面包機控制電路的設(shè)計.doc

.沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計（說明書）全自動面包機控制電路的設(shè)計班 級 學(xué) 號 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 ;.沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書課 程 名 稱 電子技術(shù)綜合課程設(shè)計 課程設(shè)計題目 全自動面包機控制電路的設(shè)計 課程設(shè)計的內(nèi)容及要求：一、設(shè)計說明與技術(shù)指標本課程設(shè)計的任務(wù)是設(shè)計一個模擬面包機工作過程的控制電路，能夠?qū)崿F(xiàn)面包的自動制作。按下開始按鈕，面包機進入自動工作狀態(tài)，按照和面、休息、發(fā)酵和烤制的過程來進行面包的制作。對電路設(shè)計的具體要求如下：1. 工作方式：和面2T，休息T，和面2T，休息3T，發(fā)酵12T，烤制8T，T=5分鐘；2. 可通過按鈕手動中斷程序； 3. 整個循環(huán)結(jié)束后，蜂鳴器鳴響5聲以作提示（1kHz）。二、設(shè)計要求1在選擇器件時，應(yīng)考慮成本。加熱器、攪拌器均用發(fā)光二極管替代。2根據(jù)技術(shù)指標，通過分析計算確定電路和元器件參數(shù)。3畫出電路原理圖（元器件標準化，電路圖規(guī)范化）。三、實驗要求1根據(jù)技術(shù)指標制定實驗方案；驗證所設(shè)計的電路，用軟件仿真。2進行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。四、推薦參考資料1. 楊萍.數(shù)字電路和數(shù)字系統(tǒng)M北京：人民郵電出版社，2009年2.宋竹霞.數(shù)字電路實驗. M北京：清華大學(xué)出版社，2011年五、按照要求撰寫課程設(shè)計報告成績 指導(dǎo)教師 日期 1、 概述隨著生活水平的不斷提高，人們已不再滿足于傳統(tǒng)意義上的衣食住行。對于飲食而言，由于過快的生活節(jié)奏，迫使人們?nèi)チ晳T快餐生活。這使得我們的生活樂趣度下降，取而代之的是生存的壓力。再加上現(xiàn)在市場上的實物對于食品添加劑以及一些保鮮劑的使用，讓我們對我們的飲食充滿了擔憂。科技的發(fā)展使得人們生活得更好更快更方便。例如一臺全自動的面包機，它就可以使你在家中，很方便很快捷的做出你想要的不同成色，造型的面包。并且不同于你在外邊超市，面包房買到的面包，你完全知道你的面包由什么原料組成，不會再為添加劑等物質(zhì)所擔憂。并且它還會給你的生活提供莫大的歡樂，想想你在家中自己烤出了美味的面包，多么令人興奮啊。面包機在如今的城市生活中已經(jīng)有了一定的普及跡象，而農(nóng)村以及城中村對于面包機的使用還是寥寥無幾，但面包機的普及將是一定的趨勢，因此我們有意義將面包機設(shè)計的更加智能。 設(shè)計一個全自動面包機的控制電路，面包機的工作流程為：和面2T，休息T，和面2T，休息3T，發(fā)酵12T，烤制8T，T=5分鐘，總共有這六個工作狀態(tài)，整個循環(huán)結(jié)束后，蜂鳴器鳴響5聲以作提示。由于每個狀態(tài)的工作時間不同，所以不能直接的用振蕩器控制計數(shù)器再由譯碼器直接的輸出這六個狀態(tài)。