數電消毒柜設計

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1、 目 錄第1章 緒論1第2章 設計內容及方案選擇22.1 設計內容22.2 方案選擇22.2 總體設計思路32.3 系統(tǒng)的總體框圖3第3章 元器件的原理及使用方法43.1 74LS160芯片的介紹43.2 74LS138譯碼器的介紹53.3 74LS192芯片的介紹63.4 74LS04六非門73.5 74LS32四2輸入或門7第4章 單元電路的設計84.1 計數顯示電路84.2 步驟顯示電路94.3 譯碼置數控制電路單元10第5章 系統(tǒng)仿真電路圖及結果115.1 系統(tǒng)仿真圖115.2 系統(tǒng)總電路圖13第6章 電路實物連接與調試146.1 電路安裝與調試146.1.1電路安裝146.1.2 電

2、路調試方法146.2 故障分析156.2.1 常見的故障現象及原因156.3 檢查故障的一般方法156.4 調試結果16第7章 本設計的改進177.1 改進要求177.2 設計改進的實現177.3 設計改進的總電路仿真圖187.4 設計改進的實物調試圖19第8章 總結與體會20附錄21附錄1 元器件清單21附錄2 參考文獻21第1章 緒論早些年，SARS、禽流感、手足口病等傳染疫情猶如高懸人們頭頂的一把利劍，時刻威脅著人們的身體健康。這不得不使人們對流感疫情提高警惕，積極采取預防措施。由于預防流感關鍵是要注意衛(wèi)生、隔離病菌，大家都把消毒放在預防的首位。隨著越來越多的人選擇在家里就餐，平時容易被

3、人們忽略的消毒柜便派上了大用場。消毒柜在人們的健康生活中扮演著越來越重要角色，與人們的飲食安全息息相關?；趪鴥韧鈱ο竟竦难芯看篌w分為三個方向：首先是基于溫度控制，通過對溫度的控制來達到消毒的目的分為高溫型電子消毒柜殺和低溫型消毒柜，其次是市場上的一些通過臭氧消毒，最后就是通過紫外線消毒的消毒柜。 早在1999年消毒柜也出現過行業(yè)的第一次真正意義上的整合。那時以“殺甲肝、殺乙肝”為兩星標準，強制性淘汰了一些干燥柜產品及雜牌廠家。此達標運動也在一定程度上整肅了雜亂無章生產秩序和競爭狀態(tài)，促進了消毒柜行業(yè)大轉型、大調整。 與此同時的是，國家為了引領行業(yè)健康發(fā)展，規(guī)范競爭秩序，積極發(fā)揮政策導向的職

4、能。國家衛(wèi)生部先后在消毒柜行業(yè)內采取中華預防醫(yī)學會權威認證，推出“國家健康金橋重點工程”產品，希望通過品牌的塑造使行業(yè)走上健康發(fā)展之路。國人心中，消毒柜并沒有同冰箱、電飯煲等成為廚房中的必備產品，還沒有真正認識到消毒柜的消毒、儲存、保潔的功能。目前我國大部分家庭普遍采用磚砌或木制的廚柜存放餐具，這傳統(tǒng)的方法根本抵御不了各種細菌的侵襲，極容易造成病從口入而危害身體健康。消毒柜的誕生使這傳統(tǒng)的廚柜得以替代，消毒柜采用全封閉的貯藏室，并具有消毒功能，效果顯著，有效地把好病從口入關，徹底宣布了傳統(tǒng)廚柜的過去。經過十五多年的發(fā)展，消毒柜行業(yè)在工藝方面已經日漸成熟。產品從當初笨拙、單調的設計到目前市場上流

