电磁炉控制器课程设计说明书-毕设论文.doc

燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书

燕山大学
课 程 设 计 说 明 书

题目： 电磁炉控制器

学院（系）：
年级专业：
学 号：
学生姓名：
指导教师：
教师职称：

燕山大学课程设计（论文）任务书
院（系）：电气工程学院 基层教学单位：电子实验中心
学 号

学生姓名

专业（班级）

设计题目
电磁炉控制器
设
计
技
术
参
数

● 电磁炉有从低温到高温有5个档，其中1表示最低温，5表示最高温
电磁炉还具有定时功能，可以手动输入定时时间，最高可定时9分钟，定时结束蜂鸣5秒。
设
计
要
求
● 用数码管显示温度档1-5和定时时间
● 用3个拨码开关输入定时时间，用拨码开关（个数可自选）控制高温、低温
● 用蜂鸣器发出蜂鸣

工
作
量
●学会使用Max+PlusII软件和实验箱；
●独立完成电路设计，编程下载、连接电路和调试；
●参加答辩并书写任务书。
工
作
计
划
1. 了解EDA的基本知识，学习使用软件Max+PlusII，下发任务书，开始电路设计；
2. 学习使用实验箱，继续电路设计；
3. 完成电路设计；
4. 编程下载、连接电路、调试和验收；
5. 答辩并书写任务书。
参
考
资
料
《数字电子技术基础》.阎石主编.高等教育出版社.
《EDA课程设计B指导书》.
指导教师签字

基层教学单位主任签字
金海龙
说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
年 月 日
目 录
第一章 摘要 1
1. 关于EDA 1
2. 关于Mus+Plus II 1
第二章 设计思路 2
1. 控温静态数码管显示 2
2. 定时功能的实现 4
2.1 74168译码器 4
2.1.1 74168 4
2.1.2 74160 5
2.2 逻辑门电路 6
2.3 秒计时的设计 7
2.4 分钟定时器的设计 7
2.5蜂鸣部分的设计 8
2.6定时器总体电路设计 9
3. 总体电路设计 10
第三章 管脚锁定及硬件连接 12
3.1 管脚锁定 12
3.2 硬件连接 13
第四章 总结 14
参考文献 15

第一章 摘要
1.关于EDA
EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。
EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。
2.关于Mus+Plus II
Mus+Plus II开发系统是由美国Altera公司自行设计的CAD软件平台，是EDA的开发系统，具有易学易用的特点。Mus+Plus II的全称是Multiple Array Matrix and Programmable Logic User System,该系统将数字电路设计集成在一个环境内，允许多种输入设计逻辑文件，经过系统编译、综合等操作，对设计功能模拟，对数字电路的设计实现模拟分析，延长时间分析，编译，最后将编译好的电路分配到一个或多个器件中。

第二章 设计思路
课程设计要求：设计一个电磁炉控制器，电磁炉有从低温到高温有5个档，其中1表示最低温，5表示最高温，电磁炉还具有定时功能，最高定时九分钟，定时结束时，蜂鸣5秒，用1个2位段控静态数码管显示温度档1-5，用3个数码管显示定时时间，用3个拨码开关控制高温、低温，用4个拨码开关控制定时时间，用蜂鸣器发出蜂鸣。
根据以上设计要求，对应两种显示方式，应分为两大部分：控温静态数码管显示、定时功能的实现。
1.控温静态数码管显示
静态数码管显示中用三个拨码开关控制，当输入K3K2K1时数码管作出相应显示，除了1-5之外的状态则不显示。
静态数码管需要显示5个数，原理主要是BCD码显示，二进制数一一对应，并且要求显示1-5档，其余状态不显示，输出为七个，对应数码管七个可发光的线段，输入为三个拨码开关，通过相应的逻辑电路来实现要求。
其真值表如下：
INPUT OUTPUT
K3
K2
K1
a
b
c
d
e
f
g
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

根据真值表可得：
OA=（A2′A1+A2A1′A0）′
OB=(A2A1′A0′+A2′A0+A2′A1) ′
OC=(A2A1′+A2′A0) ′
OD={A2A1′A0+A2′A1}′
OE=（A2′A1A0′）′
OF=（A2A1′）′
OG=（A2′A1+A2A1′）′
通过上述逻辑式选取芯片连接可得出电路图：

为了验证电路图是否连接正确，可已通过仿真来观察其波形图，是否与真值表一一对应，其波形图如下：

确认无误后，将此模块封装。

温度控制模块
2.定时功能的实现
表示分钟的定时器与表示秒的计时器电路相连，将60进制减法计数器与10制减法计数器进行恰当合理的级联，就构成了九分钟以内计数器模块。由74168的工作特性我们知道，当ENT或ENP其中的一个为高电平时，计数器就会开始它的保持功能。要想让它在结束了9分钟以内的计数后让它停止计数工作，那么我们就得想办法去控制它的ENT或ENP端在结束了9分钟以内计数后就保持在高电平。
三片74168输出都为0的状态信号作为输入控制信号，由一片或非门将输入信号转变为高电平，再将高电平接到三片74168的ENP端，这样，当计数器进行完9分钟以内倒计时工作后就自然而然地保持在了0000的状态而不再计数。

2.1 课设需用芯片
1. 74138
本设计要求数码管上显示时间， 有自己设定的时间开始，到0：00停止，具有启动功能，可确定由同步十进制加/减计数器74168的级联来实现此功能。

同步十进制加/减计数器74168的真值表：

通过观察真值表可知当LDN为低电平时，计数器为置数功能，LDN端为高平时，并且ENTN与ENPN同时为低电平，U/DN为高电平时器件开始加法计数，LDN端为高平时，ENTN与ENPN同时为低电平，并且U/DN为低电平时开始减法计数。
用低位器件的借位端控制高位的开始计数是这一课程设计的主要思路。74168实现自减功能是从9计到0时再进行下一轮计数，即从1001减至0000停止。
2. 74160
用一片74160芯片构成的置零功能的五进制加法计数器，原理是将分钟和秒计数器输出经过与门，再经反相器后送到控制端LDN，使芯片工作在置零状态，通过进位输出控制蜂鸣器是否工作。

74160真值表如下

2.2逻辑门电路
逻辑门电路通过逻辑门去对各个信号进行编译后控制电路

组合逻辑电路控制个位输入在0~9之间

2.3 秒计时的设计
秒计时的60进制设计电路图如下所示，显示为59-00.

