数字电路报告-微波炉控制器

1课程设计课程名称数字电子技术课程设计课题名称微波炉定时控制器的设计专业测控技术与仪器1101学号201101200130班级1101姓名张奇指导教师郭照南2013年11月8日2课程设计任务书课程名称：数字电子技术题目：微波炉定时控制器的设计与制作——B题专业班级：测控1101、02班学生姓名：张奇学号：1101指导老师：郭照南审批：任务书下达日期2013年10月28日星期一设计完成日期2013年11月8日星期五3设计内容与设计要求一．设计内容：设计制作一个微波炉定时控制器电路，具有三档微波加热功能，分别表示微波加热为烹调、烘烤、解冻，试验中用LED模拟。具体设计要求如下：（1）实现工作步骤：复位待机——〉设置输出功能和定时器初值——〉启动定时和工作开始——〉结束烹调、音响提示。（2）设置三个功能预置键：具有三档微波加热功能,分别用三个按键来设置不同功能，表示微波炉工作状态为烹调、烘烤、解冻，试验时分别使用三个LED来模拟输出（三个LED不能同时亮）。（3）设置4位时间预置键：用四个消抖按键分别进行秒个位、秒十位、分个位和分十位的操作时间设置，采用十进制的递增计数方式预置定时器初值，最大预设数为99分99秒。（4）设置开启键：设定功能和时间初值后，按开启键，使计时电路以秒为单位作倒计时。当计时到时间为0则断开微波加热器，停止计时并给出声音提示。（5）设置复位键：在工作过程中按复位键时，微波加热被随时中止，处于待机状态，三个LED均不亮（即表示控制器输出的微波功率控制信号为0），时间显示电路显示为00.00。（6）功能扩展（自选）；4二、设计要求：1．设计思路清晰，给出整体设计框图；2．设计各单元电路，给出具体设计思路、电路工作原理，元器件清单；完成电路仿真。3．完成总电路设计，设计图纸完备；4．安装调试电路；5．写出设计报告；主要设计条件1.提供直流稳压电源、信号源、示波器等仪器；2.提供各类TTL集成电路芯片、电阻、电容及插接件等元器件。3.提供电子综合实验装置。说明书格式1、课程设计封面；2、课程设计任务书；3、说明书目录；4、设计总体思路，基本原理和框图；5、单元电路设计（各单元电路图）；6、总电路设计（总电路图）；7、安装、调试步骤；58、故障分析与电路改进；9、总结与设计调试体会；10、附录（元器件清单）；11、参考文献；12、课程设计成绩评分表。进度安排第一周：星期一上午安排任务。星期一~星期二：查资料、设计星期三~星期四：单元电路设计和仿真，电路修改〈四楼现代设计室〉星期四下午：领取元器件和设备〈四楼电子综合实验室〉第二周：第一周星期五下午~第二周星期四：安装调试电路；〈四楼电子综合实验室〉星期四~星期五：检查硬件电路、写总结报告,答辩。6说明书目录一：设计思路…………………………………二：倒计时模块………………………………三：置数模块的设计…………………………四：操作和过程控制模块……………………五：显示模块……………………………六：设计总电路图……………………………七：微波炉控制器总图仿真…………………八：电路图连线、调式和总结………………九：设计心得体会……………………………十：评分表……………………………………十一：附录……………………………………十二：参考文献………………………………7一：设计思路本设计主要是通过Multisim11软件来仿真和分析，仿真成功后进入实验室连线、调试的。为了能够满足使用和节能的便利的要求。微波炉控制器主要由四大模块来够成。第一：时间控制模块。第二：输入时间数据模块（置数部分）。第三：操作和过程控制模块。第四：动态显示的输出。时间控制要设计一个具有60分和60秒的倒计时控制器来控制。最好的选择是用四块47LS192双脉冲加/减同步十进制计数器级连而成。置数部分则利用74LS192的加法脉冲输入端来进行加法置数，这样可以减少电路的复杂性。在置数电路里面也要加入一些控制小电路，就更能方便的控制置数的实用性。控制部分的构成比较复杂。