加热控制器.docx
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加热控制器
电子课程设计
—加热控制器
学院：
电子信息工程学院专业班级：
姓名：
学号：
指导老师：
2014年12月
一、设计任务与要求3
二、总体框图3
三、选择器件3
1、74LS160的应用
2、74LS74的应用
3、74LS11的应用
4、74LS08的应用
5、74LS86的应用
6、74LS00的应用
7、555定时器的应用
四、功能模块13
1、秒脉冲发生器模块
2、计数器及译码器显示模块
3、状态机模块
五、总体电路设计16
六、硬件仿真17
七、个人总计与体会17
加热控制器
设计任务与要求
按钮k1按下后，加热器J加热25s;然后停止加热；电扇F通电
15s,加热器加热10s后停止加热，风扇F断电。
按钮k2按下时，可以随时停加热，电扇断电。
总体框图
加热器的总体框图如图2-1所示。
图2-1总体框图
该电路框图主要有状态电路，脉冲电路，计数电路，译码电路成。
状态电路：
控制电路的高低电平，按照顺序改变电路电平；
脉冲电路；产生准确的震荡电路；
译码电路：
把代码特定的含义翻译出来；
计数电路；特定时间产生特定电平；
该电路是一个加热控制器，在按钮K1按下后，加热器J加热25s后停止加热，使电扇F通电15s后，加热器加热10s后停止加热，并使风扇F断电。
当K2按下时，可以随时停止加热，并使电扇断电。
输入低电平有效，通过输出高低电平来控制外接负载的工作与否。
三、选择器件
选择的器件如表3-1所示
表3-1器件表
-H-UL心片
名称
个数（说明）
74LS160
4位十进制加法计数器
2个
74LS74
上升沿双D触发器
3个
DCDHEX
四段数码管显示器
2个
AND3（74LS11）
与门（三输入）
2个
NAND2（74LS00）
与非门（二输入）
1个
XOR2（74LS86）
异或门（二输入）
1个
AND2（74LS08）
与门（二输入）
4个
VCC
5V电源
K
开关
2个（一个普通开关一个单刀双制开关）
NE555VIRTUAL
定时器555
1个
C
电容
2个（R1=2.2KohmR2=22Kohm）
R
电阻
2个（C仁0.3ufC2=10nF）
电扇加热器
灯泡代替
2个（红灯代表加热器，绿灯代表电扇）
以下是主要器件的介绍说明：
1、74LS160的应用
aQ010'C
09込氢
U11-J
ILIuILtuFlL沁口IKAJ4一邑6r」Al』
—1-1
同步可预置数4位十进制加法计数器74LS160具有异步清除端，引脚排列逻辑符号如图3-2所示。
时序图如图3-3所示。
它具有数据输入A、B、C和D，以及同步置数端LOADN、异步清除端CLRN和计数控制端ENT和ENT，方便级联，设置进位输出端RCO。
图3-174LS160引脚图与逻辑符号
注：
D0-D3:
并行数据输入端；Q0-Q3数据输出端；EP、ET:
计数控制端;
如tw__；u-1
wraxEII
I
图3-374LS160时序图
当CLRN=0时异步清零，当LOADN=0，CLRN=1时，CP脉冲上升沿时预置计数。
当LOADN=CLRN=ENT=ENP=1时，电路工作在计数状态。
当计数器计数值为9时，RCO输出一个与Qa端高电平部分相同宽度的高电平。
功能表3-4所示。
表3-474LS160功能表
输入
输出
CLR
LOAD
ENT
ENP
cp
0
X
X
X
X
异步7冃零
1
0
X
X
T
同步预置
1
1
1
1
T
计数
1
1
0
X
X
保持
1
1
X
0
X
保持
74LS160内部原理如图3-5所示
aB
RCO
图3-574LS160内部原理
2、74LS74的应用
74LS74是具有异步置位和复位端的边沿触发双D触发器，74LS74是一个
边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发d触发器电路。
74LS74的逻辑框图与逻辑引脚图，图3-6所示。
图3-7是74LS74的特性功能表，74LS74内含两个独立的D上升沿双d触发器，每个触发器有数据输入（D）、置位输入_（「-）复位输入（”）、时钟输入（CP）和数据输出（Q、QN）。
、"的低电平使输出预置或清除，
__
而与其它输入端的电平无关。
当均无效（高电平式）时，符合建立时间要求的D数据在CP上升沿作用下传送到输出端。
表3-774LS74功能表
D
Qn
Qn1
说明
0
0
0
输出状态与D端状态相同
0
1
0
1
0
1
1
1
1
内部结构图3-8所示。
图3-874LS74内部结构
3、74LS11的应用
74LS11是三输入的与门。
74LS11为三输入的与门，由其逻辑功能表可得，其逻辑功能为见0得0,全1得T,即只要三个输入端口中有一个为0,则输出丫就为0,当输入全为1时，才有输出丫为1。
74LS11的真值表图3-9所示。
表3-974LS11真值表
A
B
C
Z
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
74LS11的引脚图与逻辑框图如图3-10所示
Vx1CIT
3C3E
■r”
□I
回因回
—f1
TT|T
—tr
T
—4—
5
P
□肉由百由由日
LAIB2A232C2YGND
3输人与门管脚圈
3-10（a）74LS11引脚图
卜」
1J
13
It
■
r
L
|
1
\l
1
3
4
，1
卩
AlBlAJB2C2¥1GhlO
图3-10（b）74LS11逻辑框图
4、74LS08的应用
74LS08是2输入的与门。
真值表如图3-11所示
表3.1174LS08真值表
输入
输出
A
B
Y
L
L
L
L
H
L
H
L
L
H
H
H
注：
H代表咼电平，L代表低电平。
74LS08的引脚图与逻辑框图如图3-12所示