5、行的數碼溫控、數碼平面等，并朝著簡約化、數碼化、時尚化方向發(fā)展?？梢哉f，消毒柜行業(yè)已基本成熟。本設計內容就是一個消毒柜的基本設計。第2章 設計內容及方案選擇2.1 設計內容設計消毒碗柜控制電路,完成下列工作流程:開機消毒消毒,加噴水霧消毒關, 噴水霧關，烘干完成烘干關,指示燈亮報警1.時間要求: 消毒18分鐘, 噴水霧12分鐘, 烘干20分鐘,指示燈亮4分鐘報警；2.要求用七段顯示器顯示每個步驟時間（以分鐘為單位）.并用發(fā)光二極管A、B、C和D分別表示消毒工作、噴水霧工作、哄干工作、指示燈亮報警；3要求用發(fā)光二極管顯示每個運行步驟。2.2 方案選擇方案一：基于AT89C51單片機的智能控制，用

6、其內部定時器定時中斷實現時序的控制，數碼管顯示。方案二：用74LS192進行遞減計數，74LS138直接譯碼顯示及各種組合邏輯電路控制。方案三：用74LS192進行計數，74LS138進行譯碼選擇，373鎖存器儲存各種計數初值。由于方案一所用到的AT89C51價格較貴，而且此設計要求是基于各種組合邏輯電路所實現的，從經濟效益方面不宜考慮此方案。由于方案三比方案二多用了鎖存器，從電路結構及設計的經濟效益考慮，本設計選擇方案二。2.2 總體設計思路本設計由一片十進制計數器74LS160構成模4用來進行步驟顯示，其脈沖信號由兩片同步十進制計數器74LS192的借位信號控制，而兩片192用來做減數計數

7、及顯示，而置數則由160的輸出信號經過74LS138譯碼，然后通過組合邏輯電路的控制，輸入到192的輸入端實現的。步驟的狀態(tài)顯示則通過四個發(fā)光二極管顯示的。此設計還有一個啟動開關，要閉合此開關才能實現系統(tǒng)的運轉。2.3 系統(tǒng)的總體框圖顯示電路計數電路組合邏輯控制步驟顯示 圖2.1 系統(tǒng)總體框圖先給160設初值，其消毒、消毒,加噴水霧、消毒關, 噴水霧關，烘干、烘干關,指示燈亮報警四個狀態(tài)用1，2，3，0來顯示，其輸出信號經過138譯碼及組合邏輯控制電路，輸送到192的輸入端，讓它分別對應四種不同的置數初值分別為17，11，19，03，（在此說明一點，因為192做遞減時，要減到0，才有借位信號的

8、出現，所以數值18，12，20，04的初值分別為17，11，19，03。）而192的借位信號當作160的脈沖信號，讓在不同的計數狀態(tài)顯示不同的步驟。如此循環(huán)，只有斷開啟動開關，才終止系統(tǒng)的運作。第3章 元器件的原理及使用方法3.1 74LS160芯片的介紹74LS160，是一個十進制的計數器，它具有異步清零端與同步置數端。1.異步清零功能：只要（CR的非）有效電平到來，無論有無CP脈沖，輸出為“0”。清零端是低電平有效。其引腳圖如圖3.1，其功能表圖如圖3.2。2.同步設置功能：當（LD的非）為有效電平時，計數功能被禁止，在CP脈沖上升沿作用下D0D3的數據被置入計數器并呈現在Q0Q3端。圖3

9、.1 74LS160引腳圖圖3.2 74LS160功能表圖設計中所需四個步驟，因此可以將74ls160連接成4進制的加法計數器實現，輸出信號給74ls138經譯碼及組合邏輯控制，從而置出需要的數值。而160的cp信號又由192來控制，實現循環(huán)。3.2 74LS138譯碼器的介紹 實現譯碼功能的電路稱為譯碼器。74LS138的輸入是二進制的代碼，輸出是一組高低電平信號，每輸入一組不同的代碼，只有一個輸出端呈現有效信號，故通常稱為多一譯碼器。其引腳圖如圖3.3，其功能表圖如圖3.4。圖3.3 74LS138的引腳圖圖3.4 74LS138的功能表圖由74LS138的功能表看出每次輸出只有一個低電平

