電熱水器預熱加熱

1、沈 陽 工 程 學 院課 程 設 計設計題目： 電熱水器預熱加熱 系 別 自動控制工程系 班級 學生姓名 學號 指導教師 張玉梅、秦宏 職稱 講師/副教授 起止日期：2012 年 8 月 27日起至 2012年 8月 31 日止沈陽工程學院課程設計任務書課程設計題目： 電熱水器預熱加熱 系 別 自動控制工程系 班級 學生姓名 學號 指導教師 張玉梅、秦宏 職稱 講師/副教授 課程設計進行地點： F102 任 務 下 達 時 間：2012 年 8 月 25 日 起止日期：2012 年 8 月27日起至 8 月 31 日止 教研室主任 曲延華 2012 年 8 月 26 日批準電熱水器預約加熱電路

2、1 設計主要內容及要求1.1 設計目的：（1）掌握預約加熱的構成、原理與設計方法；（2）熟悉集成電路的使用方法。1.2 基本要求（1）設計秒脈沖產生信號；（2）顯示時、分、秒，以24小時制顯示（3）可人為設置預約時間；（4）加熱時間設定為40分鐘，而后停機。1.3 發(fā)揮部分（1）多組預約時間；（2）加熱時間可調整（3）其他。2 設計過程及論文的基本要求：2.1 設計過程的基本要求（1）基本部分必須完成，發(fā)揮部分可任選2個方向：（2）符合設計要求的報告一份，其中包括邏輯電路圖；（3）設計過程的資料、草稿要求保留并隨設計報告一起上交；報告的電子檔需全班統(tǒng)一存盤上交。2.2 課程設計論文的基本要求（

3、1）參照畢業(yè)設計論文規(guī)范打印，包括報告中的所有電路圖。（2）裝訂順序：封面、任務書、成績評審意見表、中文摘要、關鍵詞、目錄、正文（設計題目、設計任務、設計思路、設計框圖、各部分電路及參數計算、工作過程分析、元器件清單、主要器件介紹）、小結、參考文獻、附錄（邏輯電路圖）。3 時間進度安排順序階段日期計 劃 完 成 內 容備注12012.8.27講解主要設計內容，學生根據任務書做出原始模塊圖打分22012.8.28講解如何繪制邏輯原理圖并檢查及修正模塊圖打分32012.8.29講解計算機仿真軟件的應用及如何對電路進行仿真打分42012.8.30講解設計報告的書寫及繼續(xù)修正邏輯原理圖,布置答辯打分5

4、2012.8.31檢查報告完成情況、答辯打分2012-8-26沈 陽 工 程 學 院數字電子課程設計成績評定表系（部）： 自控系 班級： 測控本101 學生姓名： 康雨惠 指 導 教 師 評 審 意 見評價內容具 體 要 求權重評 分加權分調研論證能獨立查閱文獻,收集資料；能制定課程設計方案和日程安排。0.15432工作能力態(tài)度工作態(tài)度認真，遵守紀律，出勤情況是否良好，能夠獨立完成設計工作， 0.25432工作量按期圓滿完成規(guī)定的設計任務，工作量飽滿，難度適宜。0.25432說明書的質量說明書立論正確，論述充分，結論嚴謹合理，文字通順，技術用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備，書寫工整規(guī)范。

5、0.55432指導教師評審成績（加權分合計乘以12） 分加權分合計指 導 教 師 簽 名： 年 月 日評 閱 教 師 評 審 意 見評價內容具 體 要 求權重評 分加權分查閱文獻查閱文獻有一定廣泛性；有綜合歸納資料的能力0.25432工作量工作量飽滿，難度適中。0.55432說明書的質量說明書立論正確，論述充分，結論嚴謹合理，文字通順，技術用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備，書寫工整規(guī)范。0.35432評閱教師評審成績（加權分合計乘以8）分加權分合計評 閱 教 師 簽 名： 年 月 日課 程 設 計 總 評 成 績分中 文 摘 要 在科技迅速發(fā)展的今天，晶體管技術和半導體集成電路技術飛速發(fā)

