数电消毒柜设计讲解.docx
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数电消毒柜设计讲解
第1章绪论
早些年，SARS、禽流感、手足口病等传染疫情犹如高悬人们头顶的一把利剑，时刻威胁着人们的身体健康。
这不得不使人们对流感疫情提高警惕，积极采取预防措施。
由于预防流感关键是要注意卫生、隔离病菌，大家都把消毒放在预防的首位。
随着越来越多的人选择在家里就餐，平时容易被人们忽略的消毒柜便派上了大用场。
消毒柜在人们的健康生活中扮演着越来越重要角色，与人们的饮食安全息息相关。
基于国内外对消毒柜的研究大体分为三个方向：
首先是基于温度控制，通过对温度的控制来达到消毒的目的分为高温型电子消毒柜杀和低温型消毒柜，其次是市场上的一些通过臭氧消毒，最后就是通过紫外线消毒的消毒柜。
早在1999年消毒柜也出现过行业的第一次真正意义上的整合。
那时以“杀甲肝、杀乙肝”为两星标准，强制性淘汰了一些干燥柜产品及杂牌厂家。
此达标运动也在一定程度上整肃了杂乱无章生产秩序和竞争状态，促进了消毒柜行业大转型、大调整。
与此同时的是，国家为了引领行业健康发展，规范竞争秩序，积极发挥政策导向的职能。
国家卫生部先后在消毒柜行业内采取中华预防医学会权威认证，推出“国家健康金桥重点工程”产品，希望通过品牌的塑造使行业走上健康发展之路。
国人心中，消毒柜并没有同冰箱、电饭煲等成为厨房中的必备产品，还没有真正认识到消毒柜的消毒、储存、保洁的功能。
目前我国大部分家庭普遍采用砖砌或木制的厨柜存放餐具，这传统的方法根本抵御不了各种细菌的侵袭，极容易造成病从口入而危害身体健康。
消毒柜的诞生使这传统的厨柜得以替代，消毒柜采用全封闭的贮藏室，并具有消毒功能，效果显著，有效地把好病从口入关，彻底宣布了传统厨柜的过去。
经过十五多年的发展，消毒柜行业在工艺方面已经日渐成熟。
产品从当初笨拙、单调的设计到目前市场上流行的数码温控、数码平面等，并朝着简约化、数码化、时尚化方向发展。
可以说，消毒柜行业已基本成熟。
本设计内容就是一个消毒柜的基本设计。
第2章设计内容及方案选择
2.1设计内容
设计消毒碗柜控制电路,完成下列工作流程:
开机→消毒→消毒,加喷水雾→消毒关,喷水雾关，烘干
↓
完成←烘干关,指示灯亮报警
1.时间要求:
消毒18分钟,喷水雾12分钟,烘干20分钟,指示灯亮4分钟报警；
2.要求用七段显示器显示每个步骤时间（以分钟为单位）.并用发光二极管A、B、C和D分别表示消毒工作、喷水雾工作、哄干工作、指示灯亮报警；
3．要求用发光二极管显示每个运行步骤。
2.2方案选择
方案一：
基于AT89C51单片机的智能控制，用其内部定时器定时中断实现时序的控制，数码管显示。
方案二：
用74LS192进行递减计数，74LS138直接译码显示及各种组合逻辑电路控制。
方案三：
用74LS192进行计数，74LS138进行译码选择，373锁存器储存各种计数初值。
由于方案一所用到的AT89C51价格较贵，而且此设计要求是基于各种组合逻辑电路所实现的，从经济效益方面不宜考虑此方案。
由于方案三比方案二多用了锁存器，从电路结构及设计的经济效益考虑，本设计选择方案二。
2.2总体设计思路
本设计由一片十进制计数器74LS160构成模4用来进行步骤显示，其脉冲信号由两片同步十进制计数器74LS192的借位信号控制，而两片192用来做减数计数及显示，而置数则由160的输出信号经过74LS138译码，然后通过组合逻辑电路的控制，输入到192的输入端实现的。
步骤的状态显示则通过四个发光二极管显示的。
此设计还有一个启动开关，要闭合此开关才能实现系统的运转。
2.3系统的总体框图
图2.1系统总体框图
先给160设初值，其消毒、消毒,加喷水雾、消毒关,喷水雾关，烘干、烘干关,指示灯亮报警四个状态用1，2，3，0来显示，其输出信号经过138译码及组合逻辑控制电路，输送到192的输入端，让它分别对应四种不同的置数初值分别为17，11，19，03，（在此说明一点，因为192做递减时，要减到0，才有借位信号的出现，所以数值18，12，20，04的初值分别为17，11，19，03。
