面包机控制电路的设计.docx
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面包机控制电路的设计
沈阳航空航天大学
课程设计
（说明书）
全自动面包机控制电路的设计
班级
学号
学生姓名
指导教师
沈阳航空航天大学
课程设计任务书
课程名称电子技术综合课程设计
课程设计题目全自动面包机控制电路的设计
课程设计的内容及要求：
一、设计说明与技术指标
本课程设计的任务是设计一个模拟面包机工作过程的控制电路，能够实现面包的自动制作。
按下开始按钮，面包机进入自动工作状态，按照和面、休息、发酵和烤制的过程来进行面包的制作。
对电路设计的具体要求如下：
1.工作方式：
和面2T，休息T，和面2T，休息3T，发酵12T，烤制8T，T=5分钟；
2.可通过按钮手动中断程序；
3.整个循环结束后，蜂鸣器鸣响5声以作提示（1kHz）。
二、设计要求
1．在选择器件时，应考虑成本。
加热器、搅拌器均用发光二极管替代。
2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。
3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。
三、实验要求
1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。
2．进行实验数据处理和分析。
四、推荐参考资料
1.杨萍.数字电路和数字系统．[M]北京：
人民邮电出版社，2009年
2.宋竹霞.数字电路实验.[M]北京：
清华大学出版社，2011年
五、按照要求撰写课程设计报告
成绩指导教师日期
1、概述
随着生活水平的不断提高，人们已不再满足于传统意义上的衣食住行。
对于饮食而言，由于过快的生活节奏，迫使人们去习惯快餐生活。
这使得我们的生活乐趣度下降，取而代之的是生存的压力。
再加上现在市场上的实物对于食品添加剂以及一些保鲜剂的使用，让我们对我们的饮食充满了担忧。
科技的发展使得人们生活得更好更快更方便。
例如一台全自动的面包机，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。
并且不同于你在外边超市，面包房买到的面包，你完全知道你的面包由什么原料组成，不会再为添加剂等物质所担忧。
并且它还会给你的生活提供莫大的欢乐，想想你在家中自己烤出了美味的面包，多么令人兴奋啊。
面包机在如今的城市生活中已经有了一定的普及迹象，而农村以及城中村对于面包机的使用还是寥寥无几，但面包机的普及将是一定的趋势，因此我们有意义将面包机设计的更加智能。
设计一个全自动面包机的控制电路，面包机的工作流程为：
和面2T，休息T，和面2T，休息3T，发酵12T，烤制8T，T=5分钟，总共有这六个工作状态，整个循环结束后，蜂鸣器鸣响5声以作提示。
由于每个状态的工作时间不同，所以不能直接的用振荡器控制计数器再由译码器直接的输出这六个状态。
而应该将这六个状态分为28等份，这时的一个脉冲周期便是T=5分钟，由于时间T过长用震荡期不能直接的产生所以由振荡器产生的脉冲要进行分频处理进而产生T=分钟的周期脉冲。
所有整个电路可以分为以下的几个模块：
555构成的多谐脉冲发生电路，分频电路，蜂鸣器发声电路，计数电路，译码电路。
2、方案论证
工作状态结束后传输门开启
鸣响5声后封锁
工作状态结束后传输门封锁
首先要设计一个多谐振荡器，由于要求蜂鸣器鸣响的频率为1KHZ，所以要将多谐振荡器的震荡频率设计为1KHZ。
面包机的六个工作状态分为28等份，每份的工作时间T=5分钟，所以要将计数器的CLK脉冲周期设计为T=5分钟，这时就需要将多谐振荡器的震荡频率进行分频处理。
设计分频电路，一般来说用计数器来组成分频电路，此次设计中用74LS161十六进制的加法器来构成分频电路，每一个74LS161芯片对周期放大的最大倍数为16倍，所以预计要用5个74LS161芯片在第5个芯片的QB端输出最终的CLK脉冲信号，此时的放大倍数为262144，若振荡器的周期为1ms时CLK脉冲信号周期并未达到5分钟，所以要对多谐振荡器的周期进行稍微的调整，稍微调大多谐振荡器的周期即可。
