数电课程设计洗衣机控制系统.doc

 课程设计报告

课程设计题目：简易洗衣机控制系统

班级：
学号姓名：指导教师：
设计时间：2015年7月

目录

摘要
第1章 概述

第2章 课程设计任务及要求
2.1 设计任务
2.2 设计要求
第3章 系统设计
3.1 方案论证
3.2 系统设计
3.2.1 结构框架图及说明
3.2.2 系统原理图及工作原
3.3 单元电路设计
3.3.1单元电路工作原理
3.3.2元件参数选择

第4章 软件仿真
4.1 仿真电路图
4.2 仿真过程
4.3仿真结果

第5章 安装调试（略）
5.1调试要点
5.2 调试过程中出现的问题及解决方法

第6章 结论

第7章 使用仪器设备清单

参考文献
收获、体会和建议

摘 要

本设计实现电机的正传、反转、暂停，用两个 LED灯的三种状态来表示，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，正好一个60秒减计数器可以构成一个循环结构。循环的总时间可以用一个外围100进制减计数器解决，并用两个数码管显示时间。这样一个电路的主体电路就构造出来了，然后一步步实现其具体的功能。用一个74LS74触发器控制整个电路的停止和清零以及连接蜂鸣器计构成报警模块。信号发生器仿真时就直接用方波信号代替，安装电路的时候就直接用脉冲信号。设置两个开关以控制电路的启动和随时停止。
其基本原理是：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。

关键词：计数器 指示灯 触发器

第1章 概述

洗衣机的简易定时控制系统要求实现电机的正传、反转、暂停，需要用4个LED灯的状态来表示，一个周期为60s，前20秒正传、暂停10秒、反转20秒、再暂停10秒。因此需要分钟计数器、秒计器、秒脉冲产生器脉。涉及到分钟计数器和秒钟计数器所以需要考虑是60分频器，就我们所学过的来说实现循环有移位寄存器；当洗涤时间到了，报警还要一个报警电路，根据人性化、自动化、低成本的设计原则，报警的蜂鸣器不可以长时间的叫，要有个合理的时间，我们可以用一个单稳态电路来实现。还有一个问题要解决：如何提取时间并使循环电路工作的信号?方案有两种：一是直接从数值上进行提取信号来控制一个可以实现循环的74LS194来实现；另一种是制作一个二十进制到十进制的循环转化来把这一分钟走完，但是从电路的复杂程度和经济性来说，显然后者太过于复杂，也不利于接线和排故障，虽然难度会大一些，但是性能较好。

第2章 课程设计任务及要求

2.1 设计任务

洗衣机简易定时控制系统实现电机的正传、反转、暂停，需要用4个LED灯的状态来表示，一个周期为60s，前20秒正传、暂停10秒、反转20秒、再暂停10秒。

2.2 设计要求        

1.洗衣机电机的工作顺序：

 启动——>正转20s ——> 暂行10s——> 反转20s—— >暂行10 s——>停止
2. 用4个LED模拟洗衣机的动作状态:LED1～LED4右移循环点亮表示正转，LED1～LED4左移循环点亮表示反转，LED1～LED4同时闪烁点亮表示暂停，全灭为停止。
3. 用数码管显示洗涤时间，按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到停机，并发出音响信号报警。
4. 洗涤时间在0-60分钟内可由用户任意设定，并设置启动键，在预置定时时间后，按启动键开始机器运转。
5 .设置停止键，在洗涤过程中随时按该键可终止动作，并使显示器清0。

第3章 系统设计

3.1方案论证

本实验采取先用multisim7软件对交通灯定时系统的原理仿真，再采用分模块时间进行操作台实现的简易科学方法。实验中采用较为基本的芯片来实现计数器计数、状态转换等功能，这些都是在数字电子模拟课程中重点学习掌握的知识，所以对实物的实现比较容易。

3.2 系统设计
3.2.1 结构框图及说明
如下所示：

3.2.2 系统原理图及工作原理

3.3 单元电路设计
3.3.1单元电路工作原理
1.一百进制分计数器和六十秒计数器设计
（1）分、秒计数器的设计
1.分、秒计数器模块
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。

 2．秒脉冲产生器原理
秒脉冲发生器由555定时器电路及外围电路组成，电路接通电源的瞬间，由于电容C1来不及充电，Vc=0V，所以555定时器状态为I，输出Vo为高电平。同时，集电极输出端DIS对地断开，电源Vcc对电容C1充电，电路进入暂稳态I，此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于RC充、放电回路的参数。暂稳态Ⅰ的维持时间，即输出Vo的正向脉冲宽度T1≈0.7(R1+R2)C1；暂稳态Ⅱ的维持时间，即输出Vo的负向脉冲宽度T2≈0.7R2C1。
因此，振荡周期T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C1，振荡频率f=1/T。正向脉冲宽度T1与振荡周期T之比称矩形波的占空比Ｄ，由上述条件可得D=（R1+R2）/（R1+2R2），若使R2>>R1，则D≈1/2，即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩形波（方波）。

若T=1s,令C=10uF，R1=39kΩ，则R2约为51kΩ。

555定时器构成多谐振荡器的工作波形图

原理图：

 3. .指示灯显示模块
用2片74LS151数据选择器，将秒针的十位输出信号的低三位依次连接到74LS151的A、B、C输入端，74LS151的输出端分别连接一个LED灯。 电路图如下：

