数电课程设计简易洗衣机控制器设计.doc

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简易洗衣机控制器设计

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摘要

从课程设计要求来看，要求实现电机的正传、反转、暂停，当显示时间前20秒正传、暂停10秒、反转20秒、再暂停10秒，如此一来，周期恰好是60秒，理所当然的分钟计数器、秒计数器是一定要有的。

接下来脉冲是一定发热了，我们可以用555定时器构成的多谐振荡器来产生脉冲。

除了这些，还要求在定时结束后有一个指示灯亮来提示定时时间到，还要求电路有清零和置数的功能，这些用逻辑电平开关即可以实现。

目录

第一章 设计任务与要求 4

第二章基本原理 5

第三章设计方案 6

第四章单元电路的设计和元件的选择 8

4.1秒脉冲发生器 8

4.2分秒计数器 10

4.3时间译码及控制门 12

4.4总电路图 13

第五章仿真结果 14

5.1秒脉冲发生器 14

5.2分秒计数器 14

5.2.1正转 14

第六章真结果分析 16

第七章体会小结 17

第八章元器件清单 18

第九章参考文献 19

简易洗衣机控制器设计

第一章设计任务与要求

设计一个电子定时器，控制洗衣机按如图1洗涤模式进行工作

图1洗涤模式

（1）当定时时间达到终点时，一方面使电机停机，同时发出音响信号（可换成指示灯）提醒用户注意。

（2）用两位数码管显示洗涤的预置时间（以分钟为单位），按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到而停机。

（3）三只LED灯表示“正转”、“反转”和“暂停”3个状态。

第二章基本原理

首先，从秒脉冲出来的信号，经过一个控制电路后进入秒计数器进行秒计数，进行清零，这时用户置入洗涤时间，并按开始按钮，洗衣机开始工作。

当秒计数器变为零的时候，去分钟计数器上面借数；与此同时，从十秒位转化出来的信号进入移位寄存器后，LED灯表示出电机运转状态；当用户设定的洗涤时间结束后，电路报警并清零；同时电机指示灯熄灭。

第三章设计方案

方案一框图如图2所示

图2设计方案一

方案二方框图如图3所示

图3设计方案二

本定时器实际上包含两级定时的概念，一是总洗涤过程的定时，而是在总洗涤过程中又包含电机的正转、反转和暂停三种定时，并且这三种定时是反复循环直至所设定的总定时时间到位置。

当总定时时间在0~20min以内设定一个书之后T为高电平1，然后用倒计时的方法每分钟减1直至T变为0.在此期间，若Z1=Z2=1，实现正转；若Z1=Z2=0，实现暂停；若Z1=1,Z2=0,实现反转。

实现定时的方法很多，比如采用单稳电路实现定时，又如将定时初值预置到计数器中，使计数器运行在减计数状态，当减到全零时，则定时时间到。

如图所示的电路原理框图就是采用这种方法实现的。

由秒脉冲发生器产生的时钟信号经60分频后，得到分脉冲信号。

洗涤定时的时间的初值先通过拨盘或数码开关设置到洗涤时间计数器中，每当分脉冲到来计数器减1，直至减到定时时间到为止。

运行中间，剩余时间经译码后在数码管上进行显示。

经比较后，采用第二种方案。

第四章单元电路的设计和元件的选择

4.1秒脉冲发生器

方案一：

由555定时器构成的多谐振荡器

由555定时器构成的多谐振荡器的电路图如图4所示，由于555定时器内部的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小。

所以由555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。

因此采用此方案。

图4由555定时器构成的多谐振荡器

图5555定时器的引脚图

方案二：

由门电路构成的多谐振荡器

图6由门电路构成的多谐振荡器

由门电路构成的多谐振荡器的电路，在此电路中，当电源电压波动时，会使振荡频率不稳定，在Vth与VDD/2不相等时，影响尤为严重，而Vth容易受温度、电源电压及干扰的影响，因此频率稳定性较差，不宜采用此方案。

4.2分秒计数器

图7分秒计数器

其中，74LS192的引脚图如图8所示

图874LS192的引脚图

74LS192的功能表如表1所示

输入

输出

MR

PL

CP

CP

P3

P2

P1

P0

Q3

Q2

Q1

Q0

1

×

×

×

×

×

×

×

0

0

0

0

0

0

×

×

d

c

b

a

d

c

b

a

0

1

1

×

×

×

×

加计数

0

1

1

×

×

×

×

减计数

表174LS192功能表

一百进制分计数器和六十秒计数器的原理是一样的，不同的只是它们的输入脉冲和进制不同而已，我们用四片74LS192来实现分计数和秒计数功能，我们要的只是减计数，所以我们把它的UP端接到高电平上去,DOWN端接到秒脉冲上；十分秒位上的输入端B、C端接到高电平上，即从输入端置入0110（十进制的6），秒十位的LD端和借位端BO联在一起，再把秒位的BO端和十秒位的DOWN联在一起。

当秒脉冲从秒位的DOWN端输入的时候秒计数的192开始从9减到0；这时，它的借位端BO会发出一个低电平到秒十位的输入端DOWN，秒十位的计数从6变到5，一直到变为0；当高低位全为零的时候，秒十位的BO发出一个低电平信号，DOWN为零时，置数端LD等于零，秒十位完成并行置数，下一个DOWN脉冲来到时，计数器进入下一个循环减计数工作中。

