數(shù)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(nèi)容及方案選擇 2 2.1 設計內(nèi)容 2 2.2 方案選擇 2 2.2 總體設計思路 3 2.3 系統(tǒng)的總體框圖 3 第3章 元器件的原理及使用方法 4 3.1 74LS160芯片的介紹 4 3.2 74LS138譯碼器的介紹 5 3.3 74LS192芯片的介紹 6 3.4 74LS04六非門 7 3.5 74LS32四2輸入或門 7 第4章 單元電路的設計 8 4.1 計數(shù)顯示電路 8 4.2 步驟顯示電路 9 4.3 譯碼置數(shù)控制電路單元 10 第5章 系統(tǒng)仿真電路圖及結(jié)果 11 5.1 系統(tǒng)仿真

2、圖 11 5.2 系統(tǒng)總電路圖 13 第6章 電路實物連接與調(diào)試 14 6.1 電路安裝與調(diào)試 14 6.1.1電路安裝 14 6.1.2 電路調(diào)試方法 14 6.2 故障分析 15 6.2.1 常見的故障現(xiàn)象及原因 15 6.3 檢查故障的一般方法 15 6.4 調(diào)試結(jié)果 16 第7章 本設計的改進 17 7.1 改進要求 17 7.2 設計改進的實現(xiàn) 17 7.3 設計改進的總電路仿真圖 18 7.4 設計改進的實物調(diào)試圖 19 第8章 總結(jié)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

3、年，SARS、禽流感、手足口病等傳染疫情猶如高懸人們頭頂?shù)囊话牙麆?，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(guān)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(guān)。 基于國內(nèi)外對消毒柜的研究大體分為三個方向：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

4、出現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)秩序和競爭狀態(tài)，促進了消毒柜行業(yè)大轉(zhuǎn)型、大調(diào)整。 與此同時的是，國家為了引領(lǐng)行業(yè)健康發(fā)展，規(guī)范競爭秩序，積極發(fā)揮政策導向的職能。國家衛(wèi)生部先后在消毒柜行業(yè)內(nèi)采取中華預防醫(yī)學會權(quán)威認證，推出“國家健康金橋重點工程”產(chǎn)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(chǎn)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)

5、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(guān)，徹底宣布了傳統(tǒng)廚柜的過去。經(jīng)過十五多年的發(fā)展，消毒柜行業(yè)在工藝方面已經(jīng)日漸成熟。產(chǎn)品從當初笨拙、單調(diào)的設計到目前市場上流行的數(shù)碼溫控、數(shù)碼平面等，并朝著簡約化、數(shù)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(nèi)容就是一個消毒柜的基本設計。 第2章 設計內(nèi)容及方案選擇 2.1 設計內(nèi)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(guān), 噴水霧關(guān)，烘干

6、↓ 完成←烘干關(guān),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，用其內(nèi)部定時器定時中斷實現(xiàn)時序的控制，數(shù)碼管顯示。 方案二：用74LS192進行遞減計數(shù)，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(shù)，74LS138進行譯碼選擇，373鎖存器儲存各

7、種計數(shù)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(xiàn)的，從經(jīng)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(jié)構(gòu)及設計的經(jīng)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(shù)器74LS160構(gòu)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(shù)器74LS192的借位信號控制，而兩片192用來做減數(shù)計數(shù)及顯示，而置數(shù)則由160的輸出信號經(jīng)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(xiàn)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(guān)，要閉合此開關(guān)

8、才能實現(xiàn)系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。 2.3 系統(tǒng)的總體框圖 顯示電路 計數(shù)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(guān), 噴水霧關(guān)，烘干、烘干關(guān),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(jīng)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(shù)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，才有借位信號的出現(xiàn)，所以數(shù)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(shù)狀態(tài)顯示不同的步驟。如此循

