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可预置热水器设计论文
沈阳工程学院
课程设计
设计题目：
可预置热水器控制电路
中文摘要
本次课程设计的题目是电热水器预约加热电路，实际上的核心电路主要是时钟电路、设置时间电路以及控制、定时电路。
时钟电路的主体是一个石英晶体振荡器，又该振荡器发生高频脉冲来计数，由于计数的起始时间不可能与标准时间一致，在设计的过程中出现了不可缺少的校准电路，通过计算得到分频的大小，利用计数器进行分频。
分频器电路将高频方波信号分频后得到1HZ（即1s）的方波信号供秒计数器进行计数。
时间计数电路时间计数电路由秒个位和秒十位,分个位和分十位，时个位和时十位计数器电路组成。
其中秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器为60进制计数器，这是时钟方面的设计。
电路另一重要部分就是时间设定电路，由于需要提前一小时加热，通过查找资料，可以通过74LS192这个芯片实现，该芯片有通过加减脉冲来实现计数的功能，可以通过自定义的“完成”键按下，来实现提前一个小时，此部分电路没有秒显示，分和时显示的部分和时钟电路一样。
电路的最后一个部分就是定时电路，定时电路采用的是555定时器构成的加热电路，根据计算选择适当的电容和电阻，时T=40分钟，这样可以达到加热工作40分钟的要求。
在控制电路中，利用加减计数器通过加减按钮设定所要的时间，然后按确认按钮此时确认按钮也是触发减按钮，那么输入到比较器的信号与时钟中的时间相比较，若相等，则触发继电器加热四十分钟，以实现该课程设计的目的。
关键词时钟电路，校准电路，时间设置电路，定时电路。
目录
课程设计（论文）任务书
课程设计（论文）成绩评定表
中文摘要
1绪论1
2设计任务描述3
1.1设计题目3
1.2设计主要内容及要求3
1.2.1设计目的：
3
1.2.2基本要求3
1.2.3发挥部分3
3设计方块图3
4各部分电路设计及参数计算3
4.1秒信号产生电路设计及其参数计算3
4.1.1秒信号产生电路设计3
4.2计数电路设计5
4.2.1六十进制电路的设计3
4.2.2二十四进制电路的设计3
4.3定时电路设计3
4.4比较器3
4.5定时加热电路3
5工作过程分析3
5.1时钟电路3
5.2时间设定电路11
5.3比较器12
5.3加热电路3
6元件清单3
7主要元器件介绍3
7.1555定时器3
7.2比较器74LS85N3
7.3加减计数器74LS192N3C:
\Users\lenovo\Desktop\加热器\3正文.doc-_Toc23941
总结3
致谢3
参考文献3
附录A1逻辑电路图错误！
未定义书签。
绪论
我小组设计的可预置热水器控制电路主要由两大部分组成。
时钟电路和时间设定电路。
其中时钟电路需要频率稳定准确的方波信号，这里我选用了555定时器构成多谐振荡器来提供信号。
他产生的信号频率为100HZ，用两个十进制计数器将它分频成为1HZ信号，来提供给时钟计时电路。
计时电路也是有计数器构成。
秒分时分别为六十进制、六十进制、和二十四进制。
六十进制由六进制和十进制组成，二十四进制有十进制和二进制计数器组成。
然后将六个计数器分别与显示器相连，作为显示时钟。
时间设定电路的信号不是标准的时间基准脉冲，而是手动控制的脉冲。
设定三个开关与加减计数器相连为其提供脉冲，其中一个连接加按钮两个连接减按钮，减按钮上的其中一个开关标识OK。
在设定好时间按OK得同时，就已经将提前工作的一小时设定好。
将时间设定电路和时钟电路介入比较器，若时间相等，比较器触发继电器工作。
其中加热四十分钟这一要求同过555定时器来实现。
这样，电路就实现了时间显示，预约设置和定时加热的功能。
2设计任务描述
1.1设计题目
可预置热水器控制电路
1.2设计主要内容及要求
1.2.1设计目的：
（1）掌握可任意预置的定时显示报警系统的构成、原理与设计方法；
（2）熟悉集成电路的使用方法。
1.2.2基本要求
（1）可以预置加热时间，要求在预置前一小时自动启动；
（2）晶体振荡电路及分频计时电路；
（3）可显示小时、分钟的时钟；
（4）加热时间默认为40分钟。
1.2.3发挥部分
（1）时钟可调。
3设计方块图
图3.1设计方块图
4各部分电路设计及参数计算
4.1秒信号产生电路设计及其参数计算
4.1.1秒信号产生电路设计
此部分由一个1MHZ的石英晶体振荡器和两个4060BP分频器组成。
