面包機(jī)控制電路的設(shè)計(jì).doc

.沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)（說(shuō)明書(shū)）全自動(dòng)面包機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 ;.沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)課 程 名 稱(chēng) 電子技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目 全自動(dòng)面包機(jī)控制電路的設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求：一、設(shè)計(jì)說(shuō)明與技術(shù)指標(biāo)本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)模擬面包機(jī)工作過(guò)程的控制電路，能夠?qū)崿F(xiàn)面包的自動(dòng)制作。按下開(kāi)始按鈕，面包機(jī)進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài)，按照和面、休息、發(fā)酵和烤制的過(guò)程來(lái)進(jìn)行面包的制作。對(duì)電路設(shè)計(jì)的具體要求如下：1. 工作方式：和面2T，休息T，和面2T，休息3T，發(fā)酵12T，烤制8T，T=5分鐘；2. 可通過(guò)按鈕手動(dòng)中斷程序； 3. 整個(gè)循環(huán)結(jié)束后，蜂鳴器鳴響5聲以作提示（1kHz）。二、設(shè)計(jì)要求1在選擇器件時(shí)，應(yīng)考慮成本。加熱器、攪拌器均用發(fā)光二極管替代。2根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過(guò)分析計(jì)算確定電路和元器件參數(shù)。3畫(huà)出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。三、實(shí)驗(yàn)要求1根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實(shí)驗(yàn)方案；驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路，用軟件仿真。2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析。四、推薦參考資料1. 楊萍.數(shù)字電路和數(shù)字系統(tǒng)M北京：人民郵電出版社，2009年2.宋竹霞.數(shù)字電路實(shí)驗(yàn). M北京：清華大學(xué)出版社，2011年五、按照要求撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告成績(jī) 指導(dǎo)教師 日期 1、 概述隨著生活水平的不斷提高，人們已不再滿足于傳統(tǒng)意義上的衣食住行。對(duì)于飲食而言，由于過(guò)快的生活節(jié)奏，迫使人們?nèi)チ?xí)慣快餐生活。這使得我們的生活樂(lè)趣度下降，取而代之的是生存的壓力。再加上現(xiàn)在市場(chǎng)上的實(shí)物對(duì)于食品添加劑以及一些保鮮劑的使用，讓我們對(duì)我們的飲食充滿了擔(dān)憂?？萍嫉陌l(fā)展使得人們生活得更好更快更方便。例如一臺(tái)全自動(dòng)的面包機(jī)，它就可以使你在家中，很方便很快捷的做出你想要的不同成色，造型的面包。并且不同于你在外邊超市，面包房買(mǎi)到的面包，你完全知道你的面包由什么原料組成，不會(huì)再為添加劑等物質(zhì)所擔(dān)憂。并且它還會(huì)給你的生活提供莫大的歡樂(lè)，想想你在家中自己烤出了美味的面包，多么令人興奮啊。面包機(jī)在如今的城市生活中已經(jīng)有了一定的普及跡象，而農(nóng)村以及城中村對(duì)于面包機(jī)的使用還是寥寥無(wú)幾，但面包機(jī)的普及將是一定的趨勢(shì)，因此我們有意義將面包機(jī)設(shè)計(jì)的更加智能。 設(shè)計(jì)一個(gè)全自動(dòng)面包機(jī)的控制電路，面包機(jī)的工作流程為：和面2T，休息T，和面2T，休息3T，發(fā)酵12T，烤制8T，T=5分鐘，總共有這六個(gè)工作狀態(tài)，整個(gè)循環(huán)結(jié)束后，蜂鳴器鳴響5聲以作提示。由于每個(gè)狀態(tài)的工作時(shí)間不同，所以不能直接的用振蕩器控制計(jì)數(shù)器再由譯碼器直接的輸出這六個(gè)狀態(tài)。