數字電子技術課程設計--簡易洗衣機控制器設計

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　題 目: 簡易洗衣機控制器設計 </p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　利用定時器、數碼管、LED等數字電路器件設計實現(xiàn)簡易洗衣機功能。（也可以使用單片機系統(tǒng)

2、設計）</p><p>　　要求完成的主要任務:（包括課程設計工作量及技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）</p><p>　　1 課程設計工作量：1周內完成對簡易洗衣機控制電路的設計、仿真與調試。</p><p>　　2 技術要求：洗衣機電機的工作順序：</p><p>　　啟動——>正轉20s——>暫停10s——>反轉2

3、0s——>暫停10s——>停止</p><p>　　① 設計一個定時器控制洗衣機電機的運轉，</p><p>　　② 三只LED燈表示“正轉”、“反轉”和“暫?！?個狀態(tài)。</p><p>　?、?用數碼管顯示洗滌時間，按倒計時方式對洗滌過程作計時顯示，直到時間到停機，并發(fā)出音響信號報警。</p><p>　?、茉O置停止鍵，在洗滌

4、過程中隨時按該鍵可終止動作，并使顯示器清0。</p><p>　　3 查閱至少5篇參考文獻。按《武漢理工大學課程設計工作規(guī)范》要求撰寫設計報告書。 全文用A4紙打印，圖紙應符合繪圖規(guī)范。</p><p><b>　　時間安排：</b></p><p>　　第17周（7、8節(jié)）：理論講解第18周：理論設計及實驗室安裝調試； 地點

5、：鑒主15通信工程實驗室（1），鑒主13通信工程專業(yè)實驗室；第19周：撰寫設計報告及答辯；地點：鑒主17樓研究室。</p><p>　　指導教師簽名： 年 月 日</p><p>　　系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日</p><p><b>

6、　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論3</b></p><p>　　2 設計任務要求及總體思路3 </p><p>　　3 設計基本原理4</p><p><b>　　4 設計方案4</b></p><p>　　5

7、 單元電路的設計和元件的選擇6</p><p>　　5.1 秒脈沖發(fā)生器6</p><p>　　5.2 分秒計數器8</p><p>　　5.3 時間譯碼及控制門11</p><p>　　5.4 總電路圖12</p><p><b>　　6 仿真結果13</b></p>

8、<p>　　6.1 秒脈沖發(fā)生器13</p><p>　　6.2 分秒計數器13</p><p>　　6.2.1 正轉14</p><p>　　6.2.2 暫停15</p><p>　　6.2.3 反轉16</p><p>　　6.2.4 定時時間到17</p><p>　

9、　7 仿真結果分析18</p><p><b>　　8 體會18</b></p><p>　　9 元器件清單19</p><p>　　10 參考文獻20</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　現(xiàn)代生活人民生活水平越來越高，家家戶戶幾乎都有一臺洗

10、衣機。洗衣機由于洗滌方便受到廣大用戶的喜愛。隨著時代的發(fā)展洗衣機也在不停革新、發(fā)展。</p><p>　　本次課程設計要求利用定時器、數碼管、LED等數字電路器件設計實現(xiàn)簡易洗衣機功能。設計時考慮了很多種情況，根據本人的能力選擇了一種。這個方案總共使用了一些或門、與門、非門以及電阻電容若干，74LS192NE555定時器各一個完成了簡易洗衣機的功能實現(xiàn)。</p><p><b>

11、　　1.緒論 </b></p><p>　　從課程設計要求來看，要求實現(xiàn)電機的正傳、反轉、暫停，當顯示時間前20秒正傳、暫停10秒、反轉20秒、再暫停10秒，如此一來，周期恰好是60秒，理所當然的分鐘計數器、秒計數器是一定要有的。接下來脈沖是一定發(fā)熱了，我們可以用555定時器構成的多諧振蕩器來產生脈沖。除了這些，還要求在定時結束后有一個指示燈亮來提示定時時間到，還要求電路有清零和置數的功能，這些用