6、展，電子技術已成為當今科學技術領域中最活躍的學科之一。 本次課程設計的題目是電熱水器預熱加熱電路，它的功能主要是時鐘顯示和預約加熱。主要是通過電路比較器之間的比較來實現(xiàn)電熱水器的預約加熱的。主要元器件之一是555振蕩器，他的功能是產生秒脈沖信號，他產生的是 1MHZ 的秒脈沖信號，我們需要的是1HZ 的秒脈沖信號，這就需要我們將1MHZ 的秒脈沖信號轉換成1HZ 的秒脈沖信號，我們用了 6 個十進制計數器把 1MHZ 秒脈沖信號轉換成 1HZ 的秒脈沖信號，之后就可以輸入到時鐘電路和定時電路了。時鐘電路是由計數器和譯碼顯示器組成，計數器通過不同的組合接線連接成六十進制計數器和二十進制計數器，由

7、此構成時鐘的小時和分秒鐘。輸入的秒信號脈沖為 1HZ，有利于提高時鐘的準確性和穩(wěn)定性，確保時鐘的正常工作。定時電路顯示原理和時鐘的一樣，可以直接設置時間，這樣從時鐘電路中輸出一個脈沖信號，從定時電路中輸出一個脈沖信號，這兩個信號分別進入一個比較器，然后經過比較確定輸出信號，當兩個脈沖信號電位相同時，經過與門電路系統(tǒng)作用后，輸出的是高電位，電路開始加熱，當兩個脈沖信號電位不同時，經過與門電路系統(tǒng)作用后，輸出的是低電位，電路停止加熱或不加熱。且設置的時間為四十分鐘，這就實現(xiàn)了電熱水器預約加熱的目的，更加方便我們的生活。 關鍵詞 脈沖，計數器，譯碼顯示器，寄存器，比較器 目 錄 TOC o 1-3

8、h z u HYPERLINK l _Toc335141177 課程設計任務書 PAGEREF _Toc335141177 h II HYPERLINK l _Toc335141178 數字電子課程設計成績評定表 PAGEREF _Toc335141178 h IV HYPERLINK l _Toc335141179 中 文 摘 要 PAGEREF _Toc335141179 h V HYPERLINK l _Toc335141180 1 設計任務描述 PAGEREF _Toc335141180 h 1 HYPERLINK l _Toc335141181 1.1 設計題目：電熱水器的預約加熱電

9、路 PAGEREF _Toc335141181 h 1 HYPERLINK l _Toc335141182 1.2 設計要求 PAGEREF _Toc335141182 h 1 HYPERLINK l _Toc335141183 1.2.1 設計目的 PAGEREF _Toc335141183 h 1 HYPERLINK l _Toc335141184 1.2.2 基本要求 PAGEREF _Toc335141184 h 1 HYPERLINK l _Toc335141185 1.2.3 發(fā)揮部分 PAGEREF _Toc335141185 h 1 HYPERLINK l _Toc335141

10、186 2 設計思路 PAGEREF _Toc335141186 h 2 HYPERLINK l _Toc335141187 3 設計方框圖 PAGEREF _Toc335141187 h 3 HYPERLINK l _Toc335141188 4 各部分電路設計及參數計算 PAGEREF _Toc335141188 h 4 HYPERLINK l _Toc335141189 4.1秒脈沖產生信號電路設計及參數計算 PAGEREF _Toc335141189 h 4 HYPERLINK l _Toc335141190 秒脈沖產生信號設計 PAGEREF _Toc335141190 h 4 HY

11、PERLINK l _Toc335141191 秒脈沖信號的參數計算 PAGEREF _Toc335141191 h 4 HYPERLINK l _Toc335141192 4.2時鐘的計數譯碼顯示及參數計算 PAGEREF _Toc335141192 h 5 HYPERLINK l _Toc335141193 時鐘譯碼顯示電路的設計 PAGEREF _Toc335141193 h 5 HYPERLINK l _Toc335141194 時鐘譯碼顯示電路的參數計算 PAGEREF _Toc335141194 h 6 HYPERLINK l _Toc335141195 4.3定時部分的設計及參數

12、計算 PAGEREF _Toc335141195 h 6 HYPERLINK l _Toc335141196 定時部分的電路設計 PAGEREF _Toc335141196 h 7 HYPERLINK l _Toc335141197 4.4控制電路部分的設計及參數計算 PAGEREF _Toc335141197 h 7 HYPERLINK l _Toc335141198 控制電路部分的設計 PAGEREF _Toc335141198 h 7 HYPERLINK l _Toc335141199 4.5比較電路部分的設計和參數計算 PAGEREF _Toc335141199 h 8 HYPERLI