而應(yīng)該將這六個(gè)狀態(tài)分為28等份，這時(shí)的一個(gè)脈沖周期便是T=5分鐘，由于時(shí)間T過(guò)長(zhǎng)用震蕩期不能直接的產(chǎn)生所以由振蕩器產(chǎn)生的脈沖要進(jìn)行分頻處理進(jìn)而產(chǎn)生T=分鐘的周期脈沖。所有整個(gè)電路可以分為以下的幾個(gè)模塊：555構(gòu)成的多諧脈沖發(fā)生電路，分頻電路，蜂鳴器發(fā)聲電路，計(jì)數(shù)電路，譯碼電路。2、 方案論證 工作狀態(tài)結(jié)束后傳輸門(mén)開(kāi)啟 蜂鳴器電路傳輸門(mén) 鳴響5聲后封鎖多諧振蕩器分頻器顯示器譯碼器計(jì)數(shù)器傳輸門(mén) 工作狀態(tài)結(jié)束后傳輸門(mén)封鎖首先要設(shè)計(jì)一個(gè)多諧振蕩器，由于要求蜂鳴器鳴響的頻率為1KHZ，所以要將多諧振蕩器的震蕩頻率設(shè)計(jì)為1KHZ。面包機(jī)的六個(gè)工作狀態(tài)分為28等份，每份的工作時(shí)間T=5分鐘，所以要將計(jì)數(shù)器的CLK脈沖周期設(shè)計(jì)為T(mén)=5分鐘，這時(shí)就需要將多諧振蕩器的震蕩頻率進(jìn)行分頻處理。設(shè)計(jì)分頻電路，一般來(lái)說(shuō)用計(jì)數(shù)器來(lái)組成分頻電路，此次設(shè)計(jì)中用74LS161十六進(jìn)制的加法器來(lái)構(gòu)成分頻電路，每一個(gè)74LS161芯片對(duì)周期放大的最大倍數(shù)為16倍， 所以預(yù)計(jì)要用5個(gè)74LS161芯片在第5個(gè)芯片的QB端輸出最終的CLK脈沖信號(hào)，此時(shí)的放大倍數(shù)為262144，若振蕩器的周期為1ms時(shí)CLK脈沖信號(hào)周期并未達(dá)到5分鐘，所以要對(duì)多諧振蕩器的周期進(jìn)行稍微的調(diào)整，稍微調(diào)大多諧振蕩器的周期即可。接下就是計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)，面包機(jī)的六個(gè)工作狀態(tài)分為28等份，所以計(jì)數(shù)電路至少要有28個(gè)狀態(tài)，用兩個(gè)74LS161芯片便可以實(shí)現(xiàn)。計(jì)數(shù)輸出要連接到譯碼電路，要對(duì)28個(gè)狀態(tài)進(jìn)行譯碼操作，由于仿真軟件中并沒(méi)有現(xiàn)成的5線-32線譯碼器，只有3線-8線譯碼器，所以要用3線-8線譯碼器來(lái)組成5線-32線譯碼器。譯碼器的輸出接六個(gè)發(fā)光二極管來(lái)表示面包機(jī)的六個(gè)工作狀態(tài)。六個(gè)工作狀態(tài)結(jié)束后，這時(shí)蜂鳴器電路工作而分頻電路計(jì)數(shù)電路，譯碼電路停止工作，當(dāng)蜂鳴器鳴響5聲后蜂鳴器電路也停止工作，這時(shí)只留下多諧振蕩器電路依然工作，其他電路均停止工作。三、電路設(shè)計(jì)555構(gòu)成的多諧脈沖發(fā)生電路的設(shè)計(jì)用555定時(shí)器來(lái)設(shè)計(jì)多諧振蕩器，主要是要根據(jù)要求的震蕩周期來(lái)確定電阻和電容的值，這次設(shè)計(jì)中要求震蕩周期要稍微的大于1ms,大約在1.14ms左右，所以將R1=R2置為3K，電容C置為0.18uF。如：圖1所示 圖1分頻電路的設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)中用計(jì)數(shù)器來(lái)組成分頻電路，用74LS161十六進(jìn)制的加法器來(lái)構(gòu)成分頻電路，每一個(gè)74LS161芯片對(duì)周期放大的最大倍數(shù)為16倍，預(yù)計(jì)要用5個(gè)74LS161芯片，在第5個(gè)芯片的QB端輸出最終的CLK脈沖信號(hào)，此時(shí)的放大倍數(shù)為262144，若振蕩器的周期為1ms時(shí)CLK脈沖信號(hào)周期并未達(dá)到5分鐘，所以要對(duì)多諧振蕩器的周期進(jìn)行稍微的調(diào)整，稍微調(diào)大多諧振蕩器的周期即可，分頻器電路如：圖2所示。圖2蜂鳴器發(fā)聲電路的設(shè)計(jì)蜂鳴器是在六個(gè)工作狀態(tài)結(jié)束后才開(kāi)始工作的，所以在開(kāi)啟電路的時(shí)候蜂鳴器電路是不工作的，直至六個(gè)工作狀態(tài)結(jié)束后蜂鳴器電路才開(kāi)始工作，蜂鳴器電路在鳴5聲后停止工作。蜂鳴器發(fā)聲電路的設(shè)計(jì)中采用一個(gè)十六進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器74LS161來(lái)控制蜂鳴器的鳴響，將74LS161的QA輸出端輸出給蜂鳴器，采用0000-1001這10個(gè)狀態(tài)來(lái)完成5次的鳴響。