我 们 完 成 了 从 电 路 的 单 元 构 思 到 整 体 设 计 到 后 来 的 设 计 完 成