接下就是计数电路的设计，面包机的六个工作状态分为28等份，所以计数电路至少要有28个状态，用两个74LS161芯片便可以实现。
计数输出要连接到译码电路，要对28个状态进行译码操作，由于仿真软件中并没有现成的5线-32线译码器，只有3线-8线译码器，所以要用3线-8线译码器来组成5线-32线译码器。
译码器的输出接六个发光二极管来表示面包机的六个工作状态。
六个工作状态结束后，这时蜂鸣器电路工作而分频电路计数电路，译码电路停止工作，当蜂鸣器鸣响5声后蜂鸣器电路也停止工作，这时只留下多谐振荡器电路依然工作，其他电路均停止工作。
三、电路设计
555构成的多谐脉冲发生电路的设计
用555定时器来设计多谐振荡器，主要是要根据要求的震荡周期来确定电阻和电容的值，这次设计中要求震荡周期要稍微的大于1ms,大约在1.14ms左右，所以将R1=R2置为
3KΩ，电容C置为0.18uF。
如：
图1所示
图1
分频电路的设计
此次设计中用计数器来组成分频电路，用74LS161十六进制的加法器来构成分频电路，每一个74LS161芯片对周期放大的最大倍数为16倍，预计要用5个74LS161芯片，在第5个芯片的QB端输出最终的CLK脉冲信号，此时的放大倍数为262144，若振荡器的周期为1ms时CLK脉冲信号周期并未达到5分钟，所以要对多谐振荡器的周期进行稍微的调整，稍微调大多谐振荡器的周期即可，分频器电路如：
图2所示。
图2
蜂鸣器发声电路的设计
蜂鸣器是在六个工作状态结束后才开始工作的，所以在开启电路的时候蜂鸣器电路是不工作的，直至六个工作状态结束后蜂鸣器电路才开始工作，蜂鸣器电路在鸣5声后停止工作。
蜂鸣器发声电路的设计中采用一个十六进制的加法计数器74LS161来控制蜂鸣器的鸣响，将74LS161的QA输出端输出给蜂鸣器，采用0000-1001这10个状态来完成5次的鸣响。
由于蜂鸣器并不是一直处在工作状态，所以用控制震荡器输出脉冲的方法来控制蜂鸣器的开启与关闭，在振荡器脉冲的输出端和74LS161计数器CLK脉冲的输入端之间加一个传输门，控制传输门的开关就可以控制蜂鸣器的开启和关闭，将QB与QD端相与后接在传输门的控制端。
如：
图3
图3
计数电路的设计
面包机的六个工作状态分为28等份，所以计数电路至少要有28个状态，用两个74LS161芯片便可以实现，由于最后六个工作状态结束以后，分频电路，计数电路，译码电路要停止工作，所以在设计计数器是要多加入一个状态，这个状态输出和与非门相接后反馈给振荡脉冲输出与分频器CLK输入之间的传输门控制端，用来控制六个工作状态结束后分频电路，计数电路，译码电路停止工作。
计数器电路如下图4所示。
图4
译码电路的设计
计数输出要连接到译码电路，要对28个状态进行译码操作，由于仿真软件中并没有现成的5线-32线译码器，只有3线-8线译码器，所以要用3线-8线译码器来组成5线-32线译码器。
译码器的输出接六个发光二极管来表示面包机的六个工作状态。
如：
图5
图5
4、性能的测试
1.对555构成的多谐振荡器脉冲周期进行测试，用示波器来测试多谐振荡器的脉冲周期。
由仿真结果可以看出，多谐振荡器输出脉冲的周期为1.136ms，那么经过分频器后脉冲的周期将会达到5分钟。
2.实际工作中这面包机的六个工作状态，工作的时间较长，所以不便于仿真中观察结果，为了更方便的直观的观察仿真结果，对实际设计出的电路图进行些许的该变，多谐振荡器的脉冲周期改成10ms，不接分频器，蜂鸣器用发光二极管代替，用发光二极管闪耀5次
来代替蜂鸣器鸣响5次。
3.LED1到LED6分别代表面包机的六个工作状态，LED7代表蜂鸣器。
第一个工作状态的仿真结果，工作时间为2T。
第二个工作状态的仿真结果，工作时间为一个T。
LED7的仿真结果，由5个高电平输出，就表示有5次的闪耀。
5、结论
通电路后，电路并不工作，然后将开关闭合，这时电路才开始工作，LED1发光2T的时间代表第一次和面的流程，LED2发光T的时间代表第一次休息的流程，LED3发光2T的时间代表第二次和面的流程，LED4发光3T的时间代表第二次休息的流程，LED5发光12T的时间代表发酵的流程，LED6发光8T的时间代表烤制的流程，接下来这部分电路停止工作，然后蜂鸣器电路开始工作，鸣响5声后出多谐振荡器外的电路均停止工作。