对于分计数来说，道理也是一样的；只是要求，当秒计数完成了，分可以自动减少，需要把秒十位的借位端BO端接到分计数的DOWN端作为分计数的输入信号来实现秒从分计数上的借位。

当然，这些计数器工作，其中的清零端CR要处于低电平，置数端不置数时要处于高电平。

这是一个独立工作的最高可以显示101分钟的计时器。

把四个192的QA/QB/QC/QD都接到外部的显示电路上就可以看到时间的显示了。

作为洗衣机控制器的一个模块，它还得有一定的接口来和其他的模块连接在一起协调工作，分计数的清零端LD是接在一起的；秒的清零端LD又是接在一起的，所以当要从外部把它们强制清零时，可以用一个三极管（NPN）或者两个或门就可以实现该功能。

还有我们可以利用分计数的UP端来进行外部置数，当把它们各接到一个低触发（平时保持高电平，外部给一个力就输入一个低电平）的脉冲上就可以实现从0－9的数字输入。

4.3时间译码及控制门

图9时间译码及控制门

在此部分电路中，三个指示灯，从上至下依次代表“正转”、“暂停”、“反转”。

从60秒到40秒内第一个灯亮，从40到30秒内是第二个灯亮。

在30到10秒内是第三个灯亮，然后剩下的十秒钟是第二个灯亮，如此完成第一个循环，刚好一分钟，之后的时间依次循环。

当时间减到0时，最上面的灯亮，提醒定时时间到。

4.4总电路图

图10总电路图

第五章仿真结果

5.1秒脉冲发生器

图11秒脉冲发生器仿真

5.2分秒计数器

图12分秒计数器仿真

5.2.1正转

图13洗衣机正转时仿真

第六章真结果分析

在仿真的过程中，出现的结果基本符合要求，计数器的工作也很理想，“正转”、“反转”、“暂停”的指示灯动作也很好，定时结束时，自动清零，同时指示灯亮，提醒时间到。

，唯一不足的是没有将电路置数的功能设计好，只能按照预设的时间100分钟开始工作。

除此之外，由于555定时器的电阻值设定的不是很理想，以至于出现的脉冲波形不是标准的占空比为百分之五十的方波。

不过，总的来说，仿真结果还是比较令人满意的，比较成功。

第七章体会小结

本次课程设计，我花了很多时间，主要是在控制电路上，当时实在是想不到该怎样用三个灯分别表示三种状态，去图书馆查资料时也没找到相符合的资料，后来在网上找的论文也有很多问题，要求也和本次课程设计的要求出入很大。

可以说，这次课设的电路基本上是自己设计出来的。

虽然花了不少的时间，但是收获真的不小。

它使我对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解，也让我知道了，光分开是不够的，从外面学到的知识要形成一个整体，这也很好的训练了外面对开发一个项目应该有怎样的思路和准备更清晰。

计过程中，对设计方案进行了很多次的修改，虽然也有查阅资料，但更多的是自己的思考。

记得在设计三种状态的显示灯的控制电路时，整整花了两天的时间，试了好几个方案，在网上查的资料都很繁琐，且看不懂原理，到最后还是决定自己慢慢想，最终设计出来，虽然结果不是很完美，但还是比较满意的。

本次课程设计，让我对实验原理也有了更多的了解，对数电中常用的芯片功能及设计方法如利用卡诺图等有了更深刻的了解，对设计实验也有了更深切的体会，以前在做数电实验时也有部分是设计性的实验，不过基本上到最后都是老师告诉我们设计电路，自己虽然也有思考，但基本上没有想出来过，也没起到让自己真正来设计某个电路的目的，而这次有了足够的时间，基本上都是自己一点一点设计的，从某方面来说，还是很有成就感的。

之外，它让我对课本知识进行了融会贯通，毕竟，要设计一个完整的电路，单靠某一章节或某一部分的知识是不够的，要在整本书中找自己需要的东西，简单的说，就要做到学以致用。

在考虑问题时，不要指望一次就能把问题考虑成熟，要做好不断否定并不断修改的准备。

有做课设之前，我对课本知识是很模糊的学习也是为了应付一下期末考试，现在让我对课本知识有了更透彻的了解，也算是做到了理论联系实际吧。

临渊羡鱼，不如退而结网，这也是我这次课设最大的体会，与其苦苦思索别人那样子设计是什么原理，为何要那样做，不如自己用已有的知识，重新考虑并设计，按自己的思路，达到自己所需要的效果，我觉得，这才是课程设计真正的目的。

第八章元器件清单

元件名称

类型

数量

NE555

定时器

1

电阻

68K

1

电阻

15K

1

电容

1uF

1

电容

0.01uF

1

74LS192

计时器

4

非门

13

与门

17

或门

3

表2元器件清单

第九章参考文献

[1]《电子技术课程设计》  萍、易映萍编

[2]《电子技术课程设计指导》介华 主编      高等教育出版社

[3]《电子线路设计、实验、测试》 自美主编华中理工出版社

[4]《数字电子技术基础》 康华光 主编    高等教育出版社

[5]《电子技术基础课程设计》孙梅生等编著高等教育出版社

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