晶体X1的振荡频率取1MHZ，4060BP的输出口接O3，理论上两个4060分频器可以把信号频率减小1M倍，所以输出的信号就是1HZ的（即1S），秒信号产生电路设计完成。
图4.1.1秒信号产生电路
4.2计数电路设计
计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器、时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，时个位和时十位计数器为24进制计数器。
此处的计数器我选用了74LS160，由于它本身就是十进制计数器，便于操作。
且他的清零端是异步的，当输入端为低电平时，不管输入脉冲的状态如何，都可完成清零。
4.2.1六十进制电路的设计
六十进制计数器的电路如图4.2.1所示。
其工作原理是十位计数器的QB、QC段发出高电平脉冲经与非门后输入两计数器的CLK置0端，计数器清零，重新开始计数。
计数器的计数顺序就是个位计数到九，满十向十位进一，直到十位将要跳变为六时，两计数器清零，分个位跳变为一。
秒的计时是60进制的计数器，分的计时也是60进制计数器，把它们相连就得到了分和秒的计数器。
4.2.2二十四进制电路的设计
二十四进制计数器的电路如图4.2.2所示。
器工作原理大体与六十进制计数器相同。
不同的是连接与非门的时十位计数器的QB和个位计数器的QC。
小时的个位每次满4就向前进一，而小时的十位将要跳变为3时，两计数器清零，小时的个位跳变成1，把它和之前的分秒计数器连接在一起，就得到了此次课程设计的时钟电路，这个电路也是本次设计的枢纽，一切与时序相关的信息都由它来掌握。
图4.2.1六十进制电路
图4.2.2二十四进制电路
4.3定时电路设计
电路的关键在于如何使加热时间提前一个小时，此电路的定时电路由控制开关、加减计数器、译码显示器连接组成二十四进制计数及显示部分，以满足小时的设定和显示。
电路如图4.3.1所示通过控制开关，脉冲传送至计数器，使其开始计数，通过这种方式可以使计数器设定到想要设定的时间。
之后摁下OK键，而在内部OK键触发加减计数器的DOWN。
此时相当于实际设定的时间比想要的时间提前一小时，正好可以满足提前一小时加热的要求。
我所选用的加减计数器芯片是74LS192N，它的清除端是异步的，当清除段是高电平时，不管时钟脉冲状态如何，即可完成清除功能。
将SET键连接CP+端，将OK键连接CP-端，当设置完时间按下OK键时，74LS192计数器将自动把时间减少一个小时，实现提前一个小时加热的条件。
图4.3.1时间预约电路
4.4比较器
我所选用的比较器为74LS85N，此比较器操作简单，并且实用性强，比较组分为A组和B组，将A组的四位从高到底依次连接A3A2A1A0,将B组的四位从高依次连接B3B2B1B0。
将使能端AGTB,AGQB,ALTB接在高电平上，让74LS85计数器正常工作。
输出端方面，若A比B大，则QAGTB输出高电平；若A和B相等，则QAEQB输出高电平；若A小于B，则QALTB输出高电平。
我设计的电路需要用到74LS85N的第二个功能，即当计时器的时间与设定时间相等时，输出高电平，使下一个单元工作。
图4.4.1比较器
我将计时器的时位，分位用四个74LS85比较器与时间设定器的时位，分位连接起来，如果计时器和时间设定器的时位，分位匹配，则QAEQB端输出高电平，最后将四个比较器用一个与门连接起来，当四个数匹配上后，输出高电平。
4.5定时加热电路
定时加热电路是由555定时器和加热电阻，发光二极管组成的。
其中二极管的作用是提示加热器正在工作。
此稳态电路由一个555定时器组成的单稳态触发器构成，可以有由确定R和C的大小来确定此电路工作的时间长度，工作时间的计算公式为：
t=1.1RC=2400
由于工作电阻不能过大，且电容有特定的工作电压，所以综合比较，我设定的电阻和电容大小分别为2.1M和1.038mF。
工作电路的电路图如下:
图4.5定时加热电路
当有脉冲进入TRI中，R7电阻开始工作，发光二极管发光，表明热水器正在工作，当达到40分钟后，加热停止。
此时，电路停止工作，达到预期效果。
5工作过程分析
5.1时钟电路
此部分由一个1MHZ的石英晶体振荡器和两个4060BP分频器组成。
晶体X1的振荡频率取1MHZ，4060BP的输出口接O3，理论上两个4060分频器可以把信号频率减小1M倍，所以输出的信号就是1HZ的（即1S），秒信号产生电路设计完成。