）而192的借位信号当作160的脉冲信号，让在不同的计数状态显示不同的步骤。
如此循环，只有断开启动开关，才终止系统的运作。
第3章元器件的原理及使用方法
3.174LS160芯片的介绍
74LS160，是一个十进制的计数器，它具有异步清零端与同步置数端。
1.异步清零功能：
只要（CR的非）有效电平到来，无论有无CP脉冲，输出为“0”。
清零端是低电平有效。
其引脚图如图3.1，其功能表图如图3.2。
2.同步设置功能：
当（LD的非）为有效电平时，计数功能被禁止，在CP脉冲上升沿作用下D0～D3的数据被置入计数器并呈现在Q0～Q3端。
图3.174LS160引脚图
图3.274LS160功能表图
设计中所需四个步骤，因此可以将74ls160连接成4进制的加法计数器实现，输出信号给74ls138经译码及组合逻辑控制，从而置出需要的数值。
而160的cp信号又由192来控制，实现循环。
3.274LS138译码器的介绍
实现译码功能的电路称为译码器。
74LS138的输入是二进制的代码，输出是一组高低电平信号，每输入一组不同的代码，只有一个输出端呈现有效信号，故通常称为多一译码器。
其引脚图如图3.3，其功能表图如图3.4。
图3.374LS138的引脚图
图3.474LS138的功能表图
由74LS138的功能表看出每次输出只有一个低电平，则可以利用这个特性，和门组合逻辑电路组合可以给计数器置数。
而且连接上发光二极管可以用来表示各步顺序运行情况。
3.374LS192芯片的介绍
74LS192是一个同步十进制可逆计数器，同步计数是在同一时刻（CP的上升沿）发生的，该计数器是可逆的，可以作加法计数，也可以作减法计数器，它有进位与借位输出，可进行多位串接计数。
其引脚图如图3.5，其功能表图如3.6。
图3.574LS192的引脚图
图3.674LS192的功能表图
由192的功能表得知，该元件有置数和清零功能，它有进位与借位输出，因此可以通过这2个端口来实现2片192之间的联级，从而计数输出2位数。
3.474LS04六非门
1、74lLS04的引脚图如图3.7：
图3.774LS04的引脚图
2、74LS04的功能：
74ls04是6非门（反相器）他的工作电压5V，他的内部含有6个coms,反相器的作用就是反相把1变成0。
3.574LS32四2输入或门
1、74ls32的引脚图：
图3.874LS32的引脚图
2、74lLS32的功能：
74LS32是四2输入或门，常用在各种数字电路以及单片机系统中。
表达式为：
Y=A+B
第4章单元电路的设计
4.1计数显示电路
图4.1计数显示电路原理图
该单元电路由两片74ls192和8段共阴数码管组成。
其中2片74ls192级联成2位的计数器，192的输出端对应接数码管的输入端。
可显示四种不同的计数初值，分别为17，11，19，03，而置数则是由74ls138译码及不同的组合逻辑电路实现的。
4.2步骤显示电路
图4.2步骤显示电路原理图
该单元电路由一片74ls160构成4进制来显示对应的四种步骤状态，与计数值分别对应1，2，3，0四种不同的步骤显示，而四个发光二极管与四种步骤一一对应，D1为消毒，D2为喷雾，D3为烘干，D4为报警。
其实现原理：
先给160置数，其输出信号经138译码及组合逻辑电路得到192计数初值，而192的借位信号输入160的脉冲端，如此循环。
4.3译码置数控制电路单元
图4.3译码置数控制电路原理图
该单元是步骤显示与计数初值的桥梁纽带，其不同步骤值与不同的计数初值如4-1表
1101（此为步骤1态的译码值）
00010001（此为计数值11的BCD）
1011（此为步骤2态的译码值）
00011001（此为计数值19的BCD）
0111（此为步骤3态的译码值）
00000011（此为计数值03的BCD）
