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1、- 0 - 综合性实验设计报告综合性实验设计报告 课程名称 数字逻辑实验 题目名称 电冰箱控制电路设计_ _ 班 级 学 号 学生姓名 同组班级 同组学号 同组姓名 指导教师 武俊鹏、孟昭林、刘书勇、赵国冬 2014 年 06 月 - 0 - 一、内容摘要一、内容摘要 关键字关键字 ：电冰箱控制电路：电冰箱控制电路; 加法加法/减法计数器减法计数器; 寄存器寄存器; 比较器比较器 电冰箱控制电路的控制原理主要是通过比较电冰箱当前温度与原始设定阈值 来判断温度是否在要求范围内。如果当前温度高于电冰箱设定最高温度阈值， 则进行制冷，降低冰箱当前温度；如果当前温度低于电冰箱设定最低温度阈值， 则停止
2、制冷，电冰箱温度将缓慢上升，直到升温到最高温度阈值，再次比较。 本报告主要介绍电冰箱控制电路的设计思路，实现方法与调试过程。包括系 统设计，方案比较，系统框图，单元模块分析与设计，完整电路图，电路工作 原理，运行说明，调试方法与技巧，故障分析与解决方法，以及对电路的改进 等。 本实验主要使用寄存器，比较器，加法/减法计数器等来完成主要电路功能。 - 0 - 目目 录录 1 需求分析.- 1 - 1.1 基本功能需求分析- 1.2 扩展功能需求分析- 1.3 系统设计概述- 2 系统设计.- 2.1 系统物理结构设计- 2.2 系统逻辑结构设计- 3 系统实现.- 3.1 系统实现过程- 3.2
3、 系统测试- 3.3 系统最终电路图- 3.4 系统团队介绍- 4 总结.- 参考文献.- - 0 - 1.需求分析需求分析 1.1 基本功能基本功能要求要求 设计功能设计功能 1设定冷藏室的温度阈值范围。 2实时显示冷藏室温度，初始温度值自主设定。 3冷藏室升温超出预置温度范围时，启动制冷机。 4. 制冷机启动后，相应制冷空间的温度值以不同速速下降，直到达到预置 阈值，系统处于反复循环中。 电冰箱冷藏工作流程图 设计条件设计条件 1.电源条件：直流稳压电源提供+5V 电压。 否 是 是 开始 冷藏室的温度高 于阈值？ 启动制冷机进 行制冷 冷藏室的温度达 到预定值？ 否 - 1 - 2.实验
4、仪器和材料： 名名 称称备备 注注数量数量 仪器电子实验箱1 台 74HC/LS00四输入与非门1 片 74HC/LS04反相器2 片 74HC08与门1 片 74LS20与非门2 片 74LS32或门2 片 74LS74D 触发器6 片 74HC85四输入比较器2 片 74LS153数据选择器1 片 74LS192十进制可逆计数器2 片 1.2 扩展功能需求分析扩展功能需求分析 此电路较真实的实现了现实中电冰箱冷藏室的温度变化，即当启动制冷剂 降温，温度降到最低温度阈值后，将保持当前温度一段时间，然后自然升温。 并且此电路可以实现自然升温与制冷降温的温度变化速度不同，制冷降温速率 大于自然升
5、温速率。 1.3 系统设计概述系统设计概述 此电路图的具备控制电冰箱冷藏室温度控制的功能。具体流程为：假设起 始温度为 3，则初始温度将首先与电冰箱最高温度阈值（6）比较后可知 - 2 - 3B。 74HC85 引脚图： - 8 - 8. 74LS153 数据选择器 74LS153引脚图： 74LS153功能介绍： 1G、2G为两个独立的使能端；B、A为公用的地址输入端；1C01C3和2C02C3 分别为两个4选1数据选择器的数据输入端；Y1、Y2为两个输出端。 当使能端1G（2G）1时，多路开关被禁止，无输出，Y0。 当使能端1G（2G）0时，多路开关正常工作，根据地址码B、A的状态，将 相