将石英晶体振荡器的输出端和计时器的输入端连接在一起，就组成了一个完整的计数显示器，如下图，从左至右依次是秒的个位，十位；分的个位，十位；时的个位，十位。
5.1.1时钟显示电路
5.2时间设定电路
此电路的定时电路由控制开关、加减计数器、译码显示器连接组成二十四进制计数及显示部分，以满足小时的设定和显示。
电路如图所示通过控制开关，脉冲传送至计数器，使其开始计数，通过这种方式可以使计数器设定到想要设定的时间，将SET按到所需时间之后摁下OK键，而在内部OK键触发加减计数器的DOWN。
此时相当于实际设定的时间比想要的时间提前一小时，正好可以满足提前一小时加热的要求
5.2.1预约时间电路
这里要指出的一点是，通过74LS192加减计数器输出的数据不能直接进入比较器进行比较，要先将这个数据寄存在一个寄存器里，这里我通过网上查找资料找到了74LS194移位就寄存器，如图所示：
5.3比较器
我选用74LS85芯片，比较组分为A组和B组，将A组的四位从高到底依次连接A3A2A1A0,将B组的四位从高依次连接B3B2B1B0。
将使能端AGTB,AGQB,ALTB接在高电平上，让74LS85计数器正常工作。
输出端方面，若A比B大，则QAGTB输出高电平；若A和B相等，则QAEQB输出高电平；若A小于B，则QALTB输出高电平。
我设计的电路需要用到74LS85N的第二个功能，即当计时器的时间与设定时间相等时，输出高电平。
5.3加热电路
当加减计数器输出的二进制数和时钟的时个位，十位使出的二进制数相等时，比较器将触发加热电路工作。
由此电路的电阻和电容的大小确定电路工作40分钟。
工作时间二极管发光。
图5.3.1定时加热电路
6元件清单
器件名称
器件序号
器件型号
器件量程
器件数量
电阻
R1、R2、R3
7.15K2.1M
330
3
石英晶体振荡器
R4、R5
HC-49
1.5MHZ
1
比较器
U28U30U31U32
74LS85N
4
开关
J1、J2、J3
3
555定时器
555_VIRTAL
与非门
U25U26U27
3
电容
C1、C2、C4
10nf
3
电容
C3
1.038mf
1
二极管
LED1
LED_RED
1
计数器
U5、U6、U7、U8、U9、U10
74LS160N
6
加减计数器
U2
74LS192N
1
7主要元器件介绍
7.1555定时器
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图2.9.1和图2.9.2所示。
它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。
它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。
各引脚功能
1脚：
外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
2脚：
低触发端
3脚：
输出端Vo
4脚：
是直接清零端。
当
端接低电平，则时基电路不工作，此时不论
、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：
VC为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
6脚：
TH高触发端
7脚：
放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
8脚：
外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V。
7.2比较器74LS85N
该比较器的比较组分为A组和B组，将A组的四位从高到底依次连接A3A2A1A0,将B组的四位从高依次连接B3B2B1B0。
将使能端AGTB,AGQB,ALTB接在高电平上，让74LS85计数器正常工作。
输出端方面，若A比B大，则QAGTB输出高电平；若A和B相等，则QAEQB输出高电平；若A小于B，则QALTB输出高电平
7.3加减计数器74LS192N
加减计数器芯片是74LS192N，它的清除端是异步的，当清除段是高电平时，不管时钟脉冲状态如何，即可完成清除功能。
将SET键连接CP+端，将OK键连接CP-端，当设置完时间按下OK键时，74LS192计数器将自动把时间减少一个小时，实现提前一个小时加热的条件。
总结
不久前，我们开始了等待已久的课程设计，经过小组协商研究，我们分配的题目是可预置电热器控制电路，电热水器预约加热电路主要有数字钟计数系统、定时系统及比较系统组成。