1110（此为步骤4态的译码值）
00010111（此为计数值17的BCD）
表4-1步骤值与计数值的对应
步骤显示为1，2，3，0与它对应的计数值是17，11，19，03，而本步骤状态的置数值是下个步骤状态的计数初值，所以1，2，3，0与11，19，03，17对应，而这种实现是通过不同的组合逻辑电路实现的，D2等于A0的非，D3等于A2的非，D1等于A1与A2的与，而电路图左起第一片192的第15脚与A3连接，以实现步骤显示值与计数初值的匹配。
第5章系统仿真电路图及结果
5.1系统仿真图
图5.1消毒状态仿真图
图5.2消毒，喷雾状态仿真图
图5.3烘干状态仿真图
图5.4报警状态仿真图
5.2系统总电路图
图5.5系统总电路图
此系统在PROTEUS软件中实现的仿真，其结果与本设计所需的效果非常吻合，开机→消毒18分钟→消毒,加喷水雾12分钟→消毒关,喷水雾关，烘干20分钟完成←烘干关,指示灯亮报警4分钟，且发光二极管D1、D2、D3和D4分别表示消毒工作、喷水雾工作、哄干工作、指示灯亮报警；而消毒代表步骤1，消毒，加喷水雾代表步骤2，消毒、喷水雾关，烘干代表步骤3，报警代表步骤0。
第6章电路实物连接与调试
6.1电路安装与调试
6.1.1电路安装
考虑到如果整体电路都安装好后在检查调试电路会很麻烦，而且比较难找出问题出在哪，所以我们分步安装调试检查。
首先我们确认所有元器件都是完好的、芯片无引脚掉落并且工作正常，所有导线无损坏。
6.1.2电路调试方法
①通电观察
把经过准确测量的元件接好电路。
观察有无异常现象，包括有无冒烟，是否有异常气味，手摸器件是否发烫，电源是否有短路现象等。
如果出项异常，应急时切掉电源，彻底排除故障后才能通电。
然后测量各电路总电源电压和期间的引脚的点电压，以保证元器件的正常。
②静态调试：
在没有外加信号的条件下进行调试。
本次课程设计主要是通过静态测试数字电路的各输入端和输出端的高低电平及其逻辑关系，可以即时发现已经损坏的元器件，判断电路工作情况，并及时调整电路参数，是电路工作状态符合设计要求。
③动态调试
动态调试是在静态调试的基础上进行。
调试的方法是在电路的输入端接入适当的频率和幅值的信号，查看电路工作情况。
6.2故障分析
6.2.1常见的故障现象及原因
1）在本次设计中常见的故障现象：
1、计数器不能正确计数；
2、电路的延时现象使两个计数器不能同时工作；
3、芯片与各接触点的接触不良问题；
4、计数出现紊乱。
2）产生原因：
故障产生的原因很多，情况也很复杂，有的是一种原因引起的简单故障，有的是多种原因相互作用引起的故障。
本实验产生故障的原因主要有以下几种：
1、芯片的安置位置不对，元器件损坏，连接线路是发生短路或断路（接插件接触不良）；
2、芯片的连线出现错误。
3、实物连线与仿真图连线不吻合。
4、线路受内在、外在干扰。
6.3检查故障的一般方法
1、直接观察法：
直接观察法包括不通电检查和通电检查。
检查芯片的使用是否正确；电源电压是否符合要求；集成电路的引脚有无错接和漏接，互碰等情况。
2、用万用表检查各芯片引脚的电平是否符合理想电平，当测量值与正常值相差较大时，经过分析可以找到故障。
3、对比法：
怀疑某一电路存在问题时，可将此电路与工作状态相同的正常电路的参数进行一一对比，从中找到电路的不正常情况，进而分析故障原因，判断故障点。
4、部件替换法：
有时故障比较隐蔽，不能一眼看出，可以将仪器中的部件、元器件、等替换有故障的相应部件，以缩小故障范围。
5、短路法：
用万用表测量管脚对地有无电压。
6、断路法：
在断开状态用万用表测量管脚有无电压。
6.4调试结果
经过重重检查，同学的帮助与老师的提示，此设计的实物调试结果最终符合设计要求，其图如下：
图6.1步骤三的调试状态图
图6.2步骤四的调试状态图
第7章本设计的改进
7.1改进要求
在原设计的基础上，使消毒18分钟，消毒、喷雾12分钟，烘干20分钟，报警4分钟与步骤值1，2，3，4一一对应（原来的设计是与1，2，3，0一一对应）。