6、应的数据C0C3送到输出端Y。 如：B A00 则选择 CO 数据到输出端，即 YC0。 B A01 则选择 C1数据到输出端，即 YC1，其余类推。 比较比较 A 和和 B输出输出 F ABF1=1 A=BF2=1 ABF3=1 74HC85 真值表 74LS153 真值表 - 9 - 9. 74LS192 十进制可逆计数器 74LS192引脚图： 74LS192真值表： 74LS192功能介绍： 74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。 UP为加计数时钟输入端，DOWN为减计数时钟输入端。 LOAD为预置输入控制端，异步预置。 CLR为复位输入端，高电平有效，异步清除。 CO为进位输
7、出：1001状态后负脉冲输出。 BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。 - 10 - 2.2 系统逻辑结构设计系统逻辑结构设计 （一）设计原理及流程（一）设计原理及流程 电 冰箱工作的基本原理是“制冷循环” 。按照制冷循环方式工作的机器叫做 制冷机，制冷机的作用是通过做功将低温热源的热量传递给高温热源，从而使 低温热源保持在较低的温度。制冷到达最低温度阈值后，制冷机停止工作，外 界高温热源将热量传给电冰箱内，使电冰箱内温度缓慢上升。 设计流程图如下： 否 是 是 开始 冷藏室的温度高 于阈值？ 启动制冷机进 行制冷 冷藏室的温度达 到预定值？ 否 - 11 - 具体设计流程如下： 1、设置
8、初始温度值，用逻辑开关输入初始温度值。 2、将初始温度值与电冰箱设定的最高温度阈值进行比较，当初始温度 值高于最高温度阈值时，进行第三步；当初始温度值低于最高温度阈值时， 不做处理，电冰箱门内温度值将缓慢上升，直到当前温度高于最高温度阈 值。 3、现在电冰箱内温度值高于最高温度阈值，启动制冷机进行制冷，电 冰箱内温度降低。 4、进行制冷后，电冰箱内温度降低，将电冰箱当前温度与设定的电冰 箱最低温度阈值进行比较，当电冰箱当前温度达到最低温度阈值时，返回 第二步，将当前温度与设定的最高温度阈值进行比较；当电冰箱当前温度 未达到最高温度阈值时，电冰箱将继续进行制冷，直到达到最低温度阈值。 （2）逻辑
9、结构分块设计逻辑结构分块设计 可将系统逻辑结构设计分为几个模块来分别设计。具体分块如下： 1.设定电冰箱温度阈值的存储； 2.电冰箱当前温度与电冰箱温度阈值的比较； 3.低于最高温度阈值时，电冰箱升温； 4.高于最低温度阈值时，启动制冷机，温度下降。 具体实现如下：具体实现如下： (1) 设定电冰箱温度阈值的存储 设定电冰箱温度阈值主要使用寄存器来实现，本设计使用四位寄存器由 74LS74 芯片构成 ，一个 74LS74 芯片包含两个 D 触发器。一个 D 触发器 可实现一位二进制数的存储，因此使用四个 D 触发器来实现四位寄存器， 使用两片 74LS74 芯片。 - 12 - 在本次设计中共
10、有两个温度阈值需要设定，电冰箱冷藏室最低温度阈值 （2 ）与电冰箱冷藏室最高温度阈值（6 ） 。 最低温度阈值的设定（2 ）电路连接图： 最高温度阈值的设定（6 ）电路连接图： - 13 - (2) 电冰箱当前温度与电冰箱温度阈值的比较 实现电冰箱当前温度与电冰箱设定温度阈值的比较主要使用数据比较器,本 设计使用 74HC85 芯片，74HC85 可对两个四位字进行比较，比较结果将在 三个输出端以高电平呈现。 将电冰箱当前温度值从 A 输入端输入（A0A3） ，将电冰箱设定温度值 从寄存器中取出连接 B 输入端输入（B0B3） 。比较结果从三个输出端输出。 电路图如图所示。 U1 74LS19