由于蜂鳴器并不是一直處在工作狀態(tài)，所以用控制震蕩器輸出脈沖的方法來(lái)控制蜂鳴器的開(kāi)啟與關(guān)閉，在振蕩器脈沖的輸出端和74LS161計(jì)數(shù)器CLK脈沖的輸入端之間加一個(gè)傳輸門(mén)，控制傳輸門(mén)的開(kāi)關(guān)就可以控制蜂鳴器的開(kāi)啟和關(guān)閉，將QB與QD端相與后接在傳輸門(mén)的控制端。如：圖3圖3計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)面包機(jī)的六個(gè)工作狀態(tài)分為28等份，所以計(jì)數(shù)電路至少要有28個(gè)狀態(tài)，用兩個(gè)74LS161芯片便可以實(shí)現(xiàn)，由于最后六個(gè)工作狀態(tài)結(jié)束以后，分頻電路，計(jì)數(shù)電路，譯碼電路要停止工作，所以在設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器是要多加入一個(gè)狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)輸出和與非門(mén)相接后反饋給振蕩脈沖輸出與分頻器CLK輸入之間的傳輸門(mén)控制端，用來(lái)控制六個(gè)工作狀態(tài)結(jié)束后分頻電路，計(jì)數(shù)電路，譯碼電路停止工作。計(jì)數(shù)器電路如下圖4所示。圖4譯碼電路的設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)輸出要連接到譯碼電路，要對(duì)28個(gè)狀態(tài)進(jìn)行譯碼操作，由于仿真軟件中并沒(méi)有現(xiàn)成的5線-32線譯碼器，只有3線-8線譯碼器，所以要用3線-8線譯碼器來(lái)組成5線-32線譯碼器。譯碼器的輸出接六個(gè)發(fā)光二極管來(lái)表示面包機(jī)的六個(gè)工作狀態(tài)。如：圖5圖54、 性能的測(cè)試1.對(duì)555構(gòu)成的多諧振蕩器脈沖周期進(jìn)行測(cè)試，用示波器來(lái)測(cè)試多諧振蕩器的脈沖周期。由仿真結(jié)果可以看出，多諧振蕩器輸出脈沖的周期為1.136ms，那么經(jīng)過(guò)分頻器后脈沖的周期將會(huì)達(dá)到5分鐘。2. 實(shí)際工作中這面包機(jī)的六個(gè)工作狀態(tài)，工作的時(shí)間較長(zhǎng)，所以不便于仿真中觀察結(jié)果，為了更方便的直觀的觀察仿真結(jié)果，對(duì)實(shí)際設(shè)計(jì)出的電路圖進(jìn)行些許的該變，多諧振蕩器的脈沖周期改成10ms，不接分頻器，蜂鳴器用發(fā)光二極管代替，用發(fā)光二極管閃耀5次來(lái)代替蜂鳴器鳴響5次。3. LED1到LED6分別代表面包機(jī)的六個(gè)工作狀態(tài)，LED7代表蜂鳴器。 第一個(gè)工作狀態(tài)的仿真結(jié)果，工作時(shí)間為2T。第二個(gè)工作狀態(tài)的仿真結(jié)果，工作時(shí)間為一個(gè)T。LED7的仿真結(jié)果，由5個(gè)高電平輸出，就表示有5次的閃耀。5、 結(jié)論 通電路后，電路并不工作，然后將開(kāi)關(guān)閉合，這時(shí)電路才開(kāi)始工作，LED1發(fā)光2T的時(shí)間代表第一次和面的流程，LED2發(fā)光T的時(shí)間代表第一次休息的流程，LED3發(fā)光2T的時(shí)間代表第二次和面的流程，LED4發(fā)光3T的時(shí)間代表第二次休息的流程，LED5發(fā)光12T的時(shí)間代表發(fā)酵的流程，LED6發(fā)光8T的時(shí)間代表烤制的流程，接下來(lái)這部分電路停止工作，然后蜂鳴器電路開(kāi)始工作，鳴響5聲后出多諧振蕩器外的電路均停止工作。6、 性?xún)r(jià)比 本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，進(jìn)過(guò)查詢(xún)資料和商家的報(bào)價(jià)，了解到元器不但件價(jià)格十分低廉，而且易獲取，所有的材料的價(jià)格總和不到人民幣35元，最后電路運(yùn)行可靠。所以本實(shí)驗(yàn)可實(shí)現(xiàn)性較高，性?xún)r(jià)比較高。7、 課設(shè)體會(huì)及合理化建議一開(kāi)始拿到任務(wù)書(shū)的時(shí)候，個(gè)人覺(jué)得這次電路課程設(shè)計(jì)的是比較復(fù)雜的。剛開(kāi)始做的時(shí)候還是感到無(wú)從下手。于是在圖書(shū)館和網(wǎng)上查閱相關(guān)的資料，再運(yùn)用自己在課堂上學(xué)習(xí)的數(shù)字電路的知識(shí)，也慢慢有了一些初步的模型。同時(shí)這也是我再一次接觸Multisim軟件。