數(shù)字電路報(bào)告-微波爐控制器

1、課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 課題名稱 微波爐定時(shí)控制器的設(shè)計(jì) 專 業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器1101 學(xué) 號(hào) 201101200130 班 級(jí) 1101 姓 名 張奇 指導(dǎo)教師 郭照南 2013年11月8日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù)題 目：微波爐定時(shí)控制器的設(shè)計(jì)與制作B題專業(yè)班級(jí)： 測(cè)控1101、02班學(xué)生姓名：張奇 學(xué)號(hào)：1101指導(dǎo)老師： 郭照南審 批：任務(wù)書下達(dá)日期2013年10月28日星期一設(shè)計(jì)完成日期 2013年11月8日星期五設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求一 設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)制作一個(gè)微波爐定時(shí)控制器電路，具有三檔微波加熱功能，分別表示微波加熱為烹調(diào)、烘烤、解凍，試驗(yàn)中用LE

2、D模擬。具體設(shè)計(jì)要求如下：（1） 實(shí)現(xiàn)工作步驟：復(fù)位待機(jī)設(shè)置輸出功能和定時(shí)器初值啟動(dòng)定時(shí)和工作開始結(jié)束烹調(diào)、音響提示。（2） 設(shè)置三個(gè)功能預(yù)置鍵：具有三檔微波加熱功能, 分別用三個(gè)按鍵來設(shè)置不同功能，表示微波爐工作狀態(tài)為烹調(diào)、烘烤、解凍，試驗(yàn)時(shí)分別使用三個(gè)LED來模擬輸出（三個(gè)LED不能同時(shí)亮）。（3） 設(shè)置4位時(shí)間預(yù)置鍵：用四個(gè)消抖按鍵分別進(jìn)行秒個(gè)位、秒十位、分個(gè)位和分十位的操作時(shí)間設(shè)置，采用十進(jìn)制的遞增計(jì)數(shù)方式預(yù)置定時(shí)器初值，最大預(yù)設(shè)數(shù)為99分99秒。（4） 設(shè)置開啟鍵：設(shè)定功能和時(shí)間初值后，按開啟鍵，使計(jì)時(shí)電路以秒為單位作倒計(jì)時(shí)。當(dāng)計(jì)時(shí)到時(shí)間為0則斷開微波加熱器，停止計(jì)時(shí)并給出聲音提示。

3、（5） 設(shè)置復(fù)位鍵：在工作過程中按復(fù)位鍵時(shí)，微波加熱被隨時(shí)中止，處于待機(jī)狀態(tài)，三個(gè)LED均不亮（即表示控制器輸出的微波功率控制信號(hào)為0），時(shí)間顯示電路顯示為00.00。（6） 功能擴(kuò)展（自選）；二、設(shè)計(jì)要求：1 設(shè)計(jì)思路清晰，給出整體設(shè)計(jì)框圖；2 設(shè)計(jì)各單元電路，給出具體設(shè)計(jì)思路、電路工作原理，元器件清單；完成電路仿真。3 完成總電路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)圖紙完備；4 安裝調(diào)試電路；5 寫出設(shè)計(jì)報(bào)告；主要設(shè)計(jì)條件1. 提供直流穩(wěn)壓電源、信號(hào)源、示波器等儀器；2. 提供各類TTL集成電路芯片、電阻、電容及插接件等元器件。3. 提供電子綜合實(shí)驗(yàn)裝置。 說明書格式1、 課程設(shè)計(jì)封面；2、 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書；3、

4、說明書目錄；4、 設(shè)計(jì)總體思路，基本原理和框圖；5、 單元電路設(shè)計(jì)（各單元電路圖）；6、 總電路設(shè)計(jì)（總電路圖）；7、 安裝、調(diào)試步驟；8、 故障分析與電路改進(jìn)；9、 總結(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會(huì)；10、 附錄（元器件清單）；11、 參考文獻(xiàn)；12、 課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)分表。進(jìn) 度 安 排第一周：星期一 上午 安排任務(wù)。星期一星期二：查資料、設(shè)計(jì)星期三星期四：單元電路設(shè)計(jì)和仿真，電路修改四樓現(xiàn)代設(shè)計(jì)室星期四下午：領(lǐng)取元器件和設(shè)備四樓電子綜合實(shí)驗(yàn)室 第二周：第一周星期五下午第二周星期四：安裝調(diào)試電路；四樓電子綜合實(shí)驗(yàn)室 星期四星期五：檢查硬件電路、寫總結(jié)報(bào)告,答辯。  說明書目錄一：設(shè)計(jì)思路二：倒計(jì)