电路里面要进行开关控制和复位控制及几种加热方式的档位控制及档位灯光的显示控制。用三个LED等来显示三档的加热方式，当工作的时候就亮着，停止工作的时候就熄灭。开关控制主要控制脉冲的输入控制，就可以对加热的暂停和继续。为了清楚置数与观察，在显示使用8段共阴极显示器和4线-10线译码器74ls48电路来实现。二：倒计时模块倒计时模块主要由四个74LS192可编程同步十进制计数器级连而成。74Ls192（图1）采用8421BCD码二—十进制码并具有直接清零、置数、加/减计数的功能。LDN为置数端，A、B、C、D分别为输入端默认为高电平。DN为减法脉冲输入，UP为加法脉冲输入，CR是直接清零端,QAQBQCQD分别输出端,CON为进位端，BON为借位端。它的功能表如下图2：874LS192的功能表图274LS192的图如下LDNA7QAB4QBClQCDsQDDN1CONUP9BONCLR2图1CPUCPDLDNCLR操作**00置数110加计数110减计数***1清零960秒的倒计时级联的方法很简单。首先，把作为个位BO的借位输出接到作为十位的减法时钟输入CPD;再把高位借位端接到两个置数端。就是当芯片有借位的时候就置数，在高位的置数端（A，B，C，D）接成（0110），把CPu接高电平,即高位芯片被置成6,这样就构成了60秒的计数器,当个位减为零的时候就向十位借位，十位也有借位的时候就马上置数。60进制的接法如下图所示：60秒进制计数器知道2片级联后，然后就可以把4个74Ls192级联起来，如下图设置一个单刀双掷s1开关，由它可以控制该芯片是否工作还是置数。当s1接1时，电路处于置数状态，当S1接脉冲时，电路处于工作状态。U3脉冲为秒的个位的时10钟脉冲输入，它是整个电路的主导者。只有它才能驱动整个倒计时电路的工作。CPu是对芯片的置数输入端，在设定时间的时候是通过这个输入端来设定的。设计原理是通过74LS192的双向性来设计的。CPu原来是加法时钟脉冲输入的端口，每当它输入一次低电平，该芯片就置入1。而且当CPd为高电平时才能工作。4片级联的电路就可以完成了。最后就看怎么样把分制电路和秒制电路接连起来形成一个时钟的倒计时的控制器。用同样的思路，把秒的十位的74LS192的借位端BON接到分的个位的的脉冲输入CPd。把两个60进制减法计数器级连成具有60分和60秒的定时器。依下图所示：图中的左边是60秒的计数器，右边的是60分的计数器,。把作为秒的芯片的借位端BON接到作为分的芯片CPd端中16个输出并排输出。把两个CLR连在一起是为了设计复位端（清零端）。后面的用到了非门和一个或门，当输出全部为零的时候就从最高位BON发出一个底电平信号。BON非一下和s2接上或门输出接上每片CLR，当BON是底电平的时候，或门就输出高电平，从此就清零了计数就停了，整个电路的就停止工作。11三：置数模块的设计为了减少电路图的复杂性，置数模块很简单，直接通过74LS192的加法时钟脉冲输入端来进行计数，这样就可以减少电路的复杂性。74LS192的功能看上面的倒计时模块的介绍。电路图可看总图的设计原理四：操作和过程控制模块操作和过程控制主要是微波炉的三档加热方式，一次只能选择一个档，当一档开的时候就有跟该档匹配的一个LED灯亮，当加热结束的时候，该灯也随着熄灭，而且3个灯不能同时亮。该电路控制方式主要有一些门电路来实现。它的设计涉及到了对一些门电路的应用。档位控制电路原理如下图所示：如上图：主要原理是通过s2、s3、s4和一些与门来实现对档位的选择。三个档位分别接三个3输入的与门输入口，然后分别把s2、s3、s4的非接到s3、s4、s2接的与门的另一个输入口上，最后把剩下的3个与门的入口串起来非一下接到，上面提到的接s1的或门的出口。三个与门的出口接三个LED灯。12五：动态显示模块为了能够更好的保持整个电路的性能，在LED灯显示的时候选择显示器显示。显示的原理是根据人的肉眼的暂时视觉的特性来显示的。