数字电子技术加热控制器设计Word文档下载推荐.docx
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二.第一章概述
通过完成论文可以让我们熟悉数电的理论知识,知道如何进行组合逻辑电路设计,熟悉时序电路的分析与设计,学会如何理解触发器的原理和实际工作效果,帮助我们认识编辑语言的波形仿真,以及如何进行分析其效果,验证其实际的显示效果。
我们所设计的加热控制器在市场上可以联系的现在普遍使用的烘手器,其用来对人们洗过的手或者其他物品进行烘干。
烘手器的电路图:
烘手器的原理:
控制电路主要由红外光发射、接收电路组成。
其中红外光发射二极管VD1、接收二极管VD2安装在出风口的同一方向且相互隔离。
红外光发射电路主要由IC2(KA555)集成块、发射二极管VD1、电容C5、C6、电阻R1、R2、电位器RP等组成。
调节电位器RP可调整红外光发射电路的振荡频率。
电路正常时,只要接通交流220V市电,发射二极管VD1就不断地向外发出红外光,只是因无人烘手而无法反射给接收二极管VD2,使烘手器处于待机状态。
当手接近出风口时,由红外光发射二极管vD1发射出红外光便通过手反射到接收二极管VD2上。
VD2接收到红外光信号电压经电容C9耦合到Ic3运算放大器②脚,经其放人后从①脚输出至IC3⑤脚进行放人并由Ic3⑦脚输出一个高电甲至三极管Vl基极,V1导通,继电器K1线圈受电吸合,其常开接点K1-1接通了风机M和电加热器EH主电路电源。
风机M旋转将电加热器EH产生的热量由出风口排出,起到烘干湿手的作用。
同时发光二极管VD3亮,表示烘手器处于工作状态。
手一离开烘干器出风口,
VD2接收二极管因失去红外光电压信号,导致IC3⑦脚输出为一低电平,三极管V1截止,继电器线圈失电,其常开接点K1-1断开,切断主电路电源,烘手器停止工作,无热风排出。
IC3①脚、⑤脚间接有由二极管VD4、VD5、电容C7组成的整流、滤波电路。
IC3
(1)脚输出的交流电压信号经电容C10耦合至该整流、滤波电路后,经整流、滤波变换为正直流电压信号后,由IC3(5)脚输入同相直流放大并从IC3⑦脚输出正高电平通过三极管Vl驱动控制继电器工作。
为了完成论文,我们应该先完成逻辑部分的语言编辑以及模块生成,然后完成硬件部分的电路图的绘制以及模块与芯片的连线以及封装,最后完成论文的论述与编辑工作。
论文内容:
第一章:
完成对控制器的介绍,在市场上找到类似的产品,了解其原理。
第二章:
介绍产品的功能及原理,以及其所用的FPGA的特点,给出其功能图,解释状态图。
第三章:
解释硬件实现的功能,画出电路框图,并分别描述模块的功能,给出其电路图及其封装图。
第四章:
用硬件描述语言编辑各个模块的语言,生成波形图以及模块图,以及仿真顶层电路图,仿真其效果,演示其实际效果。
第五章:
总结在完成论文的过程中做了什么,以及将来要做的事。
本章小结:
1.论述论文的意义,介绍其实际意义。
2.查阅现代产品有没与控制器的原理与效果相似的,并且给出实例证明。
3.论述完成论文工作的工作流程以及工作安排,其先后步骤和每步的工作重点。
4.认真负责的态度,严谨端正的态度,以及科学踏实的逻辑思维才是最重要的。
三.第二章总体方案介绍
我们所设计的加热控制器能够智能的进行工作,通过按键或者红外感应等传感器能够进行加热,通风,例如按下开关,加热器先预热25s,然后停止加热,风扇通风15s后,加热器和风扇同时工作10s后同时断电,通过关机按钮可以随时断电,可以防止意外或者节省电力。
通过状态机以及计数器和译码器来控制时钟频率和计数,并且输出控制信号,用来控制外接负载,当输入信号1输入状态机时,状态机输入定时信号给定时器,通过外接显示器来显示计数时间,同时外接负载同时工作,状态结束时通过传输信号到达状态机时进行下一个状态,直到所有状态结束,或者输入信号2时,任何状态下都返回初始状态。
为了完成产品,完成控制器,需要用VerilogHDL硬件描述语言来描述其状态机等模块,仿真实验中用到的FPGA具有多输入多输出的特点,可以添加时钟频率,可以进行时钟频率的管脚锁定,其他的输入输出引脚可以与状态机的输入引脚进行锁定,数码显示的引脚与输入输出的引脚锁定,开关按钮与输入输出按钮锁定。
按钮k1,k2用于控制,输入信号到控制器,同时控制定时器的计数显示和控制加热器和风扇的工作,计数器用来计数,显示模块用来显示计数结果。