5、時(shí)模塊三：置數(shù)模塊的設(shè)計(jì)四：操作和過程控制模塊五：顯示模塊六：設(shè)計(jì)總電路圖 七：微波爐控制器總圖仿真八：電路圖連線、調(diào)式和總結(jié)九：設(shè)計(jì)心得體會(huì) 十：評(píng)分表十一：附錄十二：參考文獻(xiàn)  一： 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)主要是通過Multisim 11軟件來仿真和分析，仿真成功后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室連線、調(diào)試的。為了能夠滿足使用和節(jié)能的便利的要求。微波爐控制器主要由四大模塊來夠成。第一：時(shí)間控制模塊。第二：輸入時(shí)間數(shù)據(jù)模塊（置數(shù)部分）。第三：操作和過程控制模塊。第四：動(dòng)態(tài)顯示的輸出。時(shí)間控制要設(shè)計(jì)一個(gè)具有60分和60秒的倒計(jì)時(shí)控制器來控制。最好的選擇是用四塊47LS192雙脈沖加/減同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)

6、連而成。置數(shù)部分則利用74LS192的加法脈沖輸入端來進(jìn)行加法置數(shù)，這樣可以減少電路的復(fù)雜性。在置數(shù)電路里面也要加入一些控制小電路，就更能方便的控制置數(shù)的實(shí)用性?？刂撇糠值臉?gòu)成比較復(fù)雜。電路里面要進(jìn)行開關(guān)控制和復(fù)位控制及幾種加熱方式的檔位控制及檔位燈光的顯示控制。用三個(gè)LED等來顯示三檔的加熱方式，當(dāng)工作的時(shí)候就亮著，停止工作的時(shí)候就熄滅。開關(guān)控制主要控制脈沖的輸入控制，就可以對(duì)加熱的暫停和繼續(xù)。為了清楚置數(shù)與觀察，在顯示使用8段共陰極顯示器和4線-10線譯碼器74ls48電路來實(shí)現(xiàn)。 二：倒計(jì)時(shí)模塊倒計(jì)時(shí)模塊主要由四個(gè)74LS192可編程同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)連而成。74Ls192（圖

7、1）采用8421BCD碼二十進(jìn)制碼并具有直接清零、置數(shù)、加/減計(jì)數(shù)的功能。LDN為置數(shù)端，A、B、C、D分別為輸入端默認(rèn)為高電平。DN為減法脈沖輸入，UP為加法脈沖輸入，CR是直接清零端,QA QB QC QD分別輸出端,CON為進(jìn)位端，BON為借位端。它的功能表如下圖2：   74LS192的功能表            CPUCPDLDNCLR操作*00置數(shù)110加計(jì)數(shù)110減計(jì)數(shù)*1清零  圖274LS192的圖如下LD

8、NA     7      QAB     4      QBC     l      QCD     s      QDDN     1  

9、; CONUP     9     BONCLR  2           圖160秒的倒計(jì)時(shí)級(jí)聯(lián)的方法很簡單。首先，把作為個(gè)位BO的借位輸出接到作為十位的減法時(shí)鐘輸入CPD;再把高位借位端接到兩個(gè)置數(shù)端。就是當(dāng)芯片有借位的時(shí)候就置數(shù)，在高位的置數(shù)端（A，B，C，D）接成（0110），把CPu接高電平,即高位芯片被置成6,這樣就構(gòu)成了60秒的計(jì)數(shù)器,當(dāng)個(gè)位減為零的時(shí)候就向十位借位，十位也有借位的時(shí)候就馬上置

10、數(shù)。60進(jìn)制的接法如下圖所示：              60秒進(jìn)制計(jì)數(shù)器知道2片級(jí)聯(lián)后，然后就可以把4個(gè)74Ls192級(jí)聯(lián)起來，如下圖設(shè)置一個(gè)單刀雙擲s1開關(guān)，由它可以控制該芯片是否工作還是置數(shù)。當(dāng)s1接1時(shí)，電路處于置數(shù)狀態(tài)，當(dāng)S1接脈沖時(shí)，電路處于工作狀態(tài)。U3脈沖為秒的個(gè)位的時(shí)鐘脈沖輸入，它是整個(gè)電路的主導(dǎo)者。只有它才能驅(qū)動(dòng)整個(gè)倒計(jì)時(shí)電路的工作。CPu是對(duì)芯片的置數(shù)輸入端，在設(shè)定時(shí)間的時(shí)候是通過這個(gè)輸入端來設(shè)定的。設(shè)計(jì)原理是通過74LS192的雙向性來設(shè)計(jì)的