12、邏輯電平開關即可以實現(xiàn)。</p><p>　　2.設計的任務要求及總體思路</p><p>　　2.1設計任務和要求</p><p>　　設計一個電子定時器，控制洗衣機按如圖1洗滌模式進行工作</p><p><b>　　圖2.1 洗滌模式</b></p><p>　?。?）當定時時間達到終點時，

13、一方面使電機停機，同時發(fā)出音響信號（可換成指示燈）提醒用戶注意。</p><p>　　（2）用兩位數碼管顯示洗滌的預置時間（以分鐘為單位），按倒計時方式對洗滌過程作計時顯示，直到時間到而停機。</p><p>　?。?）三只LED燈表示“正轉”、“反轉”和“暫停”3個狀態(tài)。</p><p>　　2.2設計的總體思路</p><p>　　從課程

14、設計要求來看，要求實現(xiàn)電機的正傳、反轉、暫停，實際上沒又電機給我們接上，這回要用四個LED燈的狀態(tài)來表示，當顯示時間前20秒正傳、暫停10秒、反轉20秒、再暫停10秒，如此一來，周期恰好是60秒，理所當然的分鐘計數器、秒計數器是一定要有的。接下來脈沖是一定的了，但是有分鐘計數器和秒鐘計數器還要考慮是不是要60分頻器，就我們所學過的來說實現(xiàn)循環(huán)有移位寄存器；還有個問題，當洗滌時間到了，報警還要一個報警電路，根據人性化、自動化、低成本的設計

15、原則，報警的蜂鳴器不可以長時間的叫，要有個合理的時間，我們可以用一個單穩(wěn)態(tài)電路來實現(xiàn)。但是還有一個問題要解決：如何提取時間并使循環(huán)電路工作的信號?方案有兩種：一是直接從數值上進行提取信號來控制一個可以實現(xiàn)循環(huán)的74LS194來實現(xiàn)；另一種是制作一個二十進制到十進制的循環(huán)轉化來把這一分鐘走完，但是從電路的復雜程度和經濟性來說，顯然后者太過于復雜，也不利于接線和排故障，雖然難度會大一些、出成果的時間會比別人晚，但是要設計一個真正可以讓用戶用

16、放心使用的產品，還得這樣做。尤其是最后的循環(huán)電路用兩個194一定可以很容易實現(xiàn)。</p><p><b>　　3 設計的基本原理</b></p><p>　　首先，從秒脈沖出來的信號，經過一個控制電路后進入秒計數器進行秒計數，進行清零，這時用戶置入洗滌時間，并按開始按鈕，洗衣機開始工作。當秒計數器變?yōu)榱愕臅r候，去分鐘計數器上面借數；與此同時，從十秒位轉化出來的信號進入

17、移位寄存器后，LED燈表示出電機運轉狀態(tài)；當用戶設定的洗滌時間結束后，電路報警并清零；同時電機指示燈熄滅。</p><p><b>　　4 設計方案</b></p><p>　　方案一 框圖如圖4.1所示</p><p>　　圖4.1 設計方案一</p><p>　　方案二 框圖如圖4.2所示</p>&l

18、t;p>　　清零 </p><p><b>　　置數</b></p><p>　　圖4.2 設計方案二</p><p>　　本定時器實際上包含兩級定時的概念，一是總洗滌過程的定時，而是在總洗滌過程中又包含電機的正轉、反轉和暫停三種定時，并且這三種定時是反復循環(huán)直至所設定的總定時時間到位置。當總定時時間在0~

19、20min以內設定一個書之后T為高電平1，然后用倒計時的方法每分鐘減1直至T變?yōu)?.在此期間，若Z1=Z2=1，實現(xiàn)正轉；若Z1=Z2=0，實現(xiàn)暫停；若Z1=1,Z2=0,實現(xiàn)反轉。實現(xiàn)定時的方法很多，比如采用單穩(wěn)電路實現(xiàn)定時，又如將定時初值預置到計數器中，使計數器運行在減計數狀態(tài)，當減到全零時，則定時時間到。如圖所示的電路原理框圖就是采用這種方法實現(xiàn)的。由秒脈沖發(fā)生器產生的時鐘信號經60分頻后，得到分脈沖信號。洗滌定時的時間的初值先通