11、2D A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 GND 8 VCC 16 VSS 0V XFG1VCC 5V U3 74LS74D 1D 2 1Q 5 1Q 6 1CLR 1 1CLK 3 1PR 4 GND 7 2Q 8 2Q 9 2PR 10 2CLK 11 2D 12 2CLR 13 VCC 14 U4 74LS74D 1D 2 1Q 5 1Q 6 1CLR 1 1CLK 3 1PR 4 GND 7 2Q 8 2Q 9 2PR 10 2CLK 11 2D 12 2CLR 13
12、VCC 14 VCC 5V U5 74LS85D A2 13 B2 14 A1 12 B1 11 OAGTB 5 A0 10 B0 9 A3 15 B3 1 OAEQB 6 OALTB 7 AEQB 3 ALTB 2 AGTB 4 - 14 - （3）低于最高温度阈值时，电冰箱升温 实现温度的上升主要使用加法计数器，本设计使用 74LS192 十进制可 逆计数器，温度上升使用 74LS192 的加计数功能，时钟信号接入 UP 端， 74LS192 执行加计数，LOAD 端接高电位时进行置数，LOAD 端接低电平 时进行计数。当电冰箱当前温度温度低于最高温度阈值（6 ）时，LOAD 端时钟保持高
13、电位，计数器执行加计数。 电路图如图所示。 U6 74LS192D A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 GND 8 VCC 16 VSS 0V XFG4 XFG3 VCC 5V U16A 74LS20D U21B 74LS04D U22B 74LS04D U23A 74LS74D 1D 2 1Q 5 1Q 6 1CLR 1 1CLK 3 1PR 4U24A 74LS00D U25A 74LS32D U26A 74LS08D U17B 74LS04D （）高于最低温度阈值时，启动
14、制冷机，温度下降 实现温度的下降主要使用减法计数器，本设计使用 74LS192 十进制可 逆计数器，温度下降使用 74LS192 的减计数功能，时钟信号接入 端，74LS192 执行减计数。减计数前，首先要将设定最高温度阈值置数到 74LS192 中，然后进行减计数，温度降低。电路图与加计数电路图相似。 - 15 - 3 系统实现系统实现 3.1 系统实现过程系统实现过程 下面将以一个具体实例来介绍本次设计功能的实现。 先设定电冰箱初始温度为，将当前电冰箱温度（）与存储在寄 存器中的设定最高温度阈值（）进行比较可知，小于，将执 行加计数器。 加计数每次增加后与最高温度阈值进行比较，直到当前温度
15、到达 。温度到达后首先将当前温度（即）预置数值给减计数器。 减计数置数到后执行减计数器，再次将当前温度与储存在寄存器中 设定最低温度阈值（）进行比较，可知当前温度（）高于最低温 度阈值（） ，继续执行减计数，每次降低，每次降温后将当前温度 与最低温度阈值（）进行比较，直到当前温度到达最低温度阈值。 到达最低温度（）后，将当前温度传到起始温度，继续与最高温度 阈值进行比较。此后，温度将在之间循环。 3.2 系统测试系统测试 1、分模块连接、调试，待到各模块调试成功后，再将各模块连接起 来同一调试。 2、分模块调试时，时钟部分先用实验箱上固定频率进行调试，待调 试成功后，再将时钟模块连好进行调试。 3、当出现错误时，先使用较低频率（1Hz）作为时钟，利用LED灯 - 16 - 对出现错误部分的前级进行测验，对比设计逻辑以便找出错误所在。 4、连线时对时钟线、复位线、电源线、地线、数据线用不同颜色的 电线连接以便于检查。 3.3 系统最终电路图系统最终电路图 U1 74LS192D A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 GND 8 VCC 16 VSS 0V XFG1VCC 5V U2 DCD_H