在比较短的时候内显示全部的数码管，这样我们的肉眼就看不出是一个一个的显示出来的。在设计过程电脑感当中要求能熟练的掌握8段共阴极显示器和74LS48显示译码器。具体的电路原理图如下：电路原理主要有8段共阴极显示器、一个74LS48显示译码器。74LS48显示译码器的功能是对输入的二进制进行十进制显示。工作时一定将灯测试输入LTN和灭零输入/灭灯输入BIN/RBON接高电平。A、B、C、D端是置入要进行译码显示的数据输入端。74LS48显示译码器的7个输出端QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG接到数码管的译码输入端。13六：设计总电路图总的电路设计是把上面的子模块衔接起来就够成了所需完成的电路。把倒计时的十六个输出分别接到动态显示电路的十六个输入。但是要注意：动态显示的输入有四个部分（u12、u13、u14、u15）。由于线路很多比较复杂，所以要仔细的连接电路。也可以用总线的方式来连接，这样就可以减少连接的错误。也便于调式的错误查看。当s1接1时，电路处于置数状态，当S1接脉冲时，电路处于工作状态。U3脉冲为秒的个位的时钟脉冲输入，它是整个电路的主导者。只有它才能驱动整个倒计时电路的工作。CPu是对芯片的置数输入端，在设定时间的时候是通过这个输入端来设定的，设有4置数键，SB1、SB2、SB3、SB4，它们分别为秒的各位，秒的十位，分的各位，分的十位置数，它们闭合时是高电平的。设计原理是通过74LS192的双向性来设计的。CPu原来是加法时钟脉冲输入的端口，每当它输入一次低电平，该芯片就置入1，而且当CPd为高电平时才能工作。当置数完了后，将S1接到脉冲，倒计时开始。当输出全部为零的时候就从最高位BON发出一个底电平信号。BON非一下和s2接上或门输出接上每片CLR，当BON是底电平的时候，或门就输出高电平，从此就清零了计数就停了，整个电路的就停止工作。总设计电路图如下：14七：微波炉控制器总图仿真电路图设计完了一后，我们就通过Multisim11软件来仿真和分析，把图画在软件里，运行看看有没有错误，有错误就改正后继续仿真，直到仿真成功，成后我们把它打印出来。15八：电路图连线调式和总结把所有的子电路模块和总的模块用Multisim11软件进行仿真正确以后，就可以把总的电路原理到实验室里面进行连线，调试。按上面的芯片管脚把实验芯片插好，把线一根根接上去。把实验接好后可以进行调式。因为实验的芯片的接口很小又多，所以在接线的时候要小心。稍微不慎就会接错，或把芯片插坏。在接线的时候要住检查线的问题。很多运行不了的问题总是与数据线有关。接线的时候首先要注意是否选择好了芯片的型号。在实验室的芯片上面都表明类型了的。值得注意的是，有的机子本身有些硬件有问题，在接线之后要考虑下。按Multisim11显示的模型接好线路。接线时同一元件可以用同一色的线，以便于检查用，免得出错后浪费长时间检查。做好以上的步骤后，就基本成功了。总结：在设计的过程当中。电路的设计主要有四大模块来构成。倒计时控制模块、动态扫描显示模块、三种档位加热方式模块。设计所需要掌握的内容有对74LS192可编程同步十进制加/减法计数器、74LS48显示译码器、和一些逻辑门电路的设计。我在这个模块的设计花了整整一个星期。可见这个模块的重要性。最为基础的也是最为主要的是倒计时模块，这个模块也是整个电路的核心。这个模块的成功与失败取决与以后的设计效率和性能。所以，在完成设计的第一步，必须把倒计时这个模块做的非常好，所以花费的时间也是最多的。在设计当中所涉及到的芯片选择，和对芯片的认识和应用是必须的。本次设计当中的16目的还是对74LS48显示译码器、74LS192可编程同步十进制加/减计数器、74LS16和一些逻辑门电路的掌握和应用。这些芯片在数字电路的世界当中是非常的普通而又非常的重要的。这些也是对自动化专业方向的基本知识的掌握。通过本次的课程设计，也让我们间接的学会和掌握了一些软件的应用。比如Multisim11和E