20、過撥盤或數碼開關設置到洗滌時間計數器中，每當分脈沖到來計數器減1，直至減到定時時間到為止。運行中間，剩余時間經譯碼后在數碼管上進行顯示。</p><p>　　經比較后，采用第二種方案。</p><p>　　5 單元電路的設計和元件的選擇 </p><p><b>　　5.1秒脈沖發(fā)生器</b></p><p>　　方案一

21、：由555定時器構成的多諧振蕩器 由555定時器構成的多諧振蕩器的電路圖如圖4所示，由于555定時器內部的比較器靈敏度高，輸出驅動電流大，功能靈活，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度的影響很小。所以由555定時器構成的多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定，不易受干擾。因此采用此方案。</p><p>　　555定時器構成的多諧振蕩器如圖5.1所示</p><p>　　圖5.1

22、由555定時器構成的多諧振蕩器</p><p>　　555定時器的引腳圖如圖5.2所示</p><p>　　圖5.2 555定時器的引腳圖</p><p>　　方案二：由門電路構成的多諧振蕩器 如圖5.3所示</p><p>　　圖6 由門電路構成的多諧振蕩器</p><p>　　圖5.3 由門電路構成的多諧振蕩器&

23、lt;/p><p>　　由門電路構成的多諧振蕩器的電路，在此電路中，當電源電壓波動時，會使振蕩頻率不穩(wěn)定，在Vth與VDD/2不相等時，影響尤為嚴重，而Vth容易受溫度、電源電壓及干擾的影響，因此頻率穩(wěn)定性較差，不宜采用此方案。</p><p><b>　　5.2 分秒計數器</b></p><p>　　分秒計數器如圖5.4所示</p>

24、<p>　　圖5.4 分秒計數器</p><p>　　其中，74LS192的引腳圖如圖5.5所示</p><p>　　圖5.5 74LS192的引腳圖</p><p>　　74LS192的功能表如表5.1所示</p><p>　　表5.1 74LS192功能表</p><p>　　百進制分計數器和六

25、十秒計數器的原理是一樣的，不同的只是它們的輸入脈沖和進制不同而已，我們用四片74LS192來實現(xiàn)分計數和秒計數功能，我們要的只是減計數，所以我們把它的UP端接到高電平上去,DOWN端接到秒脈沖上；十分秒位上的輸入端B、C端接到高電平上，即從輸入端置入0110（十進制的6），秒十位的LD端和借位端BO聯(lián)在一起，再把秒位的BO端和十秒位的DOWN聯(lián)在一起。當秒脈沖從秒位的DOWN端輸入的時候秒計數的192開始從9減到0；這時，它的借位端BO

26、 會發(fā)出一個低電平到秒十位的輸入端DOWN，秒十位的計數從6變到5，一直到變?yōu)?；當高低位全為零的時候，秒十位的BO發(fā)出一個低電平信號，DOWN為零時，置數端LD等于零，秒十位完成并行置數，下一個DOWN脈沖來到時，計數器進入下一個循環(huán)減計數工作中。</p><p>　　對于分計數來說，道理也是一樣的；只是要求，當秒計數完成了，分可以自動減少，需要把秒十位的借位端BO端接到分計數的DOWN端作為分計數的輸入信號來

27、實現(xiàn)秒從分計數上的借位。當然，這些計數器工作，其中的清零端CR要處于低電平，置數端不置數時要處于高電平。這是一個獨立工作的最高可以顯示101分鐘的計時器。把四個192的QA/QB/QC/QD都接到外部的顯示電路上就可以看到時間的顯示了。作為洗衣機控制器的一個模塊，它還得有一定的接口來和其他的模塊連接在一起協(xié)調工作，分計數的清零端LD是接在一起的；秒的清零端LD又是接在一起的，所以當要從外部把它們強制清零時，可以用一個三極管（NPN）或者

28、兩個或門就可以實現(xiàn)該功能。還有我們可以利用分計數的UP端來進行外部置數，當把它們各接到一個低觸發(fā)（平時保持高電平，外部給一個力就輸入一個低電平）的脈沖上 就可以實現(xiàn)從0－9的數字輸入。</p><p>　　5.3 時間譯碼及控制門</p><p>　　時間譯碼及控制門如圖5.6所示</p><p>　　圖5.6 時間譯碼及控制門</p><p&g