7.2设计改进的实现
其不同步骤值与不同的计数初值如7-1表
11011（此为步骤1态的译码值）
00010001（此为计数值11的BCD）
10111（此为步骤2态的译码值）
00011001（此为计数值19的BCD）
01111（此为步骤3态的译码值）
00000011（此为计数值03的BCD）
01111（此为步骤4态的译码值）
00010111（此为计数值17的BCD）
表7-1步骤值与计数值的对应
步骤显示为1，2，3，4与它对应的计数值是17，11，19，03，而本步骤状态的置数值是下个步骤状态的计数初值，所以1，2，3，4与11，19，03，17对应，而这种实现是通过不同的组合逻辑电路实现的，D2等于A0和A4的异或，D3等于A2的非，D1等于A1和A2的与，而电路图左起第一片192的第15脚与A3连接，以实现步骤显示值与计数初值的匹配。
此显示电路的连接与原来的一样，步骤显示电路则不同，要在160的第12脚接一非门，然后接到第9脚，而报警显示的二级管则接标号A4,这样就实现了此设计改进的要求。
7.3设计改进的总电路仿真图
图7.1改进后步骤4的仿真图
此仿真电路图在原设计的电路图上稍改实现的，在160第四次置数输出有所变动，而138译码及组合逻辑控制电路方面也有变动。
其实现的原理与原设计差不多，只是在置数方面有所变动。
7.4设计改进的实物调试图
图7.2改进后的步骤2调试状态图
图7.3改进后的步骤4调试状态图
经过改进电路图，然后进行仿真成功后，再是实物连接，此两图为设计改进后调试的第二、四步骤的调试结果，左边一个数码管显示的是步骤值，右边两个是分别对应的计数初值的显示。
无论是电路的设计，还是实物的调试，都得细心，冷静沉着思考。
第8章总结与体会
两个星期的课程设计一眨眼就过去了，在这短短的两个星期里，我们完成了从电路的单元构思到整体设计到后来的设计完成、软件仿真再到最后的安装调试的成功。
虽然这期间我们经历了许多挫折和失败的探索，付出了很多时间和汗水，但最后我们成功了。
心中的喜悦与成就感是不言而喻的。
刚接到设计任务时，我感觉一头雾水。
虽然老师讲解指导之后有点头绪了，但一开始我还是不知从何下手。
从图书馆借阅资料后，先确定每个模块可能要用到哪些芯片然后熟悉它们的引脚和功能表。
我渐渐地有了头绪：
原来用我们学过的知识就都可以设计出各个模块，只要把每个模块设计好了然后连起来就基本完成了。
在通用计时课题的设计中，我用两片74192十进制芯片完成了倒计时的循环计数，这部分并不难，只需注意进位的连接就可以了，这在数电实验中已经掌握了。
而在译码及组合逻辑控制电路这模块中我遇到许多困难，起初是毫无头绪，后来通过老师的指导知道，这模块虽然费时比较长，不过设计成功时是非常开心的，因为我觉得这模块是本课题一大难点。
仿真成功后，在实际接线测试的过程中我们遇到了更多问题。
故障产生的原因很多，情况也很复杂，有的是一种原因引起的简单故障，有的是多种原因相互作用引起的故障。
在此过程中，不仅要细致、耐心、坚持，还要静下心来调试。
在这短短两个星期内，有过苦恼的时候，但最重要的是我们都克服了。
我们不仅强化了理论知识，也增强了动手能力和解决实际问题的能力。
通过这次课程设计，开阔了我们的眼界，同时也加强自己的动手能力。
附录
附录1元器件清单
名称
型号
数目
六反相器
74ls04
1
4组2输入或门
74ls32
1
4组2输入异或门
74ls86
1
3线-8线译码器
74ls138
1
十进制加法计数器
74ls160
1
十进制减法计数器
74ls192
2
4组2输入与非门
74ls00
1
附录2参考文献
《电子技术与EDA课程设计》郭照南主编
《电子技术课程设计指导》彭介华主编
《电子技术基础实验与仿真》孙胜麟、郭照南主编
《电子线路设计、实验、测试》谢自美主编
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