11、。CPu原來是加法時(shí)鐘脈沖輸入的端口，每當(dāng)它輸入一次低電平，該芯片就置入1。而且當(dāng)CPd為高電平時(shí)才能工作。4片級(jí)聯(lián)的電路就可以完成了。最后就看怎么樣把分制電路和秒制電路接連起來形成一個(gè)時(shí)鐘的倒計(jì)時(shí)的控制器。用同樣的思路，把秒的十位的74LS192的借位端BON接到分的個(gè)位的的脈沖輸入CPd。  把兩個(gè)60進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器級(jí)連成具有60分和60秒的定時(shí)器。依下圖所示：圖中的左邊是60秒的計(jì)數(shù)器，右邊的是60分的計(jì)數(shù)器,。把作為秒的芯片的借位端BON接到作為分的芯片CPd端中16個(gè)輸出并排輸出。把兩個(gè)CLR連在一起是為了設(shè)計(jì)復(fù)位端（清零端）。后面的用到了非門和一個(gè)或門，當(dāng)輸出全

12、部為零的時(shí)候就從最高位BON發(fā)出一個(gè)底電平信號(hào)。BON非一下和s2接上或門輸出接上每片CLR，當(dāng)BON是底電平的時(shí)候，或門就輸出高電平，從此就清零了計(jì)數(shù)就停了，整個(gè)電路的就停止工作。     三： 置數(shù)模塊的設(shè)計(jì)   為了減少電路圖的復(fù)雜性，置數(shù)模塊很簡單，直接通過74LS192的加法時(shí)鐘脈沖輸入端來進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣就可以減少電路的復(fù)雜性。74LS192的功能看上面的倒計(jì)時(shí)模塊的介紹。電路圖可看總圖的設(shè)計(jì)原理  四：操作和過程控制模塊   操作和過程控制主要是微波爐的三檔加熱方式，一次只

13、能選擇一個(gè)檔，當(dāng)一檔開的時(shí)候就有跟該檔匹配的一個(gè)LED燈亮，當(dāng)加熱結(jié)束的時(shí)候，該燈也隨著熄滅，而且3個(gè)燈不能同時(shí)亮。該電路控制方式主要有一些門電路來實(shí)現(xiàn)。它的設(shè)計(jì)涉及到了對(duì)一些門電路的應(yīng)用。檔位控制電路原理如下圖所示：             如上圖：主要原理是通過s2、s3、s4和一些與門來實(shí)現(xiàn)對(duì)檔位的選擇。三個(gè)檔位分別接三個(gè)3輸入的與門輸入口，然后分別把s2、s3、s4的非接到s3、s4、s2接的與門的另一個(gè)輸入口上，最后把剩下的3個(gè)與門的入口串起來非一下接到，

14、上面提到的接s1的或門的出口。三個(gè)與門的出口接三個(gè)LED燈。                五： 動(dòng)態(tài)顯示模塊   為了能夠更好的保持整個(gè)電路的性能，在LED燈顯示的時(shí)候選擇顯示器顯示。顯示的原理是根據(jù)人的肉眼的暫時(shí)視覺的特性來顯示的。在比較短的時(shí)候內(nèi)顯示全部的數(shù)碼管，這樣我們的肉眼就看不出是一個(gè)一個(gè)的顯示出來的。在設(shè)計(jì)過程電腦感當(dāng)中要求能熟練的掌握8段共陰極顯示器和74LS48顯示譯碼器。具體的電路原理圖如下：  