10、，則可以利用這個特性，和門組合邏輯電路組合可以給計數器置數。而且連接上發(fā)光二極管可以用來表示各步順序運行情況。3.3 74LS192芯片的介紹 74LS192是一個同步十進制可逆計數器，同步計數是在同一時刻（CP的上升沿）發(fā)生的，該計數器是可逆的，可以作加法計數，也可以作減法計數器，它有進位與借位輸出，可進行多位串接計數。其引腳圖如圖3.5，其功能表圖如3.6 。圖3.5 74LS192的引腳圖圖3.6 74LS192的功能表圖由192的功能表得知，該元件有置數和清零功能，它有進位與借位輸出，因此可以通過這2個端口來實現2片192之間的聯級，從而計數輸出2位數。3.4 74LS04六非門1、7

11、4lLS04的引腳圖如圖3.7 ：圖3.7 74LS04的引腳圖2、74LS04的功能：74ls04是6非門(反相器)他的工作電壓5V，他的內部含有6個coms,反相器的作用就是反相把1變成0。3.5 74LS32四2輸入或門1、74ls32的引腳圖 ：圖3.8 74LS32的引腳圖2、74lLS32的功能：74LS32是四2輸入或門，常用在各種數字電路以及單片機系統(tǒng)中。 表達式為：Y=A+B第4章 單元電路的設計4.1 計數顯示電路圖4.1 計數顯示電路原理圖該單元電路由兩片74ls192和8段共陰數碼管組成。其中2片74ls192級聯成2位的計數器，192的輸出端對應接數碼管的輸入端?？娠@

12、示四種不同的計數初值，分別為17，11，19，03，而置數則是由74ls138譯碼及不同的組合邏輯電路實現的。4.2 步驟顯示電路圖4.2 步驟顯示電路原理圖該單元電路由一片74ls160構成4進制來顯示對應的四種步驟狀態(tài)，與計數值分別對應1，2，3，0四種不同的步驟顯示，而四個發(fā)光二極管與四種步驟一一對應，D1為消毒，D2為噴霧，D3為烘干，D4為報警。其實現原理：先給160置數，其輸出信號經138譯碼及組合邏輯電路得到192計數初值，而192的借位信號輸入160的脈沖端，如此循環(huán)。4.3 譯碼置數控制電路單元圖4.3 譯碼置數控制電路原理圖該單元是步驟顯示與計數初值的橋梁紐帶，其不同步驟值

13、與不同的計數初值如4-1表1101 （此為步驟1態(tài)的譯碼值）00010001 （此為計數值11的BCD）1011 （此為步驟2態(tài)的譯碼值）00011001 (此為計數值19的BCD)0111 （此為步驟3態(tài)的譯碼值）00000011 (此為計數值03的BCD)1110 (此為步驟4態(tài)的譯碼值)00010111 （此為計數值17的BCD）表4-1 步驟值與計數值的對應步驟顯示為1，2，3，0與它對應的計數值是17，11，19，03，而本步驟狀態(tài)的置數值是下個步驟狀態(tài)的計數初值，所以1，2，3，0與11，19，03，17對應，而這種實現是通過不同的組合邏輯電路實現的，D2等于A0的非，D3等于A2

14、的非，D1等于A1與A2的與，而電路圖左起第一片192的第15腳與A3連接，以實現步驟顯示值與計數初值的匹配。第5章 系統(tǒng)仿真電路圖及結果5.1 系統(tǒng)仿真圖圖5.1 消毒狀態(tài)仿真圖圖5.2 消毒，噴霧狀態(tài)仿真圖圖5.3 烘干狀態(tài)仿真圖圖5.4 報警狀態(tài)仿真圖5.2 系統(tǒng)總電路圖圖5.5 系統(tǒng)總電路圖此系統(tǒng)在PROTEUS軟件中實現的仿真，其結果與本設計所需的效果非常吻合，開機消毒18分鐘消毒,加噴水霧12分鐘消毒關, 噴水霧關，烘干20分鐘完成烘干關,指示燈亮報警4分鐘，且發(fā)光二極管D1、D2、D3和D4分別表示消毒工作、噴水霧工作、哄干工作、指示燈亮報警；而消毒代表步驟1，消毒，加噴水霧代表