Uce小4A1Y3E:
iAsV
IAIBIY2,A出IGW
3-12（b）74LS08逻辑框图
5、74LS86的应用
74LS86是2输入的异或门。
真值表如表3-13所示
表3-1374LS86真值表
输入
输出
A
B
Y
L
L
L
L
H
H
H
L
H
H
H
L
74LS86的引脚图与逻辑框图，如图3-14所示
Al|Bl[
:
■14
£
-vccZB+
ylr
S11
AiC
4»
二V4
stfi
♦0
ZAS
7A
ZV3
3-14（b）74LS86逻辑框图
6、74LS00的应用
74LS00是2输入的与非门。
真值表如表3-15所示
表3-1574LS00真值表
输入
输出
A
B
Y
L
L
H
L
H
H
H
L
H
H
H
L
74LS00的引脚图与逻辑框图，如图3-16所示
誣血ST
图3-1674LS00引脚图与逻辑框图
7、555定时器
（1）555定时器的内部结构和逻辑符号，如图3-17所示
555_VIRTUAL
（2）555定时器外部管脚功能
管脚1:
外接电源的负端VSS（或GND）。
在一般情况下与地相连。
管脚2:
触发端或置位端。
当输入信号自2脚输入电压低于（1/3）VCC时，则触发器置位，555定时器输出高电平，放电管截至。
管脚3:
时钟脉冲输出端。
管脚4:
复位端。
当4脚接低电平时，输出为低电平；正常工作时4脚接高电平。
管脚5:
控制端。
平时输入（2⑶VCC作为比较器的参考电平，当脚5外接一个输入电压时，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制。
如果不在5脚外加电压，通常接0.01卩1电容到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。
管脚6:
阀值电压端。
当6脚输入电压大于（2⑶VCC时，触发器复位，3脚输出为低电平，放电管T导通。
管脚7:
放电端。
管脚8:
电源正端，外接VCC。
（本芯片工作电压为DC5伏）。
（3）555定时器功能表
表3-18555定时器功能表
输入
输出
RESET
THRES
TRIG
OUT
DISCH
0
①
①
0
接通
1
>2Vcc/3
>Vcc/3
0
接通
1
v2Vcc/3
>Vcc/3
原状态
原状态
1
v2Vcc/3
vVcc/3
1
关断
四、功能模块
1、秒脉冲发生器模块
本实验选用555计时器组成多谐振荡器发出的脉冲，从而获得1HZ的秒脉冲。
555多谐振荡器组成脉冲发生器，多谐振荡器不需要外加输入信号，只要加上直流电源就能自动输出相应频率和宽度的矩形脉冲。
由于矩形脉冲含有丰富的高次谐波，所以称为多谐振荡器。
多谐振荡器电路能从一种状态翻转到另一种状态，变化极其迅速。
多谐振荡器的稳定度及频率的准确度决定了数字钟计时的准确程度，通常选用成品振构成振荡器电路。
一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高。
如果精度要求不高也可采用集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成定时器555与RC组成的多谐振荡器。
电路图如4-1。
wee
图4-1555定时器电路图
仿真结果如图4-2所示
图4-2555定时器仿真图
2、计数器及译码器显示模块
计数器是2个十进制的计数器，不需要特殊的译码器，直接连接显示器。
计数器主要是提供给状态机高低电平是其正常工作，一定时间能输出一定的电平。
电路图4-3所示。
计数模块计数到有2个4端数码显示器组成，每个显示器读取一个计数器的所计数字，使得25S,40S，50S时能输出对应的电平，输入状态电路。
两个计数器通过级间连接组合成可计数100的计数器，这次设计电路是计数到50就停止计数。
74LST4D
T4L5TJ0
图4-3计数器电路图
3、状态机模块
通过计数电路输出的高低电平，通过D触发器来保存所发出状态，25S、
40S、50S时个触发一个高电平，这是通过逻辑电路来实现控制加热器与风扇工
作与否这样来实现设计目的。
如图4-4所示。
图4-4状态机电路图
五、总体设计电路图
总体设计电路图5-1如下
图5-1总体电路电路图
开关K1闭合，U6、U8、U9输出低电平，红灯变亮；25S后，U8输出高电平，U6、U9输出电平，红灯熄灭，绿灯变亮；40秒后，U8、U9输出高电平，U6输出低电平，红灯绿灯都变亮；50S后U6、U8、U9都输出高电平，红灯绿灯都熄灭。
K2无论何时断开都能使红灯绿灯熄灭。
六、硬件仿真
通过硬件的仿真证明了状态模块的正确可行，脉冲模块通过仿真也可行，所一这个电路是正确的。
七、个人总结与体会
通过这次课程设计，加强了我动手、独立思考和解决问题的能力以及和他人讨论沟通的能力。
在设计过程中，经常会遇到不同的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间很多。
我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
两个星期的课程设计期间我曾经失落过，为自己不能很好地完成任务而流泪；也曾一度热情高涨，在实现了一个功能之后的欢呼雀跃。
从开始时满负激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味。
此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题的能力，出现差错时的随机应变，和与人合作共同提高，都令我受益匪浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。
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