 4.控制电路
在各单元电路完成了，最后要把它们有效的结合起来联合工作，实现目的功能。我们要求在给分钟置数的同时秒要显示为零；外部还要有强制停止并清零；还有暂停功能。
对于置数来说，我们可以在分钟计数器的UP端到高电平之间各用一个开关接上，就当给它一个低电平时，计数器就往上增加1。但时，192要求在UP端工作的同时，其DOWN端要为高电平，且秒计数器要为零，我们可以让秒计数器清零，同时把脉冲停止了。在高电平上接上一个开关，让它接到一个JK触发器上，同时把JK触发器的JK端接1，让它实现触发功能。让它的Q端输出到秒计数器的清零端，这样刚开机或者再按一下开机键就可以对秒计数器清零。把JK触发器的Q反端和从分计数器借位端Bo反相出来的信号接到一个与非门上，从与非门出来的信号接到分计数器的DOWN端来保证置数的时候DOWN是高电平。但是如果仅是这样的话，当置数完成再一次按开机键（如图中的J3所示）时，没有脉冲信号输入到秒计数器的DOWN端，192并不可以工作。我们可以把脉冲和JK触发器Q反端接到一个与门上，然后把它上输出端接到秒计数器的DOWN端以控制计数。
先歇息一下。现在的问题是，循环的发光二极管没有受到控制键的控制，所以还得把受到控制的从与门U12出来的信号输出到移位寄存器194的时钟信号CLK上。
最后要解决一个大问题，当所置的洗衣时间完成后，要发出报警并自动清零。至于报警电路我们知道当计数器全为零的时候，从秒位会发出一个借位信号，一直接到十分位上去，十分位会发出一个借位信号，我们可以用这个信号来作为报警并清零的信号，平时192的借位端保持的是高电平，当有借位信号时，其变成0，我们在分十位借位端接一个非门，再把它和分位的CLR端一起接到一个与门，也需要把它接到一个JK触发器（U10）上作为其时钟信号，其后再接到单稳态电路的输入端TRI，单稳态的输出端接到蜂鸣器上。而该与门（U14）的另一输入端接在控制开关J3上，与门出去仍然接在JK触发器U9上，这样当洗衣时间完成后，十分计数器的借位端Bo端发出的0信号就可以经过以上路径而变成1到达与门U14，同时JK触发器U10得到一个触发信号而输出到单稳态，从而发出报警声，但一段时间后其自动停止。同时U14发出的1信号使U9发出1信号而使秒计数器清零；当然秒脉冲因为U9端的Q反端的0信号而使其没有输出，这样原来闪烁的灯不再亮了。到此，一个电路总算还可以了吧，我们有时还需要让它休息一下，我们改变一下洗衣量时，就还需要一个暂停键，这也可以的，只要把秒脉冲切断就可以了。我们可以在控制脉冲输出的与门U12和脉冲到达端之间接入一个由开关控制的JK触发器来控制的与门，这样就可以控制脉冲的输出了。我们知道与门是其中一输入为零时，无论另一端时怎样的其输出为零，但一端为1时，另一端输入什么与门就可以输出什么。
现在控制端也连起来了，这样，一个完整的洗衣机控制电路就完成了。

其整体原理图如下：

3.2.2 元件参数选择
电容C=10uF
电阻R1=39K R2=51K (用固定电阻47K与5K的点位器相串联代替电阻R2)。

第4章 软件仿真

4.1 仿真电路图
（1）分、秒计数器

（2）①秒脉冲产生器

②仿真波形图

（3）整体电路图仿真

4.2仿真过程及结果

正转：

反转：

暂停：

停止：

第5章 安装调试
本设计仅实现至Multisim软件仿真阶段，未进行实际的安装调试，因此省略安装调试的环节。

第6章 结论

经过一周的努力，我终于完成了电子课程设计——交通灯定时控制电路系统。通过两周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，已初步掌握了数电的应用技术，以及数字电路的知识和有关器件的应用。我深刻地体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。 经过这次课程设计，我学到很多东西。社会的不断发展电子产品实践使我认识到我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用中有些问题还不能解决，所以我要在今后的学习中更加努力，学好自己的专业知识以充实自己，来适应日新月异的现代社会。 在这次课程设计中，我学会了Multisim的使用和操作,学会了如何利用网络资源,学会了怎么看电路图,读电路图,这些都使我受益匪浅，并为我以后的学习和工作积累了丰富的经验。
经过了这次课程设计，深有感触，收获也是不少的，它使我们对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解，也让我们知道了，光分开使不够的，从外面学到的知识要把形成一各整体，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。它让我学会了如何把理论与实践结合起来。有这样的机会和收获，要感谢老师的辅导以及同学的帮助，无论是学习还是生活，生活是实在的，要踏实走路，虽然自己走出来的路要崎岖的多，但觉得踏实、放心。

第7章 使用仪器设备清单

器件型号
用途介绍
数量
74LS192
计数器
4
74LS08
四2输入与门
2
74LS04
六反相器
1
74LS32
四2输入或门
2
74LS00
四2输入与非门
2
74LS86
四2输入异或门
1
74LS74
双D触发器
1
74LS151
8选1选择器
2
BUZZER
蜂鸣器
1

数码管
4

LED灯
2

参考文献
1.李景宏，马学文.电子技术实验教程.沈阳：东北大学出版社.200
2.王永军，李景华编著.数字逻辑与数字系统.北京：电子工业出版社，2002
3.高吉祥，易凡编著.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社，2002
4.陈大钦编著. 电子技术基础实验. 北京：高等教育出版社，2000