为了验证电路图是否连接正确，可已通过仿真来观察其波形图是否符合设计要求，其波形图如下：

如图所示，当输入控制端为低电平时，计数器为置数，则表示秒得十位显示为5，表示个位的显示9，控制端输入低电平置数后，输入高电平使计数器计数，即个位上显示为又9递减到0，再又0变为9时有向十位借位，用一个四输入的或门实现这一功能，只有当输入全为零时或门的输出端才为全零，74168的使能端为低电平有效，此时高位信号进行一次减法计数工作。如此反复，实现60进制减法计数器的功能。

2.4 分钟定时器的设计
分钟定时功能用四位拨码开关和组合逻辑电路与10制减法计数器组合后实现。定时用四位拨码开关和组合逻辑电路控制个位输入在0~9之间，通过组合逻辑电路后，当输入的定时时间个位大于9，输入的数都变成了0。10制减法计数器的工作原理与表示秒得60进制减法计数器的工作原理相同。

为了验证电路图是否连接正确，可已通过仿真来观察其波形图是否符合设计要求，其波形图如下：
此时定时为六分钟

2.5蜂鸣部分的设计
蜂鸣5秒，即在蜂鸣器前加一个十进制计数器，当计数到5时，蜂鸣停止。
原理图如下图：

结束时刻仿真波形图如下：

2.6定时器总体电路设计图如下所示

结束时前一分钟仿真波形图如下

结束时前30秒分仿真波形图如下

确认无误后，将此模块封装。

封装后的定时器
3.总体电路设计

开始时刻仿真波形图如下：

结束时刻仿真图如下;

第三章.管脚锁定及硬件连接
1. 管脚锁定
管脚名及作用
管脚锁定号
1T拨码开关

39
2T拨码开关
40
3T拨码开关
41
D0拨码开关
44
D1拨码开关
45
D2拨码开关
46
D3拨码开关
47
LDN拨码开关
53
CLK提供时钟脉冲
75
A输入数码管
25
B输入数码管
26
C输入数码管
27
D输入数码管
28
E输入数码管
29
F输入数码管
30
H输入数码管
31
Z4输入数码管
37
GS1输入数码管
127
GS2输入数码管
128
GS3输入数码管
131
GS4输入数码管
132
SS1输入数码管
133
SS2输入数码管
134
SS3输入数码管
135
SS4输入数码管
136
MZ1输入数码管
139
MZ2输入数码管
140
MZ3输入数码管
141
MZ4输入数码管
142
Z1输入数码管
94
Z2输入数码管
95
Z3输入数码管
96
FMQ输入buuzer
38

2. 硬件连接
将实验箱电源接好，再用传输线将实验箱与电脑连接好，将1HZ的时钟信号即CLK的21孔与芯片的75孔用细导线连接即可，其中21孔为1HZ脉冲发出孔，75孔为锁定的CLK脉冲接入孔。

第四章. 总结

此次课设我设计了整整三天，我的设计不是最早完成，但是我一次就实现了所有的设计要求，因此对本次课设还是比较满意的，下面是我的一些体会：
在设计开始时，要做一个总体设计思想，以便于设计的总体框架的设计完成。在课设过程中，要多了解一些注意的事项，以避免一部分不必要的错误；如果遇到问题要冷静思考，按部就班的分析自己的设计，切勿急躁。有时灵感来自于与老师和同学的交流，交流使自己获得更多信息，开拓了思路，因此要重视与别人的交流；另外，现如今网络技术很很发达，要学会从网络中吸取他人的精华来扩充自己的知识帮助自己完成课设。总之，在本次EDA课设中，使我加深了对各种芯片的理解及运用，也学到了很多EDA的设计方法及过程。
在大学期间很少有动手实际操作的机会，在课设期间有很多不懂的知识，有些通过自主上网查询或查阅资料得到解决；课设过程中也多次咨询老师和同学，获益匪浅，非常感谢！
在此着重感谢一下郑老师，期间我问了很多问题，郑老师都耐心给予了解答，尤其是最后定时功能的设计受挫时，经过郑老师的解答后，我放弃了原方案重新进行了设计，最后得以完成了课设。
最后恭祝各位指导老师工作顺心如意，生活万事如意！

参考文献

1.《数字电子技术基础》.阎石主编.高等教育出版社.
2.《EDA课程设计B指导书》.

燕山大学课程设计评审意见表
指导教师评语：

①该生学习态度 （认真 较认真 不认真）
②该生迟到、早退现象 （有 无）
③该生依赖他人进行设计情况 （有 无）

平时成绩： 指导教师签字：

2012 年 12 月 14 日
图面及其它成绩：
答辩小组评语：

①设计巧妙，实现设计要求，并有所创新。
②设计合理，实现设计要求。
③实现了大部分设计要求。
④没有完成设计要求，或者只实现了一小部分的设计要求。

答辩成绩： 组长签字：

2012 年 12 月 14 日
课程设计综合成绩：
答辩小组成员签字：

2012年 12 月 14 日

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