而應(yīng)該將這六個狀態(tài)分為28等份，這時的一個脈沖周期便是T=5分鐘，由于時間T過長用震蕩期不能直接的產(chǎn)生所以由振蕩器產(chǎn)生的脈沖要進行分頻處理進而產(chǎn)生T=分鐘的周期脈沖。所有整個電路可以分為以下的幾個模塊：555構(gòu)成的多諧脈沖發(fā)生電路，分頻電路，蜂鳴器發(fā)聲電路，計數(shù)電路，譯碼電路。2、 方案論證 工作狀態(tài)結(jié)束后傳輸門開啟 蜂鳴器電路傳輸門 鳴響5聲后封鎖多諧振蕩器分頻器顯示器譯碼器計數(shù)器傳輸門 工作狀態(tài)結(jié)束后傳輸門封鎖首先要設(shè)計一個多諧振蕩器，由于要求蜂鳴器鳴響的頻率為1KHZ，所以要將多諧振蕩器的震蕩頻率設(shè)計為1KHZ。面包機的六個工作狀態(tài)分為28等份，每份的工作時間T=5分鐘，所以要將計數(shù)器的CLK脈沖周期設(shè)計為T=5分鐘，這時就需要將多諧振蕩器的震蕩頻率進行分頻處理。設(shè)計分頻電路，一般來說用計數(shù)器來組成分頻電路，此次設(shè)計中用74LS161十六進制的加法器來構(gòu)成分頻電路，每一個74LS161芯片對周期放大的最大倍數(shù)為16倍， 所以預(yù)計要用5個74LS161芯片在第5個芯片的QB端輸出最終的CLK脈沖信號，此時的放大倍數(shù)為262144，若振蕩器的周期為1ms時CLK脈沖信號周期并未達到5分鐘，所以要對多諧振蕩器的周期進行稍微的調(diào)整，稍微調(diào)大多諧振蕩器的周期即可。接下就是計數(shù)電路的設(shè)計，面包機的六個工作狀態(tài)分為28等份，所以計數(shù)電路至少要有28個狀態(tài)，用兩個74LS161芯片便可以實現(xiàn)。計數(shù)輸出要連接到譯碼電路，要對28個狀態(tài)進行譯碼操作，由于仿真軟件中并沒有現(xiàn)成的5線-32線譯碼器，只有3線-8線譯碼器，所以要用3線-8線譯碼器來組成5線-32線譯碼器。譯碼器的輸出接六個發(fā)光二極管來表示面包機的六個工作狀態(tài)。六個工作狀態(tài)結(jié)束后，這時蜂鳴器電路工作而分頻電路計數(shù)電路，譯碼電路停止工作，當蜂鳴器鳴響5聲后蜂鳴器電路也停止工作，這時只留下多諧振蕩器電路依然工作，其他電路均停止工作。三、電路設(shè)計555構(gòu)成的多諧脈沖發(fā)生電路的設(shè)計用555定時器來設(shè)計多諧振蕩器，主要是要根據(jù)要求的震蕩周期來確定電阻和電容的值，這次設(shè)計中要求震蕩周期要稍微的大于1ms,大約在1.14ms左右，所以將R1=R2置為3K，電容C置為0.18uF。如：圖1所示 圖1分頻電路的設(shè)計此次設(shè)計中用計數(shù)器來組成分頻電路，用74LS161十六進制的加法器來構(gòu)成分頻電路，每一個74LS161芯片對周期放大的最大倍數(shù)為16倍，預(yù)計要用5個74LS161芯片，在第5個芯片的QB端輸出最終的CLK脈沖信號，此時的放大倍數(shù)為262144，若振蕩器的周期為1ms時CLK脈沖信號周期并未達到5分鐘，所以要對多諧振蕩器的周期進行稍微的調(diào)整，稍微調(diào)大多諧振蕩器的周期即可，分頻器電路如：圖2所示。圖2蜂鳴器發(fā)聲電路的設(shè)計蜂鳴器是在六個工作狀態(tài)結(jié)束后才開始工作的，所以在開啟電路的時候蜂鳴器電路是不工作的，直至六個工作狀態(tài)結(jié)束后蜂鳴器電路才開始工作，蜂鳴器電路在鳴5聲后停止工作。