6、性价比
本实验设计电路结构十分简单，进过查询资料和商家的报价，了解到元器不但件价格十分低廉，而且易获取，所有的材料的价格总和不到人民币35元，最后电路运行可靠。
所以本实验可实现性较高，性价比较高。
7、课设体会及合理化建议
一开始拿到任务书的时候，个人觉得这次电路课程设计的是比较复杂的。
刚开始做的时候还是感到无从下手。
于是在图书馆和网上查阅相关的资料，再运用自己在课堂上学习的数字电路的知识，也慢慢有了一些初步的模型。
同时这也是我再一次接触Multisim软件。
在整个电路的设计过程中，花费时间最多的过程应该是各个单元电路的连接及电路的细节设计。
在多种方案的选择中，仔细比较分析各个芯片的原理以及可行性，最后在仿真软件上通过多次对电路的改进，终于使整个电路可稳定工作。
在设计电路过程中，深刻地体会到在设计过程中，连接电路和选择元件是非常复杂和繁琐的，在这个过程中很容易产生错误，这个时候人也非常的烦躁，也会想到放弃，但是再要静下心来，分析电路的结构，了解电路的原理，最后仔细地检查电路，就可以找到问题的根源。
设计电路模块阶段，这个阶段可以说是考察数字电书路书本知识的阶段。
所有的设计方法还有步骤在书本上都有，每个元件的引脚图和功能表也需要自己查阅。
如果遇到某个芯片在书本上查不到，就需要查阅课外资料来了解了。
所以这个阶段的问题也不是很大，耐心一些就也可以把电路设计出来。
连接仿真电路阶段，也可以说是这次设计中最重要的部分，需要灵活运用Multisim这款设计电路软件，也熟练了这软件的运用，了解了基本电路元件的属性、代号，掌握了基本电路的绘制要求。
通过本次的数电课程设计我收益匪浅，在仿真过程中，我把理论知识灵活地运用起来，并在调试中运用所学知识解决遇到的各种各样的问题，电路的调试提高了我发现问题、解决问题的能力。
自己亲力亲为的进行这次课程设计这在我地脑海中留下深刻的印象，这个小小的课程设计让我可以熟练的操作和使用仿真软件，也了解了不少器件的功能的应用，同时加深了对数字电路认识和理解。
整个过程基本上都是我一个人独立完成的，虽简单，但收获不小，发现调试的过程中的问题并不是想象中的那样简单，需要耐心、仔细的分析电路图。
在调试的过程中，通过排除故障，我学到了许多经验，这些是书本上学不到的。
巩固和运用了课程中所学的理论知识和实验技能，基本掌握了常用电子电路的一般设计方法，提高了设计能力和实验技能。
这样的课程设计很能培养我的能力，让我学习到了不同与书本的知识以及提高了我运用软件进行仿真的能力。
参考文献
1.《数字电子技术基础》范文兵清华大学出版社2007
2.《数字电路逻辑设计（第三版）》王毓银高等教育出版社2005
3.《数字电路实验基础》崔葛瑾同济大学出版社2005
4.《数字电路实验与课程设计》吕思忠、施齐云哈尔滨工程大学出版社2001
5.《Multsim9在电工电子技术中的应用》董玉冰清华大学出版社2008
附录I总电路图
附录II元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
U1U2U3U4
译码器
74ALS138
4
2
U5A
反相器
74ALS04BM
1
3
U6U7
计数器
74ALS161BM
2
4
U8A
四输入与非门
74LS22D
1
5
U10AU12A
二输入与非门
74ALS00M
2
6
U11A
反相器
74ALS04BM
1
7
U12A
三输入与非门
74ALS10AN
1
8
U18
13输入与非门
74ALS133M
1
9
U14
八输入与非门
74ALS30AN
1
10
LED1-LED7
发光二极管
7
11
U17A
二输入或非门
7402A
1
12
U19A
二输入与门
7409A
1
13
U15AU21A
传输门
74HC126N
2
14
U16
计数器
74161N
1
15
U9
定时器
555
1
16
C1
电容
1.8uF
1
17
R1R2
电阻
3KΩ
2
18
R3-R8
电阻
500Ω
7
升级会员 