15、電路原理主要有8段共陰極顯示器、一個(gè)74LS48顯示譯碼器。74LS48顯示譯碼器的功能是對(duì)輸入的二進(jìn)制進(jìn)行十進(jìn)制顯示。工作時(shí)一定將燈測(cè)試輸入LTN和滅零輸入/滅燈輸入BIN/RBON接高電平。A、B、C、D端是置入要進(jìn)行譯碼顯示的數(shù)據(jù)輸入端。74LS48顯示譯碼器的7個(gè)輸出端QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG接到數(shù)碼管的譯碼輸入端。   六：設(shè)計(jì)總電路圖總的電路設(shè)計(jì)是把上面的子模塊銜接起來就夠成了所需完成的電路。把倒計(jì)時(shí)的十六個(gè)輸出分別接到動(dòng)態(tài)顯示電路的十六個(gè)輸入。但是要注意：動(dòng)態(tài)顯示的輸入有四個(gè)部分（u12、u13、u14、u15）。由于線路很多比較復(fù)雜

16、，所以要仔細(xì)的連接電路。也可以用總線的方式來連接，這樣就可以減少連接的錯(cuò)誤。也便于調(diào)式的錯(cuò)誤查看。當(dāng)s1接1時(shí)，電路處于置數(shù)狀態(tài)，當(dāng)S1接脈沖時(shí)，電路處于工作狀態(tài)。U3脈沖為秒的個(gè)位的時(shí)鐘脈沖輸入，它是整個(gè)電路的主導(dǎo)者。只有它才能驅(qū)動(dòng)整個(gè)倒計(jì)時(shí)電路的工作。CPu是對(duì)芯片的置數(shù)輸入端，在設(shè)定時(shí)間的時(shí)候是通過這個(gè)輸入端來設(shè)定的，設(shè)有4置數(shù)鍵，SB1、SB2、SB3、SB4，它們分別為秒的各位，秒的十位，分的各位，分的十位置數(shù)，它們閉合時(shí)是高電平的。設(shè)計(jì)原理是通過74LS192的雙向性來設(shè)計(jì)的。CPu原來是加法時(shí)鐘脈沖輸入的端口，每當(dāng)它輸入一次低電平，該芯片就置入1，而且當(dāng)CPd為高電平時(shí)才能工作。

17、當(dāng)置數(shù)完了后，將S1接到脈沖，倒計(jì)時(shí)開始。當(dāng)輸出全部為零的時(shí)候就從最高位BON發(fā)出一個(gè)底電平信號(hào)。BON非一下和s2接上或門輸出接上每片CLR，當(dāng)BON是底電平的時(shí)候，或門就輸出高電平，從此就清零了計(jì)數(shù)就停了，整個(gè)電路的就停止工作?？傇O(shè)計(jì)電路圖如下：          七：微波爐控制器總圖仿真 電路圖設(shè)計(jì)完了一后，我們就通過Multisim 11軟件來仿真和分析，把圖畫在軟件里，運(yùn)行看看有沒有錯(cuò)誤，有錯(cuò)誤就改正后繼續(xù)仿真，直到仿真成功，成后我們把它打印出來。  八：電路圖連線調(diào)式和總結(jié)

18、   把所有的子電路模塊和總的模塊用Multisim 11軟件進(jìn)行仿真正確以后，就可以把總的電路原理到實(shí)驗(yàn)室里面進(jìn)行連線，調(diào)試。            按上面的芯片管腳把實(shí)驗(yàn)芯片插好，把線一根根接上去。把實(shí)驗(yàn)接好后可以進(jìn)行調(diào)式。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的芯片的接口很小又多，所以在接線的時(shí)候要小心。稍微不慎就會(huì)接錯(cuò)，或把芯片插壞。在接線的時(shí)候要住檢查線的問題。很多運(yùn)行不了的問題總是與數(shù)據(jù)線有關(guān)。接線的時(shí)候首先要注意是否選擇好了芯片的型號(hào)。在實(shí)驗(yàn)室的芯片上面都表明類型了的。值得注意的是

19、，有的機(jī)子本身有些硬件有問題，在接線之后要考慮下。按Multisim 11顯示的模型接好線路。接線時(shí)同一元件可以用同一色的線，以便于檢查用，免得出錯(cuò)后浪費(fèi)長時(shí)間檢查。做好以上的步驟后，就基本成功了。                     總結(jié)：    在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中。電路的設(shè)計(jì)主要有四大模塊來構(gòu)成。倒計(jì)時(shí)控制模塊、動(dòng)態(tài)掃描顯示模塊、三種檔位加熱方式模塊。設(shè)計(jì)所需要