9、環(huán)，只有斷開啟動開關(guān)，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(shù)器，它具有異步清零端與同步置數(shù)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(shù)功能被禁止，在CP脈沖上升沿作用下D0～D3的數(shù)據(jù)被置入計數(shù)器并呈現(xiàn)在Q0～Q3端。 圖3.1 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

10、連接成4進制的加法計數(shù)器實現(xiàn)，輸出信號給74ls138經(jīng)譯碼及組合邏輯控制，從而置出需要的數(shù)值。而160的cp信號又由192來控制，實現(xiàn)循環(huán)。 3.2 74LS138譯碼器的介紹 實現(xiàn)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(xiàn)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，則可以利用這個特性，和門組合邏輯電路組合可以給計數(shù)器置數(shù)

11、。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(shù)器，同步計數(shù)是在同一時刻（CP的上升沿）發(fā)生的，該計數(shù)器是可逆的，可以作加法計數(shù)，也可以作減法計數(shù)器，它有進位與借位輸出，可進行多位串接計數(shù)。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(shù)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(xiàn)2片192之間的聯(lián)級，從而計數(shù)輸出2位數(shù)。 3.4 74LS04六非門 1、7

12、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(nèi)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(shù)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(shù)顯示電路 圖4.1 計數(shù)顯示電路原理圖 該單元電路由兩片74ls192和8段共陰數(shù)碼管組

13、成。其中2片74ls192級聯(lián)成2位的計數(shù)器，192的輸出端對應接數(shù)碼管的輸入端?？娠@示四種不同的計數(shù)初值，分別為17，11，19，03，而置數(shù)則是由74ls138譯碼及不同的組合邏輯電路實現(xiàn)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(gòu)成4進制來顯示對應的四種步驟狀態(tài)，與計數(shù)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(xiàn)原理：先給160置數(shù)，其輸出信號經(jīng)138譯碼及組合邏輯電路得到192計數(shù)初值，而192的借位信號輸入160的脈沖端，如此循環(huán)。

14、 4.3 譯碼置數(shù)控制電路單元 圖4.3 譯碼置數(shù)控制電路原理圖 該單元是步驟顯示與計數(shù)初值的橋梁紐帶，其不同步驟值與不同的計數(shù)初值如4-1表 1101 （此為步驟1態(tài)的譯碼值） 00010001 （此為計數(shù)值11的BCD） 1011 （此為步驟2態(tài)的譯碼值） 00011001 (此為計數(shù)值19的BCD) 0111 （此為步驟3態(tài)的譯碼值） 00000011 (此為計數(shù)值03的BCD) 1110 (此為步驟4態(tài)的譯碼值) 00010111 （此為計數(shù)值17的BCD） 表4-1 步驟值與計數(shù)值的對應 步驟顯示為1，2，3，0與它對應的

15、計數(shù)值是17，11，19，03，而本步驟狀態(tài)的置數(shù)值是下個步驟狀態(tài)的計數(shù)初值，所以1，2，3，0與11，19，03，17對應，而這種實現(xiàn)是通過不同的組合邏輯電路實現(xiàn)的，D2等于A0的非，D3等于A2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(xiàn)步驟顯示值與計數(shù)初值的匹配。 第5章 系統(tǒng)仿真電路圖及結(jié)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(xiàn)的仿真，其結(jié)

16、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(guān), 噴水霧關(guān)，烘干20分鐘完成←烘干關(guān),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，加噴水霧代表步驟2，消毒、噴水霧關(guān)，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(diào)試 6.1 電路安裝與調(diào)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(diào)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(diào)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.