蜂鳴器發(fā)聲電路的設(shè)計中采用一個十六進制的加法計數(shù)器74LS161來控制蜂鳴器的鳴響，將74LS161的QA輸出端輸出給蜂鳴器，采用0000-1001這10個狀態(tài)來完成5次的鳴響。由于蜂鳴器并不是一直處在工作狀態(tài)，所以用控制震蕩器輸出脈沖的方法來控制蜂鳴器的開啟與關(guān)閉，在振蕩器脈沖的輸出端和74LS161計數(shù)器CLK脈沖的輸入端之間加一個傳輸門，控制傳輸門的開關(guān)就可以控制蜂鳴器的開啟和關(guān)閉，將QB與QD端相與后接在傳輸門的控制端。如：圖3圖3計數(shù)電路的設(shè)計面包機的六個工作狀態(tài)分為28等份，所以計數(shù)電路至少要有28個狀態(tài)，用兩個74LS161芯片便可以實現(xiàn)，由于最后六個工作狀態(tài)結(jié)束以后，分頻電路，計數(shù)電路，譯碼電路要停止工作，所以在設(shè)計計數(shù)器是要多加入一個狀態(tài)，這個狀態(tài)輸出和與非門相接后反饋給振蕩脈沖輸出與分頻器CLK輸入之間的傳輸門控制端，用來控制六個工作狀態(tài)結(jié)束后分頻電路，計數(shù)電路，譯碼電路停止工作。計數(shù)器電路如下圖4所示。圖4譯碼電路的設(shè)計計數(shù)輸出要連接到譯碼電路，要對28個狀態(tài)進行譯碼操作，由于仿真軟件中并沒有現(xiàn)成的5線-32線譯碼器，只有3線-8線譯碼器，所以要用3線-8線譯碼器來組成5線-32線譯碼器。譯碼器的輸出接六個發(fā)光二極管來表示面包機的六個工作狀態(tài)。如：圖5圖54、 性能的測試1.對555構(gòu)成的多諧振蕩器脈沖周期進行測試，用示波器來測試多諧振蕩器的脈沖周期。由仿真結(jié)果可以看出，多諧振蕩器輸出脈沖的周期為1.136ms，那么經(jīng)過分頻器后脈沖的周期將會達到5分鐘。2. 實際工作中這面包機的六個工作狀態(tài)，工作的時間較長，所以不便于仿真中觀察結(jié)果，為了更方便的直觀的觀察仿真結(jié)果，對實際設(shè)計出的電路圖進行些許的該變，多諧振蕩器的脈沖周期改成10ms，不接分頻器，蜂鳴器用發(fā)光二極管代替，用發(fā)光二極管閃耀5次來代替蜂鳴器鳴響5次。3. LED1到LED6分別代表面包機的六個工作狀態(tài)，LED7代表蜂鳴器。 第一個工作狀態(tài)的仿真結(jié)果，工作時間為2T。第二個工作狀態(tài)的仿真結(jié)果，工作時間為一個T。LED7的仿真結(jié)果，由5個高電平輸出，就表示有5次的閃耀。5、 結(jié)論 通電路后，電路并不工作，然后將開關(guān)閉合，這時電路才開始工作，LED1發(fā)光2T的時間代表第一次和面的流程，LED2發(fā)光T的時間代表第一次休息的流程，LED3發(fā)光2T的時間代表第二次和面的流程，LED4發(fā)光3T的時間代表第二次休息的流程，LED5發(fā)光12T的時間代表發(fā)酵的流程，LED6發(fā)光8T的時間代表烤制的流程，接下來這部分電路停止工作，然后蜂鳴器電路開始工作，鳴響5聲后出多諧振蕩器外的電路均停止工作。6、 性價比 本實驗設(shè)計電路結(jié)構(gòu)十分簡單，進過查詢資料和商家的報價，了解到元器不但件價格十分低廉，而且易獲取，所有的材料的價格總和不到人民幣35元，最后電路運行可靠。所以本實驗可實現(xiàn)性較高，性價比較高。7、 課設(shè)體會及合理化建議一開始拿到任務(wù)書的時候，個人覺得這次電路課程設(shè)計的是比較復(fù)雜的。剛開始做的時候還是感到無從下手。