13、NK l _Toc335141200 比較電路部分的設計 PAGEREF _Toc335141200 h 8 HYPERLINK l _Toc335141201 5 工作過程分析 PAGEREF _Toc335141201 h 9 HYPERLINK l _Toc335141202 6 元器件清單 PAGEREF _Toc335141202 h 10 HYPERLINK l _Toc335141203 7 主要元器件介紹 PAGEREF _Toc335141203 h 11 HYPERLINK l _Toc335141204 7.1 555定時器 PAGEREF _Toc335141204 h

14、 11 HYPERLINK l _Toc335141205 功能介紹 PAGEREF _Toc335141205 h 11 HYPERLINK l _Toc335141206 7.2計數器74LS160N PAGEREF _Toc335141206 h 13 HYPERLINK l _Toc335141207 引腳圖 PAGEREF _Toc335141207 h 13 HYPERLINK l _Toc335141208 功能表 PAGEREF _Toc335141208 h 13 HYPERLINK l _Toc335141209 功能介紹 PAGEREF _Toc335141209 h 1

15、4 HYPERLINK l _Toc335141210 7.3比較器74HC85 PAGEREF _Toc335141210 h 15 HYPERLINK l _Toc335141211 引腳圖 PAGEREF _Toc335141211 h 15 HYPERLINK l _Toc335141212 功能表 PAGEREF _Toc335141212 h 15 HYPERLINK l _Toc335141213 介紹 PAGEREF _Toc335141213 h 15 HYPERLINK l _Toc335141214 7.4數碼顯示器 PAGEREF _Toc335141214 h 16

16、HYPERLINK l _Toc335141215 引腳圖 PAGEREF _Toc335141215 h 16 HYPERLINK l _Toc335141216 介紹 PAGEREF _Toc335141216 h 16 HYPERLINK l _Toc335141217 小 結 PAGEREF _Toc335141217 h 17 HYPERLINK l _Toc335141218 致 謝 PAGEREF _Toc335141218 h 18 HYPERLINK l _Toc335141219 參考文獻 PAGEREF _Toc335141219 h 19 HYPERLINK l _To

17、c335141220 附 錄 PAGEREF _Toc335141220 h 20 HYPERLINK l _Toc335141221 A1 邏輯電路圖 PAGEREF _Toc335141221 h 201 設計任務描述1.1 設計題目：電熱水器的預約加熱電路1.2 設計要求 每個選題最多只允許8人進行設計，每題的n個設計必須保證不雷同包括設計和報告；否則，輕微雷同的影響成績，嚴重的不及格。盡量能夠進行仿真驗證運行，仿真工具可自選MultiSim/ModelSim/QuartusII/ISE/Protous中之一。 設計目的(1) 掌握預約加熱的構成、原理與設計方法；(2) 熟悉集成電路的使

18、用方法。 基本要求(1)設計秒脈沖產生信號；(2)顯示時、分、秒，以24小時制顯示；(3)可人為設置預約時間；(4)加熱時間設定為40分鐘，而后停機。 發(fā)揮部分 2 設計思路 此次設計的題目是電熱水器預約加熱電路，它由石英晶體振蕩器，分頻器，計數器，寄存器，比較器，顯示器等組成。工作原理： 1.秒脈沖信號產生電路：由555定時器產生頻率為1kHZ的信號，經3個10分頻 電路，此時信號頻率為1HZ。 2.時鐘顯示電路：脈沖信號進入6個計數器，分別是十進制和六進制組成六十進制；十進制和六進制組成六十進制；四進制和六進制組成二十四進制，分別接連七段顯示器，與石英晶體振蕩器組成了數字時鐘。 3. 時間

19、預置電路：由二十四進制計數器和顯示器組成，顯示在譯碼器上。 4.比較電路：預約的時間與時鐘顯示的時間相同時，控制電路加熱四十分鐘，燈泡發(fā)亮。 3 設計方框圖分頻器555定時器時鐘計數器譯碼顯示器預置計數器譯碼顯示器 比較器控制加熱電路4 各部分電路設計及參數計算 4.1秒脈沖產生信號電路設計及參數計算 圖4.1秒脈沖產生信號秒脈沖產生信號設計本電路選擇的為555定時器，對于時鐘的秒脈沖信號，要求產生的頻率的脈沖波形穩(wěn)定性高，這樣才可以使時鐘準確無誤，所以我選擇石英晶體振蕩器。石英晶體振蕩器產生頻率為1kHZ的信號，經過3個十分頻的電路，使信號頻率變?yōu)?HZ，即為秒脈沖信號。秒脈沖信號的參數計算