15、步驟2，消毒、噴水霧關，烘干代表步驟3，報警代表步驟0。第6章 電路實物連接與調試 6.1 電路安裝與調試6.1.1電路安裝考慮到如果整體電路都安裝好后在檢查調試電路會很麻煩，而且比較難找出問題出在哪，所以我們分步安裝調試檢查。首先我們確認所有元器件都是完好的、芯片無引腳掉落并且工作正常，所有導線無損壞。6.1.2 電路調試方法 通電觀察把經過準確測量的元件接好電路。觀察有無異?，F象，包括有無冒煙，是否有異常氣味，手摸器件是否發(fā)燙，電源是否有短路現象等。如果出項異常，應急時切掉電源，徹底排除故障后才能通電。然后測量各電路總電源電壓和期間的引腳的點電壓，以保證元器件的正常。 靜態(tài)調試：在沒有外加

16、信號的條件下進行調試。本次課程設計主要是通過靜態(tài)測試數字電路的各輸入端和輸出端的高低電平及其邏輯關系，可以即時發(fā)現已經損壞的元器件，判斷電路工作情況，并及時調整電路參數，是電路工作狀態(tài)符合設計要求。 動態(tài)調試動態(tài)調試是在靜態(tài)調試的基礎上進行。調試的方法是在電路的輸入端接入適當的頻率和幅值的信號，查看電路工作情況。6.2 故障分析6.2.1 常見的故障現象及原因1）在本次設計中常見的故障現象：1、計數器不能正確計數；2、電路的延時現象使兩個計數器不能同時工作；3、芯片與各接觸點的接觸不良問題；4、計數出現紊亂。 2）產生原因： 故障產生的原因很多，情況也很復雜，有的是一種原因引起的簡單故障，有的

17、是多種原因相互作用引起的故障。本實驗產生故障的原因主要有以下幾種：1、芯片的安置位置不對，元器件損壞，連接線路是發(fā)生短路或斷路（接插件接觸不良）；2、芯片的連線出現錯誤。 3、實物連線與仿真圖連線不吻合。4、線路受內在、外在干擾。6.3 檢查故障的一般方法 1、直接觀察法：直接觀察法包括不通電檢查和通電檢查。檢查芯片的使用是否正確；電源電壓是否符合要求；集成電路的引腳有無錯接和漏接，互碰等情況。 2、用萬用表檢查各芯片引腳的電平是否符合理想電平，當測量值與正常值相差較大時，經過分析可以找到故障。 3、對比法：懷疑某一電路存在問題時，可將此電路與工作狀態(tài)相同的正常電路的參數進行一一對比，從中找到

18、電路的不正常情況，進而分析故障原因，判斷故障點。 4、部件替換法：有時故障比較隱蔽，不能一眼看出，可以將儀器中的部件、元器件、等替換有故障的相應部件，以縮小故障范圍。 5、短路法：用萬用表測量管腳對地有無電壓。 6、斷路法：在斷開狀態(tài)用萬用表測量管腳有無電壓。6.4 調試結果經過重重檢查，同學的幫助與老師的提示，此設計的實物調試結果最終符合設計要求，其圖如下：圖6.1 步驟三的調試狀態(tài)圖圖6.2 步驟四的調試狀態(tài)圖第7章 本設計的改進7.1 改進要求在原設計的基礎上，使消毒18分鐘，消毒、噴霧12分鐘，烘干20分鐘，報警4分鐘與步驟值1，2，3，4一一對應（原來的設計是與1，2，3，0一一對應

19、）。7.2 設計改進的實現 其不同步驟值與不同的計數初值如7-1表11011 （此為步驟1態(tài)的譯碼值）00010001 （此為計數值11的BCD）10111 （此為步驟2態(tài)的譯碼值）00011001 (此為計數值19的BCD)01111 （此為步驟3態(tài)的譯碼值）00000011 (此為計數值03的BCD)01111 (此為步驟4態(tài)的譯碼值)00010111 （此為計數值17的BCD）表7-1 步驟值與計數值的對應步驟顯示為1，2，3，4與它對應的計數值是17，11，19，03，而本步驟狀態(tài)的置數值是下個步驟狀態(tài)的計數初值，所以1，2，3，4與11，19，03，17對應，而這種實現是通過不同的組