于是在圖書館和網(wǎng)上查閱相關(guān)的資料，再運用自己在課堂上學(xué)習的數(shù)字電路的知識，也慢慢有了一些初步的模型。同時這也是我再一次接觸Multisim軟件。在整個電路的設(shè)計過程中，花費時間最多的過程應(yīng)該是各個單元電路的連接及電路的細節(jié)設(shè)計。在多種方案的選擇中，仔細比較分析各個芯片的原理以及可行性，最后在仿真軟件上通過多次對電路的改進，終于使整個電路可穩(wěn)定工作。在設(shè)計電路過程中，深刻地體會到在設(shè)計過程中，連接電路和選擇元件是非常復(fù)雜和繁瑣的，在這個過程中很容易產(chǎn)生錯誤，這個時候人也非常的煩躁，也會想到放棄，但是再要靜下心來，分析電路的結(jié)構(gòu)，了解電路的原理，最后仔細地檢查電路，就可以找到問題的根源。設(shè)計電路模塊階段，這個階段可以說是考察數(shù)字電書路書本知識的階段。所有的設(shè)計方法還有步驟在書本上都有，每個元件的引腳圖和功能表也需要自己查閱。如果遇到某個芯片在書本上查不到，就需要查閱課外資料來了解了。所以這個階段的問題也不是很大，耐心一些就也可以把電路設(shè)計出來。連接仿真電路階段，也可以說是這次設(shè)計中最重要的部分，需要靈活運用Multisim這款設(shè)計電路軟件，也熟練了這軟件的運用，了解了基本電路元件的屬性、代號，掌握了基本電路的繪制要求。通過本次的數(shù)電課程設(shè)計我收益匪淺，在仿真過程中，我把理論知識靈活地運用起來，并在調(diào)試中運用所學(xué)知識解決遇到的各種各樣的問題，電路的調(diào)試提高了我發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。自己親力親為的進行這次課程設(shè)計這在我地腦海中留下深刻的印象，這個小小的課程設(shè)計讓我可以熟練的操作和使用仿真軟件，也了解了不少器件的功能的應(yīng)用，同時加深了對數(shù)字電路認識和理解。整個過程基本上都是我一個人獨立完成的，雖簡單，但收獲不小，發(fā)現(xiàn)調(diào)試的過程中的問題并不是想象中的那樣簡單，需要耐心、仔細的分析電路圖。在調(diào)試的過程中，通過排除故障，我學(xué)到了許多經(jīng)驗，這些是書本上學(xué)不到的。鞏固和運用了課程中所學(xué)的理論知識和實驗技能，基本掌握了常用電子電路的一般設(shè)計方法，提高了設(shè)計能力和實驗技能。這樣的課程設(shè)計很能培養(yǎng)我的能力，讓我學(xué)習到了不同與書本的知識以及提高了我運用軟件進行仿真的能力。 參考文獻1.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 范文兵 清華大學(xué)出版社 20072.數(shù)字電路邏輯設(shè)計（第三版） 王毓銀 高等教育出版社 20053.數(shù)字電路實驗基礎(chǔ) 崔葛瑾 同濟大學(xué)出版社 20054.數(shù)字電路實驗與課程設(shè)計 呂思忠、施齊云 哈爾濱工程大學(xué)出版社 20015.Multsim9在電工電子技術(shù)中的應(yīng)用 董玉冰 清華大學(xué)出版社 2008附錄I 總電路圖附錄II 元器件清單序號編號名稱型號數(shù)量1U1 U2 U3 U4 譯碼器74ALS13842U5A反相器74ALS04BM13U6 U7計數(shù)器74ALS161BM24U8A四輸入與非門74LS2