td=1
K2=0
K1=0
先对计数器置数25s,状态机当k1输入低电平时,加热器加热并计数25s,结束后加热停止同时风扇启动并置数15s,工作15s后,加热器和风扇同时工作并置数10s,工作10s后结束状态,并置数25s,当k2按钮按下时,无论在什么状态,结束状态返回初态。
本章小结
1、介绍了产品的功能及工作状态,分析了其工作的参数。
2、分析了控制器及产品的实现原理。
3、介绍了所用到的硬件编辑语言以及FPGA芯片的特点及引脚的功能。
4、介绍产品的功能框图和状态图,同时分析各个模块的功能和状态图的运行流程。
四.第三章硬件电路设计
(一)、该硬件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。
(二)、电路框图
该电路框图由时钟电路、控制器、译码器、开关、电源、定时计数器模块组成。
(三)1、各部分功能
(1)时钟电路:
产生准确的振荡电路。
(2)控制器:
按照预定顺序改变电路的电阻值来控制电路。
(3)译码器:
把代码状态的特定含义“翻译”出来。
(4)开关:
使电路产生高电平。
(5)电源:
为电路提供能量。
(6)定时计数器:
让特定的时间段出现特定的电平。
2、分别描述各个模块
(1)电源通过开关与控制器相连,输入控制器两个信号,输出四个信号,信号J、F分别控制电热丝与电风扇,另两个Data、t输入定时计数器,输出信号td反馈到控制器,并连接到译码显示器。
(2)电源模块,选择稳压器件时,应该注意满足其他所有模块消耗的电流之和。
电源把12v电压变为5v向电路供电,电源提供直流电流。
3、完整电路图
4、电路板
设计说明:
在设计电路板时,元件之间不能重叠,应该适当稀疏一点。
各元件应排列整齐,布线应该规则地按一定的方向依次布线,相同颜色的线之间不能交叉,不同颜色的线可以交叉,管脚必须用红线。
布置管脚位置应合适,不能太密。
电路板图
5、元器件布局图
元件列表:
开关、电源、510欧和1K电阻、22PF电容、FLEX10K10T144芯片、XTAL、74HC04、1N4001二极管、数码管
(四)、本章小结
——通过此次硬件电路设计,使我更加扎实掌握有关电子线路方面的知识。
——提高了逻辑思维能力,使我对逻辑电路的分析设计有了很大的进步。
——通过这次实践,对各个原件印象深刻,让我更加巩固了书本上学到的内容。
——在设计过程中,我不断发现错误,不断改正,不断领悟,不断获取。
五.第四章逻辑电路设计
题目例六:
在按钮K1按下后,加热器J加热25秒:
然后停止加热,使电扇F通电15秒后,加热器加热10秒后停止加热,并使电扇F断电,当按钮K2按下时,可以随时停止加热,电扇断电。
:
图
(1)题目框图
由题意,可以画出6个状态图进而通过计算得到输出方程和输出方程:
(说明:
Y1代表J,Y2代表F)
图
(2)题目状态图
第一步:
设计状态机
状态及原程序如下:
modulestate(k1,k2,t,db1,db2,clk,td,y1,y2);
//shuchuzhuangtaibianma
outputt,db1,db2,y1,y2;
inputclk,k1,k2,td;
reg[3:
0]db1,db2;
regt,y1,y2;
reg[2:
0]state,next;
parameters0=0,s1=1,s2=2,s3=3,s4=4,s5=5;
always@(posedgeclkornegedgek2)//状态机寄存器
if(!
k2)state<
=s0;
elsestate<
=next;
always@(stateork1ork2)//输出次态逻辑
begin
case(state)
s0:
begint<
=1'
b0;
db1<
=4'
b0101;
db2<
b0010;
y1<
=0;
y2<
=1;
if(k2==0)next<
elseif(!
k1)next<
=s1;
elsenext<
end
s1:
b1;
y1=1;
y2=1;
elseif(td)next<
=s2;
end
s2:
b0001;
y1=0;
y2=0;
elseif(k2==0)next<
图(3)状态机仿真结果图
=s3;
s3:
=s4;
s4:
b0000;
=s5;
s5:
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