29、t;　　在此部分電路中，三個指示燈，從上至下依次代表“正轉”、“暫?！薄ⅰ胺崔D”。從60秒到40秒內第一個燈亮，從40到30秒內是第二個燈亮。在30到10秒內是第三個燈亮，然后剩下的十秒鐘是第二個燈亮，如此完成第一個循環(huán)，剛好一分鐘，之后的時間依次循環(huán)。</p><p>　　當時間減到0時，最上面的燈亮，提醒定時時間到。</p><p><b>　　5.4 總電路圖</b&

30、gt;</p><p>　　總電路圖如圖5.7所示</p><p><b>　　圖5.7 總電路圖</b></p><p><b>　　6 仿真結果</b></p><p>　　6.1 秒脈沖發(fā)生器</p><p>　　圖6.1 秒脈沖發(fā)生器仿真</p><

31、;p><b>　　6.2 分秒計數器</b></p><p>　　圖6.2 分秒計數器仿真</p><p><b>　　6.2.1 正轉</b></p><p>　　圖6.3 洗衣機正轉時仿真</p><p><b>　　6.2.2 暫停</b></p>

32、<p>　　圖6.4 洗衣機暫停時仿真</p><p><b>　　6.2.3 反轉</b></p><p>　　圖6.5 洗衣機反轉時仿真</p><p>　　6.2.4 定時時間到</p><p>　　圖6.6 定時時間到仿真</p><p><b>　　7 仿真結果分析&

33、lt;/b></p><p>　　在仿真的過程中，出現(xiàn)的結果基本符合要求，計數器的工作也很理想，“正轉”、“反轉”、“暫?！钡闹甘緹魟幼饕埠芎茫〞r結束時，自動清零，同時指示燈亮，提醒時間到。，唯一不足的是沒有將電路置數的功能設計好，只能按照預設的時間100分鐘開始工作。除此之外，由于555定時器的電阻值設定的不是很理想，以至于出現(xiàn)的脈沖波形不是標準的占空比為百分之五十的方波。</p><

34、;p>　　不過，總的來說，仿真結果我是比較滿意的，我覺得比較成功。</p><p><b>　　8 心得體會</b></p><p>　　通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在整個設計過程中，我們通過這個方案包括設計了一套電路原理和PCB連接圖，和芯片上的選擇。這個方案總共使用了一些或門、與門、非門以及電阻電容若干，74LS192NE555定

35、時器各一個</p><p>　　在設計過程中，經常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。</p><p>　　我們做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其

36、在電路中的使用有了更多的認識。平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，通過動手實踐讓我們對各個元件映象深刻。認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。所以這個期末測試之后的課程設計對我們的作用是非常大的。</p><p>　　通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，

37、只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。</p><p>　　這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多專業(yè)知識問題，最后在老

38、師的辛勤指導下，終于游逆而解。同時，在老師的身上我們學也到很多實用的知識，在次我們表示感謝！同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W和各位指導老師再次表示忠心的感謝！</p><p>　　此次課程設計，學到了很多課內學不到的東西，比如獨立思考解決問題，出現(xiàn)差錯的隨機應變，和與人合作共同提高，都受益非淺，今后的制作應該更輕松，自己也都能扛的起并高質量的完成項目。</p><p>　　在此，感謝于老師的細

39、心指導，也同樣謝謝其他各組同學的無私幫助！</p><p><b>　　9 元器件清單</b></p><p>　　表9.1 元器件清單</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】 《數字電子技術基礎》.康華光主編  北京：北京高等教育出版社

40、 </p><p>　　【2】 《電子技術課程設計》.歷雅萍、易映萍主編 北京：中央廣播電視出版社</p><p>　　【3】 《電子技術課程設計指導》.彭介華主編  北京：北京高等教育出版社 </p><p>　　【4】 《電子線路設計、實驗、測試》.謝自美主編 武漢：華中理工出版社</p><p>　　【5】 《電子技術基礎課