20、555定時器輸出脈沖信號參數的計算。輸出高電平的持續(xù)時間是電容從上升到 所需的時間，它與充電回路的時間常數 相關，近似計算公式為： 輸出低電平的持續(xù)時間是電容電壓從下降到所需的時間，它與放電回路的時間常數相關，近似計算公式為：矩陣波振蕩周期的近似計算公式為：=+=矩陣波振蕩頻率的近似計算公式為：= 將各個變量的值代入上式可得=1KHz，得到1KHz再用分頻電路，只用三片10進制計數器，每片計數器可將脈沖信號的大小縮小10倍，最后得到1Hz的脈沖信號，供CP應用。實現(xiàn)秒的計時功能。4.2時鐘的計數譯碼顯示及參數計算 圖4.2時鐘譯碼顯示電路 時鐘譯碼顯示電路的設計 時間計數器電路由秒個位、秒十位

21、、分個位、十分位十個位和時十位計數器電路組成。其中秒個位和秒十位計數器，分個位和分十位計數器為60進制計數器，十個位和時十位為24進制計數器。計數器直接與譯碼顯示器相連，以顯示時間。此部分電路采用了6個74LS160和六個七段數碼顯示管實現(xiàn)，譯碼的部分運用反饋清零法實現(xiàn)。 時鐘譯碼顯示電路的參數計算 根據74LS160N計數器的特點，QD、QC、QB、QA分別為0、1、1、0時，為六進制，應為74LS160N計數器為十進制器，所以這兩個計數器相接時，就構成了六十進制計數器，為了使到60變00(由于60變得快，看不見)，將為1的用與非門連接，另一端接CLR（置零端），當數字為60變?yōu)?；QD、Q

22、C、QB、QA分別為0、1、0、0，為四進制，QD、QC、QB、QA分別為0、0、1、0二進制，所以這兩個計數器相連接，就構成了二十四進制，為了使到24變00(由于24變得快，看不見)將為1的接與非門，CLR再與與非門相接，到24就可以變?yōu)?。4.3定時部分的設計及參數計算圖4.3定時部分的電路定時部分的電路設計 本電路的可以設置定時小時時間，再通過顯示器顯示。達到了預約的目的。4.4控制電路部分的設計及參數計算圖4.4控制電路控制電路部分的設計 時鐘時間與預約時間通過比較器比較，當時間相同時，比較器輸出高電平時，燈泡發(fā)光，同時控制電路開始加熱。加熱電路由四個74LS160組成，如上圖所示。計

23、時時間為四十分鐘，加熱時間為四十分鐘。4.5比較電路部分的設計和參數計算 圖4.5比較部分電路比較電路部分的設計比較電路是由兩個比較器組成，對日常時鐘與預置時間進行比較，相等時輸出為高電平“1”，把四個輸出結果經過與門，再與單穩(wěn)態(tài)電路輸出脈沖信號相與。輸出結果為高電平“1”時，熱水器開始加熱；輸出結果為低電平“0”時，熱水器停止加熱，并且加熱時間為40分鐘。 5 工作過程分析 本電路為電熱水器預約加熱電路，能夠實現(xiàn)24小時計時系統(tǒng)，分和秒的周期為60，滿59向前一位進一，整體的顯示刻度為23時59分59秒。本電路可以預置熱水器使用時間的功能，并且可設定加熱時間為40分鐘。 本系統(tǒng)的設計電路由秒

24、脈沖產生電路、時鐘電路、定時電路、加法電路、比較電路組成。石英晶體振蕩電路產生1MZ的信號，然后經過6個74LS160N進行分頻產生了1HZ的秒脈沖信號。然后秒脈沖信號連入時鐘電路，秒脈沖器計滿60個CP后，其60進位輸出作為分計數器的時鐘，向分計數器進位，使分計數器計數計數；當分計數器計滿60后再向時計數器進位。譯碼顯示電路由譯碼器直接顯示。定時電路由2個74LS160組成，輸出連在寄存器上，可以顯示時間。當時鐘的時間與定時器時間相同時，輸出高電平，控制電路開始工作加熱四十分鐘后自動斷開。從而實現(xiàn)了預置加熱的目的，方便了生活。 6 元器件清單 序號元件名稱規(guī)格數量1555定時器5G555 1