20、合邏輯電路實現的，D2等于A0和A4的異或，D3等于A2的非，D1等于A1和A2的與，而電路圖左起第一片192的第15腳與A3連接，以實現步驟顯示值與計數初值的匹配。此顯示電路的連接與原來的一樣，步驟顯示電路則不同，要在160的第12腳接一非門，然后接到第9腳，而報警顯示的二級管則接標號A4,這樣就實現了此設計改進的要求。7.3 設計改進的總電路仿真圖圖7.1 改進后步驟4的仿真圖此仿真電路圖在原設計的電路圖上稍改實現的，在160第四次置數輸出有所變動，而138譯碼及組合邏輯控制電路方面也有變動。其實現的原理與原設計差不多，只是在置數方面有所變動。7.4 設計改進的實物調試圖圖7.2 改進后的

21、步驟2調試狀態(tài)圖圖7.3 改進后的步驟4調試狀態(tài)圖經過改進電路圖，然后進行仿真成功后，再是實物連接，此兩圖為設計改進后調試的第二、四步驟的調試結果，左邊一個數碼管顯示的是步驟值，右邊兩個是分別對應的計數初值的顯示。 無論是電路的設計，還是實物的調試，都得細心，冷靜沉著思考。第8章 總結與體會兩個星期的課程設計一眨眼就過去了，在這短短的兩個星期里，我們完成了從電路的單元構思到整體設計到后來的設計完成、軟件仿真再到最后的安裝調試的成功。雖然這期間我們經歷了許多挫折和失敗的探索，付出了很多時間和汗水，但最后我們成功了。心中的喜悅與成就感是不言而喻的。 剛接到設計任務時，我感覺一頭霧水。雖然老師講解指

22、導之后有點頭緒了，但一開始我還是不知從何下手。從圖書館借閱資料后，先確定每個模塊可能要用到哪些芯片然后熟悉它們的引腳和功能表。我漸漸地有了頭緒：原來用我們學過的知識就都可以設計出各個模塊，只要把每個模塊設計好了然后連起來就基本完成了。 在通用計時課題的設計中，我用兩片74192十進制芯片完成了倒計時的循環(huán)計數，這部分并不難，只需注意進位的連接就可以了，這在數電實驗中已經掌握了。而在譯碼及組合邏輯控制電路這模塊中我遇到許多困難，起初是毫無頭緒，后來通過老師的指導知道，這模塊雖然費時比較長，不過設計成功時是非常開心的，因為我覺得這模塊是本課題一大難點。仿真成功后，在實際接線測試的過程中我們遇到了更

23、多問題。故障產生的原因很多，情況也很復雜，有的是一種原因引起的簡單故障，有的是多種原因相互作用引起的故障。在此過程中，不僅要細致、耐心、堅持，還要靜下心來調試。在這短短兩個星期內，有過苦惱的時候，但最重要的是我們都克服了。我們不僅強化了理論知識，也增強了動手能力和解決實際問題的能力。通過這次課程設計，開闊了我們的眼界，同時也加強自己的動手能力。附錄附錄1 元器件清單 名稱 型號 數目 六反相器 74ls04 1 4組2輸入或門 74ls32 1 4組2輸入異或門 74ls86 13線-8線譯碼器 74ls138 1 十進制加法計數器 74ls160 1 十進制減法計數器 74ls192 2 4組2輸入與非門 74ls00 1附錄2 參考文獻電子技術與EDA課程設計 郭照南主編電子技術課程設計指導 彭介華 主編 電子技術基礎實驗與仿真 孫勝麟、郭照南主編 電子線路設計、實驗、測試 謝自美主編21