20、掌握的內(nèi)容有對(duì)74LS192可編程同步十進(jìn)制加/減法計(jì)數(shù)器、74LS48顯示譯碼器、和一些邏輯門電路的設(shè)計(jì)。我在這個(gè)模塊的設(shè)計(jì)花了整整一個(gè)星期。可見這個(gè)模塊的重要性。最為基礎(chǔ)的也是最為主要的是倒計(jì)時(shí)模塊，這個(gè)模塊也是整個(gè)電路的核心。這個(gè)模塊的成功與失敗取決與以后的設(shè)計(jì)效率和性能。所以，在完成設(shè)計(jì)的第一步，必須把倒計(jì)時(shí)這個(gè)模塊做的非常好，所以花費(fèi)的時(shí)間也是最多的。在設(shè)計(jì)當(dāng)中所涉及到的芯片選擇，和對(duì)芯片的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用是必須的。本次設(shè)計(jì)當(dāng)中的目的還是對(duì)74LS48顯示譯碼器、74LS192可編程同步十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器、74LS16和一些邏輯門電路的掌握和應(yīng)用。這些芯片在數(shù)字電路的世界當(dāng)中是非常的普通而

21、又非常的重要的。這些也是對(duì)自動(dòng)化專業(yè)方向的基本知識(shí)的掌握。通過本次的課程設(shè)計(jì)，也讓我們間接的學(xué)會(huì)和掌握了一些軟件的應(yīng)用。比如 Multisim 11和EWB兩個(gè)以前沒見過的軟件，現(xiàn)在都基本上會(huì)用了。  九：設(shè)計(jì)心得體會(huì)兩個(gè)星期終于過去了，心地里終于放松了一點(diǎn)點(diǎn)了，在兩個(gè)星期里睡午覺的時(shí)間和吃飯的時(shí)間都被占去了。一坐在電腦旁就坐了一天。時(shí)間瞬間就過去了，可見是多么的專心。我想平時(shí)學(xué)習(xí)的時(shí)間這么的去珍惜的。那就不虛度光陰了。雖然兩個(gè)星期的設(shè)計(jì)很辛苦，但是覺得很充實(shí)很快樂，大部分的時(shí)間都在與電腦和書本度過，沒有任何煩惱。至少我沒有浪費(fèi)我的時(shí)間。通過兩個(gè)星期的設(shè)計(jì)，讓我對(duì)以前的知識(shí)

22、溫故而知新，把以前所學(xué)的知識(shí)更加的鞏固起來。上個(gè)學(xué)期學(xué)的一些芯片，很多都忘了差不多了?，F(xiàn)在利用這兩個(gè)星期來學(xué)，雖然時(shí)間是有限的，但是我能夠充分的利用這個(gè)兩個(gè)星期來看書。就像74LS138編碼器、74LS153數(shù)據(jù)選擇器、74LS48顯示譯碼器、74LS192可編程同步十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器、74LS160同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一些邏輯門電路的設(shè)計(jì)方法。以前學(xué)的這些芯片的邏輯功能根本不懂是什么意思。在動(dòng)態(tài)顯示設(shè)計(jì)的時(shí)候，我感覺這個(gè)的關(guān)卡里感受最深的了，在此之前，我還沒有懂得74LS153是個(gè)什么東西，更不用說怎么用了，雖然數(shù)字電路這本書里學(xué)過，但是書里是簡單的帶過而已，沒有特別的詳細(xì)說明。我根本不知道要用這個(gè)芯片，但是我在圖書館里看資料的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)的。通過自己的思考和參考書的知道，我學(xué)會(huì)了怎么用74LS153數(shù)據(jù)選擇器了。并真真正正的掌握了，讓我深深的體會(huì)到數(shù)字電路的世界是如此的復(fù)雜和明了。還有一些簡單的邏輯門電路的設(shè)計(jì)，在此之前，我并不怎么會(huì)設(shè)計(jì)邏輯門電路。在設(shè)計(jì)檔位燈的控制和時(shí)鐘脈沖的關(guān)段和開通以及檔位選擇的控制電路中，我通過復(fù)習(xí)以前的知識(shí)和看以前的實(shí)驗(yàn)課本，我終于應(yīng)付了設(shè)計(jì)門電路這一關(guān)。以前要設(shè)計(jì)時(shí)要寫出什么的真值表，通過真值表來設(shè)計(jì)門電路的連接。在