17、2 電路調(diào)試方法 ① 通電觀察 把經(jīng)過準確測量的元件接好電路。觀察有無異?，F(xiàn)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(xiàn)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。 ② 靜態(tài)調(diào)試： 在沒有外加信號的條件下進行調(diào)試。本次課程設計主要是通過靜態(tài)測試數(shù)字電路的各輸入端和輸出端的高低電平及其邏輯關(guān)系，可以即時發(fā)現(xiàn)已經(jīng)損壞的元器件，判斷電路工作情況，并及時調(diào)整電路參數(shù)，是電路工作狀態(tài)符合設計要求。 ③ 動態(tài)調(diào)試 動態(tài)調(diào)試是在靜態(tài)調(diào)試的基礎上進行。調(diào)試的方法是在電路的輸入端接入適當?shù)念l率

18、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(xiàn)象及原因 1）在本次設計中常見的故障現(xiàn)象： 1、計數(shù)器不能正確計數(shù)； 2、電路的延時現(xiàn)象使兩個計數(shù)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(shù)出現(xiàn)紊亂。 2）產(chǎn)生原因： 故障產(chǎn)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。本實驗產(chǎn)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(xiàn)錯誤。 3、實物連線與仿真圖連線不吻合。 4、線路

19、受內(nèi)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(jīng)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(shù)進行一一對比，從中找到電路的不正常情況，進而分析故障原因，判斷故障點。

20、 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(diào)試結(jié)果 經(jīng)過重重檢查，同學的幫助與老師的提示，此設計的實物調(diào)試結(jié)果最終符合設計要求，其圖如下： 圖6.1 步驟三的調(diào)試狀態(tài)圖 圖6.2 步驟四的調(diào)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（

21、原來的設計是與1，2，3，0一一對應）。 7.2 設計改進的實現(xiàn) 其不同步驟值與不同的計數(shù)初值如7-1表 11011 （此為步驟1態(tài)的譯碼值） 00010001 （此為計數(shù)值11的BCD） 10111 （此為步驟2態(tài)的譯碼值） 00011001 (此為計數(shù)值19的BCD) 01111 （此為步驟3態(tài)的譯碼值） 00000011 (此為計數(shù)值03的BCD) 01111 (此為步驟4態(tài)的譯碼值) 00010111 （此為計數(shù)值17的BCD） 表7-1 步驟值與計數(shù)值的對應 步驟顯示為1，2，3，4與它對應的計數(shù)值是17，11，19，03，而本步驟

22、狀態(tài)的置數(shù)值是下個步驟狀態(tài)的計數(shù)初值，所以1，2，3，4與11，19，03，17對應，而這種實現(xiàn)是通過不同的組合邏輯電路實現(xiàn)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(xiàn)步驟顯示值與計數(shù)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(xiàn)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(xiàn)的，在160第四次置數(shù)輸出有所變動，

23、而138譯碼及組合邏輯控制電路方面也有變動。其實現(xiàn)的原理與原設計差不多，只是在置數(shù)方面有所變動。 7.4 設計改進的實物調(diào)試圖 圖7.2 改進后的步驟2調(diào)試狀態(tài)圖 圖7.3 改進后的步驟4調(diào)試狀態(tài)圖 經(jīng)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(diào)試的第二、四步驟的調(diào)試結(jié)果，左邊一個數(shù)碼管顯示的是步驟值，右邊兩個是分別對應的計數(shù)初值的顯示。 無論是電路的設計，還是實物的調(diào)試，都得細心，冷靜沉著思考。 第8章 總結(jié)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(gòu)思到整體設計到后來的設計完成、軟件仿真再

24、到最后的安裝調(diào)試的成功。雖然這期間我們經(jīng)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(shù)，這部分并不難，只需注意進位的連接就可以了，這在數(shù)電實驗中已經(jīng)掌握了。而在

25、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多問題。故障產(chǎn)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(diào)試。 在這短短兩個星期內(nèi)，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

26、 名稱 型號 數(shù)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 1 3線-8線譯碼器 74ls138 1 十進制加法計數(shù)器 74ls160 1 十進制減法計數(shù)器 74ls192 2 4組2輸入與非門 74ls00 1 附錄2 參考文獻 《電子技術(shù)與EDA課程設計》 郭照南主編 《電子技術(shù)課程設計指導》 彭介華 主編 《電子技術(shù)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