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，花費(fèi)時(shí)間最多的過(guò)程應(yīng)該是各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。在多種方案的選擇中，仔細(xì)比較分析各個(gè)芯片的原理以及可行性，最后在仿真軟件上通過(guò)多次對(duì)電路的改進(jìn)，終于使整個(gè)電路可穩(wěn)定工作。在設(shè)計(jì)電路過(guò)程中，深刻地體會(huì)到在設(shè)計(jì)過(guò)程中，連接電路和選擇元件是非常復(fù)雜和繁瑣的，在這個(gè)過(guò)程中很容易產(chǎn)生錯(cuò)誤，這個(gè)時(shí)候人也非常的煩躁，也會(huì)想到放棄，但是再要靜下心來(lái)，分析電路的結(jié)構(gòu)，了解電路的原理，最后仔細(xì)地檢查電路，就可以找到問(wèn)題的根源。設(shè)計(jì)電路模塊階段，這個(gè)階段可以說(shuō)是考察數(shù)字電書(shū)路書(shū)本知識(shí)的階段。所有的設(shè)計(jì)方法還有步驟在書(shū)本上都有，每個(gè)元件的引腳圖和功能表也需要自己查閱。如果遇到某個(gè)芯片在書(shū)本上查不到，就需要查閱課外資料來(lái)了解了。所以這個(gè)階段的問(wèn)題也不是很大，耐心一些就也可以把電路設(shè)計(jì)出來(lái)。連接仿真電路階段，也可以說(shuō)是這次設(shè)計(jì)中最重要的部分，需要靈活運(yùn)用Multisim這款設(shè)計(jì)電路軟件，也熟練了這軟件的運(yùn)用，了解了基本電路元件的屬性、代號(hào)，掌握了基本電路的繪制要求。通過(guò)本次的數(shù)電課程設(shè)計(jì)我收益匪淺，在仿真過(guò)程中，我把理論知識(shí)靈活地運(yùn)用起來(lái)，并在調(diào)試中運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決遇到的各種各樣的問(wèn)題，電路的調(diào)試提高了我發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。自己親力親為的進(jìn)行這次課程設(shè)計(jì)這在我地腦海中留下深刻的印象，這個(gè)小小的課程設(shè)計(jì)讓我可以熟練的操作和使用仿真軟件，也了解了不少器件的功能的應(yīng)用，同時(shí)加深了對(duì)數(shù)字電路認(rèn)識(shí)和理解。整個(gè)過(guò)程基本上都是我一個(gè)人獨(dú)立完成的，雖簡(jiǎn)單，但收獲不小，發(fā)現(xiàn)調(diào)試的過(guò)程中的問(wèn)題并不是想象中的那樣簡(jiǎn)單，需要耐心、仔細(xì)的分析電路圖。在調(diào)試的過(guò)程中，通過(guò)排除故障，我學(xué)到了許多經(jīng)驗(yàn)，這些是書(shū)本上學(xué)不到的。鞏固和運(yùn)用了課程中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，基本掌握了常用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法，提高了設(shè)計(jì)能力和實(shí)驗(yàn)技能。這樣的課程設(shè)計(jì)很能培養(yǎng)我的能力，讓我學(xué)習(xí)到了不同與書(shū)本的知識(shí)以及提高了我運(yùn)用軟件進(jìn)行仿真的能力。 參考文獻(xiàn)1.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 范文兵 清華大學(xué)出版社 20072.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)（第三版） 王毓銀 高等教育出版社 20053.數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 崔葛瑾 同濟(jì)大學(xué)出版社 20054.數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì) 呂思忠、施齊云 哈爾濱工程大學(xué)出版社 20015.Multsim9在電工電子技術(shù)中的應(yīng)用 董玉冰 清華大學(xué)出版社 2008附錄I 總電路圖附錄II 元器件清單序號(hào)編號(hào)名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量1U1 U2 U3 U4 譯碼器74ALS13842U5A反相器74ALS04BM13U6 U7計(jì)數(shù)器74ALS161BM24U8A四輸入與非門(mén)74LS2