25、 2計數器74LS160N 193比較器74HC85AN 24與非門7400N 115與門NC7S08_3V 26顯示器DCD_HEX_BLUE 87電阻1K 18電容10pF 27 主要元器件介紹7.1 555定時器功能介紹詞名：555 timer中文解釋：555定時器來歷：555 timer555 定時器是一種模擬和數字功能相結合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅動電流約為 200m

26、A，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。 555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖 和圖 2.9.2 所示。它內部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3 555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電

27、壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 A1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，A2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。概述:是美國Signetics公司1972年研制的用于取代機械式定時器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設計有三個5k的電阻而得名。此電路后來竟風靡世界。目前，流行的產品主要有4個：BJT兩

28、個：555，556（含有兩個555）；CMOS兩個：7555，7556（含有兩個7555）。 555定時器可以說是模擬電路與數字電路結合的典范。 兩個比較器 C1和 C2各有一個輸入端連接到三個電阻R組成的分壓器上，比較器的輸出接到RS觸發(fā)器上。此外還有輸出級和放電管。輸出級的驅動電流可達200mA。 比較器C1和C2的參考電壓分別為UA和UB，根據C1和C2的另一個輸入端觸發(fā)輸入和閾值輸入，可判斷出RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。當復位端為低電平時，RS觸發(fā)器被強制復位。若無需復位操作，復位端應接高電平。,功能表輸入輸出閥值輸入VccVcc觸發(fā)輸入VccVcc復位0111輸出010不變放電管T導通截止

29、導通不變各引腳功能1腳：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。2腳：低觸發(fā)端3腳：輸出端Vo4腳：是直接清零端。當端接低電平，則時基電路不工作，此時不論、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。6腳：TH高觸發(fā)端7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。7.2計數器74LS160N引腳圖 功能表

30、CP（）預置LOAD使能清零 00 0 0 00 1A B C DA B C D10 11保 持11 01保 持11 11計 數功能介紹它是很常見的的十進制計數器，異步清零端LOAD，當它為低電平時，無論其它輸入端是何狀態(tài)（包括時鐘信號CLK），都使片內所有的觸發(fā)器狀態(tài)置零，只有在LOAD接入高電平是才起作用。并行置數使能CLR，只需在LOAD之前保持低電平，數據輸入端DA的邏輯值便能在CLK下降沿到來后置入片內4個相應的觸發(fā)器中。由于該操作與CLK下降沿同步，且DA的數據同時置入計數器，CLR置數操作具有次高優(yōu)先級，僅低于LOAD，計數和保持操作時都需要求為1 ；數據輸入端，在LOAD上升沿

31、到來前至少提前將預置數據擺在DA輸入端，且CLK=0，則下降沿到來后，DA便置入觸發(fā)器。計數使能CEP只要在下降沿到來前至少一個建立時間期間內保持高電平，且CET=1，下降沿就能使計數器進行一次計數操作。CEP主要控制本芯片的計數操作。計數使能CET，該信號和CEP做與運算后實現(xiàn)對本芯片的計數控制，當CEP=0，即兩個計數使能端中有0時，不管有無脈沖作用，計數器都將停止計數，保持原有狀態(tài)；當LOAD=CLR=CET=CEP=1時處于計數狀態(tài)。與CEP不同的是，CET還直接控制著進位輸出信號RCO。計數輸出QDQA計數器中4個觸發(fā)器的Q端狀態(tài)輸出。進位信號RCO，只有當CET=1且QDQA=11

32、11時，RCO才為1；當清零信號為0時，各觸發(fā)器置0，當清零信號為1時，若預置為0，在下一個時鐘脈沖下降沿到來后，各觸發(fā)器的輸出狀態(tài)與預置的輸入數據相同。在清零和預置都為1的條件下，若使能端為1，則電路處于計數狀態(tài)。直到使能端為0時當需要不同的進制時，如：1.你需要六進制計數器時，可以將、接到CLR端，這樣當到0、1、1、0時，就會自動清零，就可以變成六進制計數器了；2.當你需要四進制計數器時，可以將 接到CLR端，當到0、1、0、0時，清零，就變成了四進制計數器了； 3.當你需要二進制計數器時，將接到CLR端，當到0、0、1、0時，清零，就變成了二進制計數器。7.3比較器74HC85 7.3.1引腳圖 7.3.2功能表輸入輸出A3 B3A2 B2A1 B1A0 B