可以实现人为设定使用时间，到达指定时间，电热水器自动开始工作。
该设计是比较实用的数字应用设计，用于日常生活将很人性化。
整日忙碌的上班族下班回家最想做的就是先洗个热水澡，于是我们的任务就是使这一设想变为现实。
只要预先设定好使用时间，电热水器就会自动加热，等待我们劳累一天身体的就会是舒服的热水澡。
设计过程中，我们的设计出现了一些小错误，经过小组组员不懈努力，无数次的测试，解决了我们能力范围内的小问题。
对于高难度的问题我们就无从下手了，多亏有黄硕老师的细心指导和耐心的讲解，终于克服了预置电路加法器部分的问题。
我们把整个电路分成了时钟电路，时间设定电路，比较电路，加热电路四大板块。
最初，大家一同到图书馆查找了相关的资料。
例如，关于数字电路设计方面的书籍，还有一些关于集成器件的应用。
然后，我通过对老师讲解内容的理解，确定了自己设计的方向，以及设计电路中的主要电路模块。
主要的模块是时钟显示部分、设置时间的设置与显示时间部分、控制电路部分等。
在时钟的显示电路部分，我决定使用计时器和显示器，时钟部分显示由时、分、秒的24小时制构成，我利用60进制计数器和24进制计数器来实现着一方案，在此过程中通过对计数器的使用，熟练地掌握了计数器的用法，真正学到了原来没有完善的部分知识。
最初一味的用555触发器制造脉冲，后来我接触到了石英晶体振荡器，这也是一个经典的脉冲发生装置，但是在分频的时候出现了一点问题，最后我使用了4060BP的分频器，效果大有改善。
在时间设定电路中，我们最初决定将时钟加上23小时跟设定的时间进行比较就可以有结果，但是后来发现，这个电路过于庞大，而且繁琐，于是我们上网查阅资料，我们找到了192这个加减计数器，很好的解决了提前一个小时加热的问题。
最后通过大家的努力我们终于完成了这次的课题，心中多少有了一份喜悦，隐隐感受到了一滴成就感。
课程设计工程中我们洒下了汗水，大家都曾经努力，现在想想这个过程仍如此充实。
课设让我们感受到了知识与生活的交流，真正将知识用到实处。
课程设计中，我们小组团结一致，在老师的细心指导下不断克服困难，通过不断测试，反复试验，把理论知识和生活真真切切的联系在了一起，为我们以后学习建立了自信。
一周的课设让我如此充实，如此喜悦。
致谢
一周的时间很快，但是一周的汗水和心中的喜悦仍在心里流淌。
本次课设，首先感谢在课设中给予我们细心指导的黄硕老师，在设计电路与分析元件过程中，我们遇到了很多能力范围内所能解决的问题。
在黄硕老师的耐心讲解下，我们不断克服苦难，解决了各项难题，黄硕老师给与了我们很大的帮助。
他热情而耐心对我进行指导，使得我的框图，原理图等初稿设计被及时的纠正了错误，并提出了我使用不同的元件来实现同样的功能，从而使原本无可奈何的复杂设计变得简单化，统一化。
在我们的成果中，他的重重的一笔不可缺少。
再次要感谢每个小组成员，接到题目后，每个小组成员都尽着自己最大的努力完成各自的任务，无数次的到图书管查找资料，在网上浏览各种相关资料，付出了大量的汗水和精力，使得我们的课设顺利完成。
我们的小组成员由我和闫龙龙、许琳、王钦几名同学组成，每天，我们一起讨论，去图书馆查资料，在我设计中遇到困难的时候，大家都没有放弃，一同努力通过各种渠道解决问题，大家也建立了深厚的友谊。
经过我们同进同退，不断的努力，终于在要求范围内完成了我们的课设。
在此对几名同学表示感谢，感谢他们的大力支持和永不放弃的精神。
最后，我还要感谢学校能给我们提供这样的课设机会，让我们真正的接触生活，用自己的所学改变成活。
感谢图书馆管理人员为我们提供了这么丰富的资源，为我们查询知识时节约了大量时间。
我通过查找资料学习到了很多知识，充分开发了我们的创新能力，并且提高了自学能力。
通过这次课设，我看到了现实与知识如此联系紧密，我会更加努力学习，掌握更多知识，将来设计出更出色，更高端的设计来改变我们的生活，改变人类的未来！
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参考文献
[1]伊雪飞，陈克安.集成电路速查大全.西安：
西安电子科技大学出版社1997
[2]关惠铭.模拟电子技术实验.北京：
地震出版社，2004
[3]陈梓城.实用电子电路设计与调试.中国电力出版社,1994
[4]何希才.常用集成电路简明速查手册.国防工业出版社，2006
[5]陈梓城.实用电子电路设计与调试.中国电力出版社,1994
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